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Transistor óptico

En un artículo publicado el 11 de noviembre de 2010 en la revista Science, investigadores de la EPFL y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania) anunciaron el descubrimiento de un método de acoplamiento para fotones y vibraciones mecánicas que podría tener numerosas aplicaciones en las telecomunicaciones y las tecnologías de la informática cuántica.

El control y la modulación del flujo de luz es esencial en las  telecomunicaciones actuales. El profesor Tobias Kippenberg y su equipo en el EPFL’s Laboratory of Photonics and Quantum Measurements han descubierto una nueva manera de acoplar la luz y las vibraciones.  Mediante el uso de este descubrimiento, se construyó un dispositivo en el que podría controlar por un segundo haz más intenso, un rayo de luz que viaja a través de un microrresonador óptico.  El dispositivo actúa así como un transistor óptico, en el que un rayo de luz influye en la intensidad de otro.

El microrresonador óptico tiene dos características: en primer lugar, atrapa la luz en una estructura de vidrio pequeña, guiando el haz en un patrón circular. En segundo lugar, la estructura vibra, como una copa de vino, en frecuencias bien definidas. Debido a que la estructura es tan pequeña (una fracción del diámetro de un cabello humano), estas frecuencias son 10 000 superiores que la vibración de una copa de vino. Cuando la luz se inyecta en el dispositivo, los fotones ejercen una fuerza llamada presión de radiación, que aumenta en gran medida por el resonador.  La creciente presión deforma la cavidad, posibilitando el acoplamiento a la luz de las vibraciones mecánicas. Si se usan dos rayos de luz, la interacción de los dos láseres con las vibraciones mecánicas resulta en una especie de «switch» óptico: el fuerte «control» láser puede activar o desactivar una debil «sonda» láser al igual que en un transistor electrónico.

«Hemos sabido desde hace más de dos años que este efecto era teóricamente posible», explica el científico Albert Schliesser, pero el probarlo resultço laborioso.» El científico Senior del EPFL Samuel Deléglise señala que «el acuerdo entre la teoría y experimento es realmente sorprendente.»

Las aplicaciones de este efecto novedoso, denominado «OMIT» (optomechanically-induced transparency), podría proporcionar una funcionalidad completamente nueva a la fotónica.  Las conversiones de radiación a vibración ya está muy extendida por ejemplo, en los teléfonos móviles,  un receptor convierte la radiación electromagnética a vibraciones mecánicas, lo que permite que la señal se filtre de manera eficiente. Pero ha sido imposible hacer este tipo de conversión con la luz. Con un dispositivo OMIT basado en un campo de luz visible podría, por primera vez podría convertirse en una vibración mecánica. Esto podría abrir una enorme gama de posibilidades en el campo de las telecomunicaciones. Por ejemplo, se pueden diseñar nievos búferes ópticos de forma que puedan almacenar información óptica hasta varios segundos.

En un nivel más fundamental, los investigadores de todo el mundo han estado tratando de encontrar maneras de controlar sistemas optomecánicos a nivel cuántico: el acoplamiento conmutable demostrado por el equipo de EPFL-Max Planck podría ayudar a la comunidad a superar este obstáculo, al servir como una interface importante en los sistemas cuánticos híbridos.

Referencia de la publicación:

Reference:

  1. Stefan Weis, Rémi Rivière, Samuel Deléglise, Emanuel Gavartin, Olivier Arcizet, Albert Schliesser, and Tobias J. Kippenberg. Optomechanically Induced Transparency. Science, 11 November 2010 DOI: 10.1126/science.1195596

______________________

Enlaces de interés:

–  Científicos de Frontera. Cirac

–   Nuevo material que supone avance en la computación cuéntica

–  La nevera más pequeña del mundo

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