Un nou avenç en la tecnologia de polsos làser ultracurts

Els làsers s'estan convertint en una part integral d'innombrables dispositius i indústries. Quan un raig làser interacciona amb la superfície d'un material a nanoescala, emet una ona de llum anomenada "plasmó" (excitó de plasma), i les propietats d'un excitó de plasma determinat poden transmetre informació. En la transmissió òptica, un làser bombeja llum a un component anomenat "absorbidor saturable" per produir un senyal òptic.
Recentment, Yu Yao, professora associada d'enginyeria elèctrica a la Universitat Estatal d'Arizona, i el seu equip de recerca al Centre d'Innovació Fotònica de l'Estat d'Arizona han dissenyat un element làser a nanoescala més ràpid i eficient energèticament anomenat absorbidor saturable metaestructurat híbrid grafè-plasma. o GPSMA.
GPSMA té aplicacions potencials en indústries com les comunicacions, el processament de la informació, l'espectroscòpia i la biomedicina. L'absorbidor es pot utilitzar per millorar la velocitat, l'eficiència i el rendiment general per avançar en la transmissió de dades, el processament de la informació, la detecció biomèdica i les tecnologies d'imatge.
A causa de les seves propietats beneficioses en la modulació òptica i l'absorció saturable, l'equip de Yu Yao va incorporar un híbrid de metall i grafè dissenyat artificialment en el seu desenvolupament.
En un article recent publicat a la revista científica ACS Nano, Yao detalla com el seu laboratori va integrar un absorbent saturable basat en grafè i com van aconseguir millorar el dispositiu per reduir el consum d'energia mantenint temps de resposta ultra ràpids.
Van obtenir aquests resultats importants dissenyant una matriu d'antenes òptiques que enfoca la llum a buits a nanoescala del material, coneguts com a punts calents, per afavorir l'absorció. En centrar el làser en aquests punts calents, van observar un rendiment millorat i un consum d'energia reduït.
"El grafè és lleuger i té temps de resposta òptica ràpids, però una baixa absorció en la seva forma monocapa", va dir Yu Yao, "Vam dissenyar el dispositiu de manera que l'absorció de llum als punts calents a nanoescala es pugui augmentar en més de tres ordres de magnitud, produint no només una forta absorció de llum però també efecte d'absorció de saturació. Amb GPSMA, estem fent un dispositiu d'absorció saturable que pot reduir el consum d'energia en gairebé dos o tres ordres de magnitud".
A partir de la seva velocitat significativament augmentada, la seva nova tecnologia obrirà noves oportunitats per a l'espectroscòpia làser infraroja i comunicacions de senyal òptica d'alta velocitat (cable de fibra òptica i comunicacions per satèl·lit).
"El nostre dispositiu pot funcionar a velocitats rècords", va dir Yu Yao, "els absorbents saturables convencionals poden funcionar a una escala de temps nanosegons, però ara podem arribar a uns 60 femtosegons, més de 100, 000 vegades més ràpid que abans. "
GPSMA actualment funciona a longituds d'ona de l'infraroig proper a l'espectre electromagnètic. Com que el grafè té una resposta òptica àmplia, pot estendre la seva cobertura espectral a longituds d'ona més llargues a la regió espectral infraroja, la qual cosa té implicacions importants per a l'espectroscòpia molecular i les comunicacions òptiques. Tanmateix, per a longituds d'ona més llargues, tradicionalment és més difícil aconseguir una absorció saturable i generar polsos làser ultracurts. Per tant, el concepte de disseny GPSMA pot omplir aquest buit tecnològic.
El dispositiu de l'equip de Yu Yao té aplicacions potencials a les indústries de telecomunicacions, energia i biomèdica. Aquests absorbents es podrien utilitzar per millorar la velocitat, l'eficiència i el rendiment global dels cables de fibra òptica, obrint oportunitats per avançar en la transmissió de dades, el rendiment de les cèl·lules solars i les tecnologies d'imatge de detecció de malalties.