Solitons vectorials dissipatius per a fotònica d'alta velocitat i baix consum

Un grup d’investigadors de la UIB i la Universitat de Niça publiquen un estudi a la revista Nature Photonics sobrela primera observació de solitons dissipatius temporals i vectorials en sistemes làser de semiconductor

Un equip d’investigadors de la Universitat de les Illes Balears han publicat, en col·laboració amb investigadors de l’Institut Non Linéaire de Niça (Universitat de Niça Sophia Antipolis-CNRS), un article a la prestigiosa revista Nature Photonics, en el qual descriuen per primera vegada l’observació de solitons dissipatius temporals i vectorials en sistemes làser de semiconductor. Aquest fenomen obre la porta a la transmissió de dades a gran velocitat i amb poc consum d’energia a través de làsers de semiconductor aprofitant aquesta propietat de la llum.

Polarització de la llum

La recerca dels investigadors de la UIB Julien Javaloyes, del Departament de Física, i Salvador Balle, de l’Institut Mediterrani d’Estudis Avançats (IMEDEA, CSIC-UIB), i dels investigadors de l’Institut Non Linéaire de Niça (Universitat de Niça Sophia Antipolis-CNRS) Mathias Marconi, Stéphane Barland i Massimo Giudici, s’ha centrat en l’estat de polarització de la llum en els làsers de semiconductor.

L’estat de polarització de la llum pot ser horitzontal, vertical o bé una barreja dels dos. Habitualment, els làsers de cavitat vertical emeten llum polaritzada vertical o horitzontal, perquè les dues polaritzacions competeixen fortament. Però en el treball dels investigadors de la UIB es demostra que, si una de les polaritzacions emeses es reinjecta dues vegades al mateix làser, pot aparèixer un estat d'emissió en què la intensitat de la llum roman constant però la seva polarització fa una volta completa en un temps molt curt (aproximadament 50 bilionèsimes de segon).

Aquests girs de polarització poden establir-se de manera independent els uns dels altres, amb temps arbitraris entre si, i tenen gran interès físic, ja que representen la primera observació de solitons dissipatius temporals i vectorials (SD) en sistemes làser de semiconductor. Els solitons dissipatius són estats localitzats i autosostinguts que apareixen en molts de sistemes no lineals fora de l'equilibri (per exemple, medis granulars, descàrregues a gasos o suspensions col·loïdals), i s'anomenen temporals quan la localització és en temps; a més, s'anomenen vectorials quan el que es localitza és un gir. Fins ara, en el camp de l'òptica només es coneixien els solitons dissipatius temporals en sistemes de fibra òptica, els quals tenen un mecanisme de generació completament diferent que requereix alta potència òptica.

Transmissió de dades a gran velocitat

A més d'aquest interès fonamental, els solitons observats també tenen un gran potencial d'aplicació en el camp de les telecomunicacions, ja que es poden usar com a bits d’informació. Com que la durada de cada gir és molt més curta que el temps d'anada i de vinguda de la llum dins el sistema, en una anada i vinguda pot haver-hi molts de girs de polarització independents l'un de l'altre. Això origina una gran multiplicitat d'estats d'emissió que difereixen sia en el nombre de girs sia en llur posició temporal, la qual cosa permet transmetre informació a alta velocitat i el processament òptic d’informació a més de 20 gigabits per segon i a baixa potència.

Referència bibliogràfica

M. Marconi, J. Javaloyes, S. Barland, S. Balle i M. Giudici. «Vectorial dissipative solitons in vertical-cavity surface-emitting lasers with delays». Nature Photonics, 9, 450-455 (2015). doi: 10.1038/nphoton.2015.92 

Data de publicació: 26/10/2015