Investigadores del Joint Quantum Institute (JQI) han desarrollado chips innovadores que pueden convertir un color de luz en varios colores, lo que demuestra un avance significativo en el campo de la fotónica. Dado que la manipulación de la luz sigue siendo clave para tecnologías como la computación cuántica y las mediciones de precisión, este avance es crucial no sólo para la investigación científica sino también para una amplia gama de aplicaciones industriales.
Históricamente, la creación de fuentes de luz compactas integradas en chips ha presentado desafíos a los científicos, principalmente la necesidad de convertir la luz láser en colores adicionales. Lograr esta capacidad en un chip facilita la integración con las tecnologías existentes y reduce la dependencia de múltiples láseres, aumentando así la eficiencia.
En pruebas recientes, los chips de nuevo diseño convirtieron con éxito un solo color de luz láser en colores secundarios sin necesidad de entradas activas ni optimizaciones extensas, lo que representa una mejora drástica con respecto a los métodos anteriores. Como se detalla en la revista CienciaLos chips utilizan una serie de resonadores que permiten que la luz rebote varias veces, mejorando la interacción de la luz entrante con el chip y permitiendo múltiples conversiones de frecuencia.
Estos chips ilustran los principios de los dispositivos fotónicos, que manipulan la luz de forma similar a como los dispositivos electrónicos manejan las corrientes eléctricas. Mohammad Hafezi, miembro del JQI, enfatizó la importancia de superar los desafíos de versatilidad y reproducibilidad tradicionalmente asociados con las fuentes de luz fotónica integrada. El nuevo diseño elimina la necesidad de una alineación precisa, que a menudo dificulta su uso en la producción en masa.
La tecnología separa la luz no sólo difundiéndola como un prisma, sino también produciendo nuevos colores en la luz entrante que no existían antes. Esta capacidad es particularmente valiosa porque los láseres correspondientes no están disponibles para muchas de las longitudes de onda recientemente producidas, lo que limita la experimentación y la implementación práctica.
Un elemento clave del diseño es el establecimiento de interacciones no lineales que permitan el intercambio de frecuencias de luz. Históricamente, estas interacciones han sido débiles, lo que complica el proceso. Sin embargo, los investigadores mejoraron la fuerza de los efectos no lineales diseñando una serie de resonadores, lo que aumentó significativamente la calidad de la interacción.
Un desafío es gestionar las diversas frecuencias necesarias para la generación de armónicos. El equipo de investigación se dio cuenta de que una serie de pequeños resonadores que trabajaran de forma cooperativa podrían soportar eficazmente múltiples conversiones de frecuencia, evitando las compensaciones que se encuentran comúnmente con los resonadores individuales. Al incorporar resonadores con diferentes velocidades de conducción (un concepto llamado “conjuntos de resonadores de dos series temporales”), descubrieron que los chips podían generar de manera confiable segundos, terceros y cuartos armónicos en respuesta a las frecuencias de telecomunicaciones estándar.
Los investigadores probaron múltiples chips, todos los cuales generaron efectivamente las frecuencias armónicas deseadas, una hazaña que rara vez se logra con enfoques convencionales que requieren calentadores integrados para la compensación activa. Sus hallazgos sugieren amplias implicaciones para una variedad de campos que incluyen la metrología, la conversión de frecuencia y la computación óptica no lineal, todo lo cual se puede lograr sin la complejidad de la sintonización activa.
Esta innovación en chips fotónicos pasivos no solo aborda limitaciones de larga data, sino que también revoluciona la investigación científica y las aplicaciones prácticas sobre cómo se puede generar y manipular la luz en tecnologías compactas.
