Engenheiros da Caltech pavimentam o caminho para computadores ópticos

Técnica para isolar sinais de luz resolve problema de longa data. Meta é levar tudo que existe em chip eletrônico para chip fotônico.

taniager

04 Agosto 2011 | 20h31

Crédito: Credit: Caltech/Liang Feng.

Crédito: Credit: Caltech/Liang Feng.

O transporte de dados já está sendo feito por uma rede submarina de fibras ópticas que liga os cinco continentes do mundo. A vantagem destas fibras reside em sua grande capacidade para transportar dados em forma de luz, o que aumenta significativamente as velocidades das comunicações. No entanto, dispositivos eletrônicos, como computadores, ainda trabalham com elétrons, ou seja, processam dados em chips eletrônicos.

Na busca por conhecimentos mais avançados para desenvolver chips fotônicos – para processar dados em forma de luz –, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) elaboraram uma nova técnica para isolar sinais de luz em um chip de silício, resolvendo o problema de longa data. O artigo do estudo será publicado amanhã no site da revista Science.

Para o engenheiro elétrico Liang Feng da referida universidade, o objetivo é levar tudo o que existe em um chip eletrônico para um chip fotônico.

Um sinal de luz isolado só pode viajar em uma direção. Se a luz não for isolada, os sinais enviados e recebidos entre os diferentes componentes em um circuito fotônico poderiam interferir uns com os outros, fazendo com que o chip se torne instável. Em um circuito elétrico, um dispositivo chamado diodo isola os sinais elétricos, permitindo assim que a corrente elétrica viaje apenas em uma direção. Os cientistas passaram 20 anos tentando criar um equivalente fotônico do diodo, um dispositivo conhecido por “isolador óptico”. Agora, os cientistas da Caltech conseguiram.

Como funciona o isolador óptico

Para isolar a luz, Feng e seus colegas projetaram um novo tipo de guia de onda óptica, um dispositivo de silício de 0.8 micra de largura que canaliza a luz. O guia de onda permite que a luz viaje em uma direção, mas altera o modo da luz quando viaja em direção oposta.

Modo de uma onda de luz corresponde ao padrão das linhas de campo eletromagnético que compõem a onda. No novo guia de onda dos pesquisadores, a luz viaja em um modo simétrico em uma direção, mas muda para um modo assimétrico em outra. Dado que diferentes modos de luz não podem interagir uns com os outros, os dois feixes de luz, desta forma, podem atravessar um ao outro.

Estes pesquisadores foram os primeiros a isolar a luz com um material linear. Apesar de este trabalho ser apenas um experimento de prova de princípio, a equipe já está construindo um isolador óptico que pode ser integrado em um chip de silício. Um isolador óptico é essencial na construção de um dispositivo fotônico integrado em nano escala e em componentes que permitam sistemas integrados de informações em um chip. Atualmente, chips fotônicos de estado-de-arte funcionam a 10 gigabits por segundo (Gbps) — taxa centenas de vezes maior que as de transferência de dados dos computadores atuais. Com a próxima geração, espera-se alcançar 40 Gbps em breve. Mas sem isoladores ópticos integrados, os chips são muito mais simples do que suas contrapartes eletrônicas e ainda não estão prontos para o mercado. Isoladores ópticos como aquele baseado nos projetos dos pesquisadores, portanto, serão cruciais para chips fotônicos comercialmente viáveis.

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