Construindo a partir do 'anti

Sep 03, 2023

26 de janeiro de 2023

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pela Universidade de Yale

Construindo um inovador "anti-laser", uma equipe de pesquisadores desenvolveu um sistema que pode direcionar a luz e outras ondas eletromagnéticas para processamento de sinal sem qualquer reflexão de sinal indesejada - uma inovação que pode avançar as redes locais, o campo da fotônica e outras aplicações.

Os resultados, liderados por A. Douglas Stone, de Yale, e Philipp del Hougne, da Universidade de Rennes, na França, foram publicados na Science Advances.

Há pouco mais de uma década, Stone liderou uma equipe na criação do anti-laser, ou "absorvedor coerente perfeito" (CPA). Em vez de emitir um feixe como um laser, um anti-laser absorve a luz de entrada com a mesma precisão.

Em um laser, a luz salta para frente e para trás entre dois espelhos, cada vez passando por um material amplificador - conhecido como "meio de ganho" - como o arsenieto de gálio. Como a luz tem um comprimento de onda específico, ela cria um feedback que ganha cada vez mais intensidade. Em uma fonte de luz típica – uma lâmpada comum, por exemplo – os átomos irradiam independentemente e criam luz de muitos comprimentos de onda diferentes, e como resultado, a luz segue em várias direções. Nos lasers, porém, os átomos irradiam na mesma frequência e na mesma direção, criando um feixe concentrado de um único comprimento de onda.

A diferença do antilaser é que, em vez de usar um material amplificador, ele usa um que absorve a luz — ou seja, um "meio de perda". Em sua versão mais simples, o anti-laser divide um único feixe de laser em dois e direciona os dois feixes um para o outro, encontrando-se em uma bolacha de silício da espessura de papel. As ondas de luz são sintonizadas com precisão para se interligarem e ficarem presas. Eles então se dissipam em calor.

Em seu trabalho mais recente, os pesquisadores desenvolveram esse conceito e desenvolveram um dispositivo baseado no que chamam de "modos de dispersão sem reflexão" (RSMs).

"Perguntamos se existe algum princípio como este em que podemos guiar a luz em vez de transformá-la em outra forma de energia", disse Stone, professor de física e física aplicada Carl A. Morse. "Porque com fibras ópticas e circuitos fotônicos modernos, guiar a luz e não ter nada refletido é extremamente valioso."

A partir daí, desenvolveram o aparelho que, ao invés de absorver as ondas, as redirecionava para canais específicos. Stone trabalhou no lado teórico do projeto, enquanto Philipp del Hougne, da Universidade de Rennes, na França, construiu o dispositivo real.

"Em vez de ter tudo transduzido, tudo pode ir para nossos canais de saída escolhidos ou parte dele pode ser absorvido e o restante ir para os canais de saída", disse Stone. "Na próxima etapa, queremos fazer um dispositivo semelhante onde a absorção seja desprezível, de modo que toda a energia seja direcionada com eficiência para realizar sua função de informação ou sensoriamento. Há grande interesse em tais tecnologias para reduzir o consumo de energia da célula redes telefônicas, por exemplo."

O dispositivo eliminou as reflexões de sinal, que há muito são um problema para roteadores de sinal, um ingrediente essencial das modernas redes nanofotônicas e de radiofrequência. Além de causar uma perda na potência do sinal, tais reflexões podem causar ecos de potência do sinal refletido indesejados devastadores na rede.

Mais Informações: Jérôme Sol et al, Reflectionless programmable signal routers, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf0323