El comportamiento de las olas en puntos excepcionales mejorará la comunicación óptica y el rendimiento del sensor

Los físicos del NIST estudiaron un sistema de dispersión de luz en miniatura: una capa ultrafina de nitruro de silicio,

Ubicado en un chip de silicio.Se aplican ranuras periódicas muy espaciadas a lo largo de toda la longitud del nitruro. Estas ranuras crean una rejilla de difracción, un dispositivo que dispersa la luz de diferentes colores en diferentes ángulos, y el nitruro de silicio dirige la luz entrante. La rejilla dispersa la mayor parte de la luz hacia arriba, perpendicular al dispositivo, lo que debería provocar que la onda de luz decaiga exponencialmente.

Los investigadores notaron que la mayoríaexperimentos, la luz se comporta "como se esperaba" y se desvanece rápidamente. Sin embargo, si el ancho de los surcos era casi igual a la distancia entre ellos, a cierta longitud de onda de luz infrarroja, su intensidad disminuía linealmente, no exponencialmente. Al mismo tiempo, ligeros cambios en la longitud de onda o la distancia entre los surcos devolvieron el sistema a una caída exponencial.

Los científicos también notaron que cada vez quela intensidad del flujo que se propagaba a lo largo de la rejilla cambió de exponencial a lineal, la luz dispersada hacia arriba formó un amplio haz con la misma intensidad en todas partes.

Fuente: S. Kelley/NIST

El equipo de investigación del NIST necesitabavarios años para desarrollar una teoría que pudiera explicar el extraño fenómeno. Los científicos creen que se debe a una interacción compleja entre la estructura reticular y la luz que se propaga hacia adelante y hacia arriba. Bajo ciertas condiciones, en el llamado punto excepcional, la combinación de estos factores reduce drásticamente la pérdida de luz infrarroja.

Como señalan los autores del trabajo, ademásLos experimentos han demostrado que puntos excepcionales similares son característicos de cualquier tipo de ondas (por ejemplo, acústicas, de rayos X, de radio) que se propagan a través de una estructura periódica con pérdidas. 

Los investigadores creen que la propiedad que encontraronde luz ayudará a transmitir haces de luz de un dispositivo basado en chip a otro sin perder energía, lo cual es útil en las comunicaciones ópticas. Y un amplio haz vertical creado en un punto excepcional será útil para estudiar una nube de átomos.

Otra aplicación potencial esmonitoreo ambiental. Como explican los autores del trabajo, si un contaminante en la superficie del sensor cambia la longitud de onda de la luz en la rejilla, el punto excepcional desaparecerá abruptamente y la intensidad de la luz pasará rápidamente de una caída lineal a exponencial.

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