Científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han fabricado y probado experimentalmente una nanocavidad de cristal fotónico a base de silicio (PCN por sus siglas en inglés) que requiere una muy reducida cantidad de energía para funcionar como un interruptor, un hecho sin precedentes. Los hallazgos, que tienen importantes implicaciones para el futuro de las tecnologías ópticas, se publican en un documento y aparece anunciado en la portada de Applied Physics Letters.
Foto de Portada Minkov (I) and Savona (D) con un diseño PCN ©Alain Herzog/EPFL
Los circuitos ópticos o circuitos fotónicos son entre 10 y 100 veces más rápidos que los circuitos electrónicos ya que funcionan con luz en lugar de electricidad. Y debido a que presentan una menor pérdida de calor, una mejor relación señal-ruido, y son menos susceptibles a la interferencia, son más eficientes energéticamente. Utilizados esencialmente para las comunicaciones (por ejemplo, fibras ópticas), los circuitos ópticos pueden usar cavidades ópticas pequeñas a modo de interruptores que pueden bloquear o permitir la entrada del flujo de luz, de manera similar a los transistores en electrónica.
Los circuitos ópticos controlan la luz de la misma forma en que un circuito eléctrico controla el flujo de electricidad. En comparación con los circuitos eléctricos, los sistemas ópticos muestran mayor velocidad, eficiencia energética, y estabilidad. Ya utilizados en comunicaciones por fibra óptica, el campo de la fotónica aplicada está progresando constantemente en el desarrollo de circuitos ópticos que utilizan cavidades ópticas a nanoescala a modo de interruptores o transistores para controlar el flujo de la luz.
Estas cavidades ópticas confinan la luz en un pequeño espacio de unos pocos nanómetros. Exprimida en un volumen tan pequeño, una muy pequeña cantidad de luz entrante es suficiente para causar un pequeño cambio en la longitud de onda de la luz atrapada, debido a las propiedades ópticas del material del que está hecha la cavidad. Estas propiedades se conocen como «no lineales», lo que significa que si una pequeña cantidad de luz puede hacer que la cavidad óptica resuene, una mayor intensidad de luz puede hacer que cambie realmente entre dos estados diferentes. Este efecto, llamado «bi-estabilidad óptica» es en última instancia, lo que hace que la cavidad óptica para actuar como un interruptor para la luz.
Uno de los retos en el diseño y desarrollo de circuitos ópticos es su eficiencia en términos de velocidad y consumo de energía. Estas dos características están unidas entre sí, ya que la potencia total absorbida por un circuito óptico depende de la energía requerida por una sola operación de interruptor multiplicado por el número de operaciones por segundo. En consecuencia, para minimizar el consumo de energía de conmutación un circuito óptico deben incluir en su diseño la implementación de la mayor cantidad posible de cavidades ópticas.
Fuente: Prensa EPFL
