Investigadores israelíes crean tecnología de vanguardia en el campo de la fotónica y la mecánica cuántica.
Créditos de las imagenes: Technion Spokesperson.
Investigadores de Israel construyeron el primer aislador óptico basado en la resonancia de ondas de luz en una esfera de vidrio que gira rápidamente.
Este es el primer dispositivo fotónico en el que la luz que avanza en direcciones opuestas y se mueve a diferentes velocidades.
“Básicamente, desarrollamos un aislador fotónico muy eficiente, que puede aislar el 99,6% de la luz”, dijo el líder del equipo de investigación, el profesor Tal Carmon.
“A saber, si enviamos 1,000 partículas de luz, el dispositivo aislará efectivamente 996 fotones y solo fallará en 4.
Tal eficiencia de aislamiento es necesaria para aplicaciones que incluyen dispositivos de comunicación de óptica cuántica y la construcción de láseres de alta potencia.
El aislador que desarrollamos aquí cumple varios requisitos adicionales: también funciona bien cuando la luz de ambas direcciones opuestas se percibe simultáneamente, es compatible con la tecnología de fibra óptica estándar, se puede reducir y no cambia el color de la luz.”
Nadar aguas abajo es más rápido que nadar río arriba y andar en bicicleta con el viento detrás es más rápido que viajar en contra del viento.
La luz también cambia su velocidad con “viento de cola” o “contraflujo”, en respuesta al medio en el que Se esta moviendo.
La velocidad de la luz en el vidrio, por ejemplo, es más lenta que su velocidad en el aire.
Además, dos rayos de luz que avanzan en direcciones opuestas en vidrio o cualquier otro material avanzarán a la misma velocidad.
“En el Technion, también aprendí que la velocidad de la luz depende de la velocidad del medio en el que se mueve”, dijo Carmon.
“Precisamente como un nadador en un río: la velocidad de la luz contra el movimiento del medio es más lenta que su velocidad con el movimiento del medio”.
Tecnología de vanguardia en el campo de la fotónica
Este efecto ya fue descrito en 1849 por el científico francés Armond Fizeau, quien demostró que, al igual que un nadador en un río, la velocidad de la luz por una corriente es más rápida que la luz que sube por una corriente.
El descubrimiento de Fizeau tuvo un impacto significativo en el desarrollo de la teoría de la Relatividad Especial de Einstein.
El arrastre de Fizeau puede conducir a aplicaciones significativas en óptica y computadoras.
Su capacidad única de diferenciar entre las velocidades de la luz para haces que se propagan a contracorriente puede generar un aislador óptico.
Esto es un dispositivo en el que la luz que ingresa a un lado está bloqueada, mientras que la luz entrar desde otro lado es transmitida.
Hasta ahora, no se había construido un dispositivo en el que los haces de luz opuestos avanzaran a diferentes velocidades.
Pero ahora, por primera vez, los investigadores de Technion han tenido éxito en la construcción de dicho dispositivo.
El dispositivo óptico esférico, con su tecnología de vanguardia, gira a alta velocidad.
Los rayos de luz se entregan desde direcciones opuestas a través de una fibra cónica cercana.
La luz que se acerca desde la derecha se mueve a lo largo de la circunferencia de la bola, en la dirección de la rotación de la esfera.
Mientras tanto la luz que se acerca desde la izquierda gira en dirección opuesta a la rotación y, por lo tanto, se mueve a una velocidad más lenta.
El novedoso dispositivo constituye un aislador óptico: transmite luz que se acerca desde la izquierda y apaga la luz proveniente de la derecha.
Otro efecto de esta tecnología de vanguardia, es la resonancia.
Al igual que un instrumento musical que resuena a una frecuencia específica, la luz que circula circunferencialmente en la esfera hace eco resonante.
Sin embargo, las diferentes velocidades de la luz contraria a la circulación obligan a que esta luz que circula en sentido contrario tenga diferentes colores.
De esta manera, la luz entra por un lado hace eco dentro de la esfera mientras circula miles de veces en la esfera, hasta que se absorbe.
Por el contrario, la luz que entra desde el lado opuesto del aislador no resiste y, por lo tanto, pasa a través del dispositivo prácticamente sin perturbaciones.
En otras palabras, la luz que se mueve con el dispositivo, resuena y se apaga, mientras que la luz que se mueve contra el dispositivo se transmite y continúa”.
El Profesor Carmon dijo que el dispositivo fue construido en el taller de soplado de vidrio del Technion.
Fue construido a partir de una varilla de vidrio cuya punta se derritió a 1 milímetro de radio.
La luz entra al aislador desde ambos lados de una fibra óptica estándar, se estrecha en las proximidades de la esfera a un diámetro 100 veces más pequeño que el de un cabello. Luego se coloca a varios nanómetros de la esfera.
La esfera, que sirve como resonador, gira a una velocidad ultrarápida, la punta de la bola se mueve a una velocidad de 300 km/h.
La luz que proviene de la fibra gira dentro de ella miles de veces.
Uno de los desafíos de ingeniería que enfrentaba el grupo de investigación era mantener la distancia ultracorta entre la fibra, a través de la cual se proporciona la luz, y el resonador esférico constante.
“Mantener una distancia precisa es un verdadero desafío, incluso cuando el dispositivo no se está moviendo. Y es un desafío enorme cuando la esfera está girando a una velocidad tan alta”, dijo Carmon.
“Por lo tanto, buscamos un medio para forzar a la fibra a moverse junto con la esfera, a pesar del hecho de que la fibra y la esfera no están conectadas.
Finalmente lo logramos diseñando la fibra para flotar en el viento generado por la rotación de la esfera.
De esta forma, si el dispositivo se tambalea, lo que hace debido a la rotación rápida, la fibra se tambaleará y se mantendrá la distancia entre ellos.
De hecho, la fibra está realmente volando por encima de la esfera giratoria a una nano-elevación constante y autoadaptada”.
El profesor Carmon espera que esta nano-separación allane el camino hacia un nuevo tipo de dispositivo mecánico basado en fuerzas relativamente inexploradas que domina a la separación a nanoescala.
Tecnología de vanguardia aun inexplorada
“Las fuerzas que actúan a tales distancias incluyen las fuerzas de Casimir y Van der Waals. Son fuerzas muy fuertes que se originan de efectos cuánticos. Hasta la fecha, apenas han sido explotados en dispositivos mecánicos, en general, y en osciladores mecánicos, en particular”, dijo.
“Recientemente demostramos, por primera vez, láseres en los que las ondas de agua median la emisión de láser.
También, por primera vez, un micro-láser donde el sonido media la emisión del láser”.
En el futuro, los investigadores podrán generar láseres que se basan en vibraciones de la fuerza restauradora es Casimir o Van der Waals.
Usar su método de nano separación autoalineado también podría permitir dispositivos microelectromecánicos [MEMS] donde se usarán las fuerzas de Casimir y Van der Waals.
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