Harvard University

Os físicos encontraram a solução para a óptica on-chip

Roteador em nano-escala converte e direciona com eficiência sinais ópticos

		IMAGEM: Dois dispositivos de acoplamento baseados no padrão em espinha de peixe: um dispositivo retangular e outro anular. Clique aqui para mais informações.

Cambridge,  Massachusetts. – 22 de abril de 2013 – Uma equipe de pesquisadores com base em Harvard criou um novo tipo de nano-dispositivo que converte um sinal óptico em ondas que se propagam ao longo de uma superfície de metal. A característica mais significativa deste dispositivo é que ele pode reconhecer tipos específicos de luz polarizada e, segundo essa polarização, enviar o sinal em uma determinada direção.

A descoberta, publicada na edição de 19 de abril da Science, dá uma nova maneira para manipular precisamente a luz na escala abaixo do comprimento de onda, sem danificar um sinal que pode transportar dados. Isto abre as portas para uma nova geração de interconexões ópticas em chips que podem canalizar informações de dispositivos ópticos para dispositivos eletrônicos.

“Se quisermos enviar um sinal de dados para todos os lados de um pequeno chip com vários componentes, precisamos ser capazes de controlar precisamente para onde o sinal vai”, explica Balthasar Müller, principal co-autor do artigo e estudante de pós-graduação na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (School of Engineering and Applied Sciences = SEAS) em Harvard. “Se o sinal não for bem controlado, a informação se perde. A direcionalidade é um fator extremamente importante”.

O acoplador transforma a luz incidente em um tipo de onda chamado polariton plasmon de superfície, uma ondulação superficial no mar de elétrons que existe nos metais.

		IMAGEM: Uma micrografia eletrônica que exibe as perfurações em nano-escala do acoplador plasmônico. Clique aqui para mais informações.

Antigamente já era possível controlar a direção dessas ondas, mudando-se o ângulo de incidência da luz sobre o acoplador, porém, como coloca Müller, “Isso era uma grande maçada. Circuitos ópticos são muito difíceis de alinhar, de modo que reajustar os ângulos para rotear o sinal não era uma solução prática”.

Com o novo acoplador, a luz só precisa incidir perpendicularmente e o dispositivo faz o resto. Atuando como um controlador de tráfego, ele lê a polarização da onda de luz incidente – que pode ser linear, circular destrógira, ou circular levógira – e a roteia de acordo com isso. O dispositivo pode até dividir um feixe de luz e enviar partes dele em diferentes direções, permitindo a transmissão da informação em vários canais.

O acoplador consiste de uma fina folha de ouro, salpicada de pequenas perfurações. Porém, é no preciso padrão formado pelas fendas, dispostas como espinhas de peixe, onde reside a genialidade.

“A solução mais empregada até agora era uma série de ranhuras paralelas, conhecidas como gradil, que funciona, mas perde uma grande parte do sinal no processo”, explica o principal pesquisador Federico Capasso, Professor “Robert L. Wallace” de Física Aplicada e Pesquisador Associado Sênior “Vinton Hayes” de Engenharia Elétrica na SEAS de Harvard. “Talvez agora nossa solução seja a mais empregada. Ela torna possível controlar a direção dos sinais de maneira simples e elegante”.

		IMAGEM: Estas imagens, tiradas com um microscópio de escaneamento óptico de campo próximo, mostram as ondas plasmônicas se propagando pela superfície do acoplador. Clique aqui para mais informações.

Uma vez que a nova estrutura é tão pequena — cada uma das unidades que se repetem é menor do que o comprimento de onda da luz visível — os pesquisadores acreditam que será fácil incorporá-la em novas tecnologias, tais como óptica plana.

Porém Capasso fala animadamente acerca das possibilidades de incorporar o novo acoplador em futuras redes de informação de alta velocidade que podem combinar eletrônica em nano-escala com elementos ópticos e plasmônicos em um único microchip.

“Isto gerou um grande entusiasmo neste campo”, conclui Capasso.

Müller e Capasso tiveram a colaboração do co-autor principal Jiao Lin, um antigo doutor pesquisador da SEAS que agora está no Instituto de Tecnologia de Manufatura de Singapura; e dos co-autores Qian Wang e Guanghui Yuan, da Universidade Tecnológica Nanyang, Singapura; Nicholas Antoniou, Principal Engeneheiro FIB no Centro Harvard de Sistemas em Nano-escala; e Xiao-Cong Yuan, professor do Instituto de Óptica Moderna na Universidade Nankai na China.