Las cavidades topológicas del láser podrían revolucionar la optoelectrónica

Por Andrea RA.

(Última Actualización: abril 19, 2018)

Publicado a las 06:16 PM CST en Oct 13,2017 | Actualizado a las 06:16 PM CST en Oct 13,2017


Un nuevo tipo de cavidad láser puede tomar cualquier forma y cambiar el flujo de luz con un campo magnético. Este láser fue desarrollado por un equipo de investigación en el campo de la física, ganador del premio Nobel.

Poder hacer este tipo de cosas con la luz es una posibilidad muy interesante “, dice Boubacar Kante, físico de la Universidad de California en San Diego. Kante y sus colegas describen las denominadas cavidades topológicas en el número actual de la revista Science.

Normalmente, una cavidad láser, donde se produce la amplificación de la luz, tiene forma de anillo. Si tuviera esquinas agudas, parte de la luz se perdería y el láser no funcionaría tan bien. Un resultado de la forma del anillo es que si los ingenieros quieren colocar muchos láseres en un chip, por ejemplo para comunicaciones ópticas o computación, hay un gran espacio malgastado entre los anillos.

El grupo de Kante supera esa limitación de forma creando una cavidad topológica. Construyeron pozos cuánticos -la parte que hace el trinche- de fosfuro de arseniuro de galio indio. Colocaron los mismos dentro de cristales fotónicos hechos de granate de hierro de itrio. Un cristal fotónico tiene una estructura cristalina en la misma escala de tamaño que la longitud de onda de la luz que lo atraviesa, y la estructura actúa como un espejo, dirigiendo la luz a lo largo de un camino deseado.

En este caso, los investigadores hicieron dos tipos de cristales fotónicos que tenían topologías diferentes. Uno tenía una célula unitaria -la forma cristalina básica que se repite una y otra vez para formar el cristal- que tenía forma de estrella, en una celosía cuadrada. El otro era una celosía triangular con orificios de aire cilíndricos. Kante compara los diferentes cristales con un bagel y un pretzel; aunque ambos son esencialmente pan con un agujero, el diferente número de agujeros significa que tienen formas fundamentalmente diferentes.

En el sistema de Kante, un cristal fotónico se encuentra dentro de un cristal fotónico diferente, y la interfaz donde ambos se unen se convierte en la cavidad láser. “Esa interfaz puede tener la forma que quieras”, dice.

Con los cristales en su lugar, Kante aplica un campo magnético que convierte al sistema en el equivalente óptico de un aislante topológico, un material que aísla en su masa pero conductivo a lo largo de su superficie. El Premio Nobel de Física 2016 recayó en el científico cuyo trabajo condujo a la creación de aisladores topológicos, pero los dispositivos anteriores se centraron en la corriente eléctrica. En un aislante topológico de cristal fotónico, el flujo de luz se restringe al lugar donde las superficies del cristal se encuentran. Si se mueve el signo del campo magnético, cambia la dirección en la que se emite la luz.

El resultado práctico inmediato será permitir que los ingenieros empaqueten los láseres más densamente en un chip, lo que conducirá a comunicaciones ópticas de mayor velocidad. Pero tener otra forma de controlar la luz puede conducir a nuevos tipos de dispositivos fotónicos y allanar el camino para la computación totalmente óptica que es más rápida y menos costosa en energía que las computadoras actuales.


Referencias & Fuentes

spectrum.ieee.orgTopological Laser Cavities Could Revolutionize Optoelectronics

science.sciencemag.orgNonreciprocal lasing in topological cavities of arbitrary geometries

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