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Encuentran propiedades ópticas que podrían revolucionar la tecnología

Encuentran propiedades ópticas que podrían revolucionar la tecnología

Los resultados de esta investigación podrían ser utilizados para procesar información óptica a velocidades (o con un ancho de banda) mayores de 1.5 terahertz (THz), y se los debemos a Israel de León Arizpe, investigador en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (ITESM), en colaboración con otros dos investigadores de la Universidad de Ottawa y de la Universidad de Rochester.

Juntos encontraron nuevas propiedades de óptica no lineal en el óxido de indio y estaño, lo cual podría contribuir a mejorar el aprovechamiento y la aplicación de la fotónica que se encuentra presente en diversas tecnologías en la vida cotidiana, como en el Internet.

En entrevista, el especialista indicó que las aplicaciones de la fotónica dependen en gran medida de la llamada óptica no lineal, es decir, de la diferente forma en que se comportan los materiales en función de la intensidad de luz que pasa a través de ellos. Cuanto mayor es la no linealidad de un material, más aplicaciones tecnológicas puede tener.

Este grupo de investigadores, en el cual participa De León Arizpe, encontró que el óxido de indio y estaño tiene una no linealidad hasta mil veces mayor que la de otros materiales conocidos.

Las propiedades ópticas de estos materiales en su región “épsilon cercana a cero” son muy inusuales, y una de estas propiedades es la tendencia a presentar una respuesta óptica no lineal muy grande, puede ser hasta mil veces más grande que la respuesta no lineal a frecuencias lejanas a esta región.

En nuestra investigación, estudiamos la respuesta óptica no lineal de uno de estos materiales. En particular, investigamos cómo el índice de refracción y absorción del material es afectado por la intensidad de la luz que es aplicada; también investigamos las características temporales del fenómeno no lineal.

Los resultados de la investigación muestran que la respuesta óptica no lineal del ITO es sumamente grande y rápida; en particular, demostramos que la respuesta no lineal de este material en la región “épsilon cercana a cero” puede ser más grande que su respuesta lineal, lo cual no tiene precedente.

Los resultados que obtuvimos son importantes por varias razones: primero, la magnitud de la respuesta no lineal que hemos observado establece un nuevo récord en la óptica no lineal.

Esta respuesta no lineal es cientos de veces más grande que la de semiconductores como el arseniuro de galio (GaAs), el cual se considera como un material con una no linealidad muy grande; también es aproximadamente cinco veces más grande que la respuesta no lineal de metamateriales ópticos altamente no lineales desarrollados recientemente.

Segundo, porque la respuesta no lineal es sumamente rápida; por ejemplo, el tiempo de recuperación de 360 femtosegundos que hemos obtenido significa que este material podría ser utilizado para procesar información óptica a velocidades (o con un ancho de banda) mayores de 1.5 terahertz (THz).

Tercero, porque el cambio en el índice de refracción debido al fenómeno no lineal se traduce a 170 por ciento del valor lineal del índice de refracción. Esto es, el índice de refracción cambia de un valor de 0.4 (el valor lineal) a un valor máximo de 1.14. La magnitud de este cambio, así como la velocidad a la que este sucede, no tiene precedentes.

La aplicación más obvia es la de modulación de señales ópticas y procesamiento óptico de datos. Por ejemplo, al cambiar la absorción del material por medio de un pulso óptico de control, podemos modular la intensidad de una señal óptica. De manera similar, al cambiar el índice de refracción del material por medio de un pulso óptico de control, podemos modular la fase de la señal óptica.

De esta forma, podríamos desarrollar un switch óptico, cuyo estado (abierto o cerrado) es controlado por otra señal óptica. Este tipo de funcionalidad, es decir, el control óptico de señales por medio de otras señales ópticas (a diferencia del control de señales ópticas por medio de señales eléctricas) es indispensable en el desarrollo de dispositivos de procesamiento óptico de datos a muy alta velocidad.

Es muy temprano para conocer el verdadero potencial que este material tiene para impactar las tecnologías de la vida cotidiana, ya que hay muchos otros factores que influencian el desarrollo de estas tecnologías. Sin embargo, pienso que este material tiene mucho potencial para desarrollar dispositivos nanofotónicos que pudieran ofrecer ventajas importantes a las formas tradicionales de manipulación de luz que se utilizan actualmente en estas tecnologías.

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