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Investigadores de la Universidad de Twente han desarrollado una técnica novedosa para capturar con éxito ondas de luz y sonido utilizando guías de ondas de nitruro de silicio multicapa. El estudio demostró de manera eficiente que manipular la luz con el sonido en circuitos grandes es factible y se adapta bien a los métodos de producción existentes.. Su estudio fue publicado en la revista avances científicos.
Ampliación de la caja de herramientas de fotónica
Los dispositivos electrónicos y los chips se han vuelto exponencialmente más rápidos y pequeños en las últimas décadas. Usando luz en lugar de electrones, los investigadores casi han alcanzado los límites de la electrónica «tradicional» y actualmente están explorando la transición entre la electrónica y la fotónica. A esta escala, surgen todo tipo de nuevos desafíos. Por ejemplo, los efectos cuánticos o las perturbaciones más pequeñas podrían falsear las señales y dejarlas inutilizables. Un grupo de estudio de la Universidad de Twente ha incluido recientemente una nueva solución en la «caja de herramientas fotónica».
Dispersión estimulada de Brillouin: manipulación de la luz con sonido
El desarrollo de nuevas tecnologías de óptica cuántica, sensores y telecomunicaciones requiere la amplificación, filtrado y procesamiento de señales ópticas. Un método para hacer esto con éxito es utilizar una técnica de interacción optomecánica coherente conocida como dispersión de Brillouin estimulada.
En esta técnica, dos láseres finamente sintonizados generan una onda de sonido con frecuencias un millón de veces más altas que el umbral auditivo humano y la capturan en una guía de ondas. La luz guiada a través de la guía de ondas se comunica con la onda de sonido, que refleja una parte muy pequeña y definida del espectro de luz y filtra la señal con éxito.
Aunque la dispersión de Brillouin se ha estudiado ampliamente en los últimos años, nunca se ha implementado de manera confiable en un chip adecuado para usar en nuestra vida diaria. Ha resultado muy difícil atrapar la onda de sonido en una guía de ondas durante el tiempo suficiente para que sea eficaz. La fuga acústica es un problema importante con las plataformas tradicionales basadas en silicio que evitan las interacciones fuertes de Brillouin. Y los materiales alternativos suelen ser inestables, frágiles o incluso tóxicos..
Prof. David Marpaung, Profesor, Grupo de Investigación de Nanofotónica No Lineal, Universidad de Twente
Avance con guía de ondas de nitruro de silicio multicapa
Para contener tanto las ondas acústicas como las ópticas, el grupo de estudio de la Universidad de Twente utilizó nitruro de silicio multicapa de baja pérdida (Si3norte4) circuitos nanofotónicos. Dichos circuitos consisten en guías de ondas en espiral de 50 cm de largo. Esta construcción atrapa la onda de sonido y evita la fuga acústica que se produce cuando se utiliza un único núcleo de nitruro de silicio.
Además de los resultados esperados en su configuración experimental, los científicos produjeron una prueba de concepto funcional y otras posibles aplicaciones.
Demostramos un filtro de muesca de rechazo de RF y los resultados muestran un gran potencial para la dispersión de Brillouin estimulada en el futuro en un chip de nitruro de silicio..
Roel Botter, primer autor del estudio, Universidad de Twente
Marpaung dice: «Nuestra investigación permite la integración de la dispersión de Brillouin estimulada en grandes circuitos. Estos nuevos chips se pueden integrar con otras tecnologías emergentes, como láseres sintonizables, peines de frecuencia y circuitos fotónicos programables, lo que podría darles un papel en el desarrollo futuro de campos que van desde las telecomunicaciones hasta la computación cuántica..»
Cooperación y Financiamiento
Esta investigación es el resultado de un estudio de cuatro años sobre la practicidad de la dispersión Brillouin estimulada en circuitos fotónicos de nitruro de silicio. El estudio se llevó a cabo en el Instituto MESA+ de la Universidad de Twente en colaboración con el Dr. Yang Liu, científico del Laboratorio de Fotónica y Mediciones Cuánticas de la EPFL en Suiza. Los chips de nitruro de silicio son fabricados por LioniX International, una empresa derivada de la Universidad de Twente y un socio clave en el proceso de investigación.
Este estudio fue financiado por los programas Vidi y START UP del Consejo de Investigación Holandés (NWO), que apoya proyectos de investigación progresivos con alto impacto científico y social.
referencia de la revista
Boter, R. y otros. (2022) Dispersión de Brillouin estimulada acústicamente guiada en circuitos fotónicos de nitruro de silicio. avances científicos. doi.org/10.1126/sciadv.abq2196.
Fuente: https://www.utwente.nl/en/
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