Cientistas da DTU mostraram que um laser Fano, um novo tipo de laser microscópico, tem vantagens fundamentais em comparação com outros tipos de lasers. A descoberta pode ser importante para muitas aplicações futuras, como fotônica integrada, interface de eletrônica e fotônica, e sensores ópticos.

Uma fração crescente do consumo global de energia é usada para tecnologia da informação, e a fotônica operando em taxas de dados muito altas com energia ultrabaixa por bit foi identificada como uma tecnologia-chave para permitir o crescimento sustentável das demandas de capacidade.

Contudo, os projetos de laser existentes não podem ser reduzidos apenas para atingir as metas de dispositivos integrados de próxima geração, e descobertas fundamentais no campo da nanofotônica são, portanto, necessárias.

Apoiado por um Centro de Excelência Villum, NATEC, um recém-criado Centro de Excelência DNRF, NanoFoton, e uma subvenção ERC Advanced, cientistas da DTU estão explorando a física e as aplicações de uma nova classe de dispositivos fotônicos usando um fenômeno conhecido como interferência de Fano. Este efeito físico oferece uma oportunidade para a realização de nanolasers ultrarrápidos e de baixo ruído (chamados lasers Fano), transistores ópticos, e dispositivos quânticos trabalhando no nível de um único fóton.

Agora, os cientistas da DTU demonstraram que a coerência de um laser Fano pode ser significativamente melhorada em comparação com os lasers microscópicos existentes. O resultado foi publicado em Nature Photonics .

"A coerência de um laser é uma medida da pureza da cor da luz gerada pelo laser. Uma coerência maior é essencial para inúmeras aplicações, como comunicações no chip, circuitos integrados fotônicos programáveis, de detecção, tecnologia quântica, e computação neuromórfica. Por exemplo, sistemas de comunicação óptica coerentes transmitem e detectam informações usando a fase de pulsos de luz, levando a uma tremenda capacidade de informação ", diz Jesper Mørk, Professor da DTU Fotonik e Líder do Centro da NATEC e NanoPhoton.

Jesper Mørk explica ainda:que "o laser Fano, com um tamanho de alguns mícrons (um mícron é um milésimo de milímetro), opera em um estado ótico incomum, um chamado estado-limite no continuum, induzida pela ressonância de Fano. A existência de tal estado foi identificada pela primeira vez por alguns dos primeiros pioneiros da mecânica quântica, mas evitou a observação experimental por muitos anos. No papel, mostramos que as características de tal estado limitado no continuum podem ser aproveitadas para melhorar a coerência do laser. "

"A observação é um tanto surpreendente, "acrescenta o autor principal e pesquisador sênior da DTU Fotonik, Yi Yu, "já que um estado limitado no continuum é muito menos robusto do que os estados comumente usados ​​em lasers. Mostramos em nosso artigo, experimentalmente, bem como teoricamente, que as peculiaridades deste novo estado podem ser aproveitadas. "

Yi Yu continua que "para atingir a meta que desenvolvemos, em colaboração com o grupo do professor Kresten Yvind na DTU Fotonik, uma plataforma nanotecnológica avançada, chamada Tecnologia Hetero-estrutura Enterrada. Esta tecnologia permite perceber pequenas, regiões nanométricas de material ativo, onde ocorre a geração de luz, enquanto a estrutura do laser restante é passiva. É a física da ressonância de Fano combinada com esta tecnologia que eventualmente permite a supressão do ruído quântico, levando à maior coerência medida para lasers microscópicos. "

Esta nova descoberta pode levar ao uso de lasers Fano em circuitos eletrônicos-fotônicos integrados, em particular nas novas gerações de computadores de alta velocidade. Nos computadores de hoje, sinais elétricos são usados ​​para operações lógicas, bem como para transmitir dados entre diferentes partes do computador. Contudo, devido a perdas ôhmicas, muita energia é desperdiçada na transmissão. O principal papel do laser Fano será converter os dados elétricos em sinais de luz, que então são transmitidos dentro do computador quase sem perda - assim como é feito em fibras ópticas na internet hoje. A perspectiva de longo prazo é obter chips de computador muito mais rápidos com consumo mínimo de energia.