13.09.2021 - Friedrich-Schiller-Universität Jena

Modulación de alta velocidad gracias a la simetría del cristal

Físicos y químicos desarrollan un método de modulación de señales no lineales en materiales 2D

La óptica no lineal es de suma importancia en numerosos campos de la ciencia y la tecnología, en particular para la generación de segundos armónicos, es decir, el proceso de duplicación de la frecuencia de un haz de luz. Por ejemplo, este proceso convierte la luz infrarroja invisible en el cursor de luz visible de un puntero láser. En espectroscopia, este método permite alcanzar nuevas longitudes de onda que, de otro modo, no estarían disponibles utilizando fuentes láser convencionales.

También existen importantes aplicaciones en el campo de la transmisión fotónica de datos, la comunicación cuántica y la tecnología de detección. Por ejemplo, activando y desactivando la eficiencia de conversión del segundo armónico se puede almacenar cualquier información en un haz de luz. Para aprovechar plenamente el potencial de esta tecnología, la modulación del segundo armónico debe ser lo más rápida y eficiente posible. Físicos y químicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, junto con sus colegas del Politécnico de Milán, han desarrollado ahora un método especialmente eficaz, según se publica en la revista científica "Nature Photonics".

Combinación de las mejores características de dos métodos

Para generar una señal de segundo armónico, los investigadores de Jena dirigidos por el profesor Giancarlo Soavi, cuyo grupo de trabajo forma parte de la iniciativa de investigación financiada por la Unión Europea "Graphene Flagship" y el Centro de Investigación Colaborativa de Jena "Nonlinear Optics down to Atomic scales" (CRC 1375 "NOA"), enfocan pulsos láser ultracortos sobre un material 2D. Estos materiales ultrafinos, formados por una sola capa de átomos, son especialmente adecuados para dispositivos a nanoescala, ya que su flexibilidad y propiedades mecánicas facilitan su integración en plataformas fotónicas.

Con su nuevo método, Soavi y sus colegas combinan los puntos fuertes de dos enfoques diferentes: "Por un lado, se pueden modificar las propiedades ópticas no lineales de un material aplicando un campo eléctrico externo (modulación eléctrica). Este enfoque proporciona una gran modulación de la eficiencia de conversión del segundo armónico, pero es relativamente lento", explica el profesor Soavi. "Por otro lado, se puede excitar el material con un segundo pulso de luz (modulación óptica). Este pulso de "control" puede perturbar la respuesta óptica no lineal de la muestra en una escala de tiempo muy rápida, ya que la luz es más rápida que las corrientes eléctricas, pero la modulación del segundo armónico que se consigue en este caso es bastante débil." Con su nuevo método, los científicos de Jena combinan las ventajas de la modulación eléctrica y óptica.

La simetría de los cristales ayuda

El material 2D utilizado para los experimentos es decisivo para este enfoque. "Utilizamos las llamadas monocapas de dicalcogenuros de metales de transición, semiconductores atómicamente finos que tienen propiedades ópticas muy especiales debido a su simetría de cristal", dice Sebastian Klimmer, que investigó el tema para su tesis de máster. Gracias a estas propiedades, es posible manipular la polarización -o el plano de oscilación- del segundo armónico emitido con la ayuda de un segundo pulso de luz y, de este modo, encender y apagar la señal detectada de forma rápida y eficaz.

A diferencia de los enfoques puramente ópticos descritos anteriormente, los dos pulsos utilizados en este trabajo están polarizados perpendicularmente entre sí. Mientras ambos pulsos inciden en el material extremadamente fino por separado, la luz emitida oscila a lo largo de un plano bloqueado por un filtro de polarización (estado OFF). Sin embargo, en cuanto los dos pulsos láser se superponen, la polarización de la señal gira 90 grados y, por lo tanto, puede atravesar el filtro sin alteraciones (estado ON). "La simetría especial del material investigado, el disulfuro de molibdeno, permite una modulación óptica eficaz y, por tanto, la conmutación del proceso de generación del segundo armónico en el rango de los femtosegundos", afirma el profesor Soavi.

Este desarrollo logrado por el CRC 1375 "NOA" y la iniciativa de investigación "Graphene Flagship" puede allanar el camino hacia nuevos tipos de convertidores de frecuencia integrados de alta velocidad que pueden utilizarse, por ejemplo, en la transmisión rápida de datos.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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