Metamateriais domam a luz no interior de chips fotônicos

Redação do Site Inovação Tecnológica – 04/02/2013

Componentes feitos de metamateriais, capazes de desempenhar funções diferentes, podem ser integrados para montar circuitos fotônicos para comunicação, imageamento, computação e sensoriamento.[Imagem: Douglas Werner]

Componentes feitos de metamateriais, capazes de desempenhar funções diferentes, podem ser integrados para montar circuitos fotônicos para comunicação, imageamento, computação e sensoriamento.[Imagem: Douglas Werner]

Novas luzes

Parece não haver limites para a óptica transformacional e seus metamateriais.

Depois que possibilitaram teletransportar o magnetismo, ficou claro que mantos de invisibilidade e lentes perfeitas eram apenas a ponta de um icebergue óptico.

Uma equipe da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, acaba de demonstrar uma plataforma completa para a construção de chips que trocam dados usando luz – os chamados processadores fotônicos – inteiramente baseada em metamateriais.

Ao contrário dos processadores eletrônicos, que usam elétrons, os processadores fotônicos, ou ópticos, usam fótons de luz para trocar dados, o que os torna potencialmente mais rápidos e menos intensivos em energia – o que significa que eles esquentarão menos.

Teoria unificada

Qi Wu e seus colegas criaram o que eles chamam de uma “teoria unificada para projetar componentes práticos sobre uma plataforma única usando óptica transformacional”.

Cada componente, medindo entre 5 e 10 micrômetros, poderá ser construído com as técnicas tradicionais de litografia. [Imagem: Wu et al./Nature LSA]

Cada componente, medindo entre 5 e 10 micrômetros, poderá ser construído com as técnicas tradicionais de litografia. [Imagem: Wu et al./Nature LSA]

“Nossa grande contribuição foi descobrir como desenvolver projetos de óptica transformacional com os parâmetros materiais mais simples, sem impactar o desempenho, e como interligar esses componentes para formar um sistema fotônico em um chip,” disse o professor Douglas Werner, coordenador do trabalho.

Esta é, na verdade, a segunda grande contribuição da equipe na área dos metamateriais: há pouco tempo, eles propuseram a primeira grande evolução das antenas de satélites de comunicação em décadas.

Plataforma fotônica

Para construir sua plataforma fotônica integrada, o grupo demonstrou com fabricar os seguintes componentes ópticos individuais:

  • colimadores, que pegam a luz de uma fonte e concentram-na em um ou mais feixes fortemente focalizados;
  • acopladores de guia de onda, que conectam guias de ondas de diferentes dimensões;
  • divisores de óptica transformacional, que dividem a potência de um guia de onda de entrada para dois ou mais guias de onda de saída;
  • passagens de guia de onda, que roteiam a luz em espaços apertados sem perda ou interferência;
  • e curvadores transformacionais, que fazem a luz fazer curvas fechadas sem perdas.

Cada componente mede entre 5 e 10 micrômetros, o que permitirá construir circuitos de certa complexidade, para demonstração dos princípios, em um chip de um centímetro quadrado.

Bibliografia:

Integrated photonic systems based on transformation optics enabled gradient index devices
Qi Wu, Jeremiah P. Turpin, Douglas H. Werner
Light: Science and Applications
Vol.: 1, e38
DOI: 10.1038/lsa.2012.38

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