Um grupo de pesquisadores de fotônica da Universidade de Tampere introduziu um novo método para controlar um feixe de luz com outro feixe através de uma metasuperfície plasmônica única em um meio linear com potência ultrabaixa. Esse método simples de comutação linear torna os dispositivos nanofotônicos, como computação óptica e sistemas de comunicação, mais sustentáveis, exigindo baixa intensidade de luz.
A comutação totalmente óptica é a modulação da luz do sinal devido à luz de controle de tal forma que possui a função de conversão liga/desliga. Em geral, um feixe de luz pode ser modulado com outro feixe de laser intenso na presença de um meio não linear.

O método de comutação desenvolvido pelos pesquisadores é fundamentalmente baseado no fenômeno óptico quântico conhecido como Enhancement of Index of Refraction (EIR).

"Nosso trabalho é a primeira demonstração experimental desse efeito no sistema óptico e sua utilização para comutação totalmente óptica linear. A pesquisa também esclarece a comunidade científica para obter dispositivos plasmônicos com compensação de perda operando em frequências de ressonância por meio do aprimoramento extraordinário do índice de refração sem usando qualquer mídia de ganho ou processos não lineares", diz Humeyra Caglayan, Professor Associado (faixa permanente) em Fotônica na Universidade de Tampere.

Comutação óptica habilitada com velocidade ultrarrápida

A comutação de alta velocidade e o meio de baixa perda para evitar a forte dissipação do sinal durante a propagação são a base para desenvolver a tecnologia fotônica integrada onde os fótons são utilizados como portadores de informação em vez de elétrons. Para realizar redes de comutação totalmente ópticas ultrarrápidas no chip e unidades de processamento central fotônicas, a comutação totalmente óptica deve ter tempo de comutação ultrarrápido, poder de controle de limite ultrabaixo, eficiência de comutação ultra alta e tamanho de recurso em nanoescala.

"Alternar entre valores de sinal de 0 e 1 é fundamental em todos os dispositivos eletrônicos digitais, incluindo computadores e sistemas de comunicação. Ao longo das últimas décadas, esses elementos eletrônicos tornaram-se gradualmente menores e mais rápidos. Por exemplo, os cálculos comuns feitos com nossos computadores no pedido segundos não poderia ser feito com computadores antigos do tamanho de uma sala, mesmo em vários dias", observa Caglayan.

Na eletrônica convencional, a comutação depende do controle do fluxo de elétrons na escala de tempo de um microssegundo (10 ^-6 s) ou nanossegundos (10 ^-9 sec) ao conectar ou desconectar a tensão elétrica.

"No entanto, a velocidade de comutação pode ser aumentada para uma escala de tempo ultrarrápida (femtosegundo 10 ^-15 sec) substituindo os elétrons por plasmons. Plasmons são uma combinação de fótons e uma coleção de elétrons na superfície dos metais. Isso permite a comutação óptica com nosso dispositivo com femtosegundo (10 ^-15 seg) velocidades", afirma.

"Nosso nanointerruptor plasmônico consiste em uma combinação em forma de L de nanobastões metálicos. Um dos nanobastões recebe um sinal polarizado linearmente e o outro recebe outro feixe de 'controle' polarizado linearmente perpendicular ao primeiro feixe", diz o pesquisador de pós-doutorado Rakesh Dhama. , o primeiro autor do artigo publicado na Nature Communications .

Polarização significa a direção na qual o campo elétrico do feixe está oscilando. O feixe de controle pode atenuar ou amplificar o sinal dependendo da diferença de fase entre os feixes. A diferença de fase refere-se à diferença de tempo quando cada feixe atinge sua intensidade máxima. A amplificação do sinal ocorre devido à transferência de alguma energia óptica do feixe de controle para o sinal através de uma superposição construtiva com uma diferença de fase cuidadosamente projetada.

Aprimorando o desempenho de dispositivos plasmônicos

Da mesma forma, a atenuação do sinal é conseguida por superposição destrutiva quando os feixes têm a diferença de fase oposta. Essa descoberta torna os dispositivos nanofotônicos, como computação óptica e sistemas de comunicação, mais sustentáveis, exigindo baixa intensidade de luz. Este método de comutação linear simples pode substituir os métodos atuais de processamento óptico, computação ou comunicação, acelerando o desenvolvimento e a realização de sistemas plasmônicos em nanoescala.

“Esperamos ver mais estudos de estruturas plasmônicas utilizando nosso método de comutação aprimorado e possivelmente o uso de nosso método em circuitos plasmônicos no futuro. pulsos de laser de femtossegundos e investigar o aprimoramento não linear e o controle de nanopartículas plasmônicas", observa Huneyra Caglayan.

Controlar a resposta não linear de nanoestruturas fornece aplicações e funcionalidades ainda mais interessantes para dispositivos nanofotônicos, como computação óptica e sistemas de comunicação.

"Esta abordagem também tem o potencial de melhorar o desempenho de dispositivos plasmônicos, criando transparência de banda larga para um feixe de sinal sem qualquer meio de ganho. Pode abrir várias maneiras de projetar elementos fotônicos inteligentes para fotônica integrada", diz Cagalayan. + Explorar mais

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