La luz es esencial para las comunicaciones modernas basadas en la fibra de vidrio. Los cristales optomecánicos se diseñan a escala nanométrica para confinar fotones y unidades cuánticas de movimiento mecánico (fonones) en un mismo espacio físico. Estas estructuras todavía se estudian en entornos experimentales complejos pero podrían cambiar el futuro de las telecomunicaciones. La interacción entre fotones y movimiento mecánico está mediada por fuerzas ópticas que, al interactuar con un cristal optomecánico, producen un haz de luz fuertemente modulado. En los estudios de optomecánica las no linealidades ópticas suelen considerarse perjudiciales y se procura minimizar sus efectos.
Investigadores del grupo de Nanoestructuras Fotónicas y Fonónicas (P2N) del Instituto Catalán de Nanociencia y Notecnología (ICN2) han publicado recientemente un artículo en Nature Communications en el que muestran la compleja dinámica no lineal que se observa en una estructura optomecánica de silicio. En el artículo se describe cómo la transmisión de un láser continuo de baja potencia se ve distorsionada al interaccionar con una estructura optomecánica, combinando efectos ópticos y mecánicos de la interacción de la luz con la materia. Participan en esta publicación autores del Departamento de Física de la Universidad de La Laguna y de la Universidad Politécnica de Valencia.
El primer autor, Daniel Navarro-Urrios, es doctor en Física por la Universidad de La Laguna, y actualmente trabaja en el grupo del P2N del instituto catalán con un contrato Ramón y Cajal. El segundo autor, Néstor Capuj, es profesor titular de Física de la Universidad de La Laguna y codirector de la tesis doctoral del primero.
Este artículo es fruto de un estudio donde se muestra que es posible controlar la compleja dinámica de una estructura optomecánica mediante el ajuste de parámetros del láser de excitación. Estos estados dinámicos de caos-determinista abren una posibilidad de codificar la información, mediante la adición de una señal caótica en la fibra que transporta la señal. Estas estructuras que son objeto de estudio en complejos experimentos de laboratorio se estima que producirán un gran impacto en el futuro de las telecomunicaciones.
En el trabajo se analiza el comportamiento no-lineal de una cavidad opto-mecánica. La transmisión de láser continuo de baja intensidad se ve afectada por factores tales como efecto termo-óptico, la dispersión debida a portadores libres y el acoplamiento opto-mecánico. El número de fotones contenidos en la cavidad afecta y a su vez es afectado por estos procesos creando un comportamiento de dinámica caótica, que los investigadores son capaces de controlar mediante cambios suaves de los parámetros del láser de excitación, explican los autores.
En el área de la optomecánica, estos efectos ópticos no-lineales se han considerado como perjudiciales y se ha realizado un gran esfuerzo por minimizar sus efectos. Sin embargo, el grupo de investigadores se propone utilizar estas propiedades ópticas no-lineales en la codificación de la información transmitida por un canal óptico. El proyecto Phenomen liderado por el ICN2 tiene como objetivo ofrecer las bases de una nueva tecnología de la información basada en la combinación de fotónica, procesamiento de señales de radio-frecuencia y fonónica.
En el trabajo se demuestra que es posible realizar un control preciso de la activación de los múltiples estados dinámicos del sistema.
Referencias de la publicación:
Daniel Navarro-Urrios, Néstor E. Capuj, Martín F. Colombano, P. David García, Marianna Sledzinska, Francesc Alzina, Amadeu Griol, Alejandro Martínez & Clivia M. Sotomayor-Torres. Nonlinear dynamics and chaos in an optomechanical beam. Nature Communications 8, 14965 (2017); doi:10.1038/ncomms14965
https://www.nature.com/articles/ncomms14965 (Publicación de libre acceso).
