Desarrollan dispositivo óptico que atrapa luz con mínima pérdida energética

Investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder desarrollaron un innovador dispositivo óptico que atrapa y amplifica luz con una eficiencia excepcional. Utilizando estructuras microscópicas llamadas microresonadores, lograron reducir la pérdida de energía y mantener la luz circulando por más tiempo dentro del dispositivo.

Estos microresonadores, diseñados en forma de "circuitos de carrera" inspirados en la ingeniería de carreteras, permiten que la luz se concentre y aumente su intensidad. Cuando esta intensidad alcanza un nivel adecuado, se pueden llevar a cabo procesos ópticos especializados que facilitan la detección y otras funciones avanzadas.

El estudiante de doctorado Bright Lu, autor principal del estudio, expresó: "Nuestro trabajo se centra en utilizar menos potencia óptica con estos resonadores para futuros usos. Un día, estos microresonadores podrán adaptarse para una amplia gama de sensores, desde navegación hasta identificación de químicos".

El diseño de los resonadores, conocido como resonadores de "circuito de carrera", se basa en curvas suaves que minimizan la pérdida de luz. Won Park, profesor de ingeniería eléctrica y coasesor del proyecto, destacó que "nuestras elecciones de diseño fueron una innovación clave en este proyecto". Al guiar la luz a través de curvas cuidadosamente diseñadas, los investigadores lograron limitar significativamente la cantidad de luz que se escapa, permitiendo que los fotones circulen más tiempo y con mayor intensidad.

La fabricación de estos microresonadores se llevó a cabo en el Colorado Shared Instrumentation in Nanofabrication and Characterization (COSINC), utilizando un nuevo sistema de litografía por haz de electrones. Este proceso permite crear estructuras con una resolución subnanométrica, esencial para el funcionamiento óptimo de los microresonadores.

Chalcogenide Glass, un tipo de vidrio semiconductor especializado, fue utilizado para la construcción de los dispositivos. Juliet Gopinath, profesora que ha colaborado en este proyecto durante más de diez años, comentó: "Nuestros resultados mostraron que minimizar la pérdida de curvatura permite dispositivos de ultra baja pérdida comparables a los de última generación en otras plataformas de materiales".

Una vez fabricados, los dispositivos fueron evaluados bajo la dirección de James Erikson, estudiante de doctorado en física, quien se especializa en mediciones láser. Erikson alineó láseres con guías de onda microscópicas para enviar luz hacia los resonadores y monitorear su comportamiento interno.

Los microresonadores podrían ser utilizados para crear microlásers compactos, sensores químicos y biológicos altamente sensibles, así como herramientas para metrología y redes cuánticas. Lu concluyó: "Nuestro objetivo final es construir un dispositivo que se pueda entregar a un fabricante para crear cientos de miles de ellos".

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