Transmissão de dados e informações movidos à luz
A
tendência para o futuro próximo é de uma transmissão de dados por meio
de equipamentos como tablets, celulares e computadores cada vez mais
rápidos. Pesquisa liderada pelo professor Paulo Dainese, no Instituto de
Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp, vem apresentando resultados de
alto impacto para a compreensão dos fenômenos de interação entre a luz e
a matéria para possíveis aplicações nas comunicações. “Ao entendermos
melhor esses mecanismos, pudemos criar possíveis rotas para desenhar
dispositivos mais velozes que possam ser utilizados em chips fotônicos”,
afirma o docente.
A pesquisa coordenada por Dainese é desenvolvida no âmbito do Projeto
Jovem Pesquisador da Fapesp e se dá na área de fotônica, ciência que
estuda a geração, emissão, transmissão, modulação, processamento,
amplificação e detecção da luz. A escala e os materiais utilizados para
os estudos são de dimensões nanométricas (na ordem de bilionésimos do
metro). Esses estudos em fotônica e nanotecnologia é que permitem prever
o futuro com a oferta de equipamentos mais leves e eficientes. “Além do
interesse científico mais fundamental, o conhecimento dos mecanismos de
interação nos permite, por exemplo, criar novos dispositivos para
aplicações nas comunicações ópticas”, esclarece o docente da Unicamp.
Novas tecnologias para manipulação da luz em escala microscópica já
vêm permitindo a construção de chips nanofotônicos de silício, cujos
componentes se comunicam por sinais de luz (laser), ao passo que nos
chips de silício convencionais isso ocorre por sinais elétricos. Sinais
luminosos transportam a informação mais rapidamente e, nos chips
nanofotônicos, a troca de informações deve ocorrer praticamente sem a
conversão de energia elétrica em calor.
No projeto intitulado “Processos de espalhamento de luz em
microestruturas fotônicas”, o grupo de Paulo Dainese estuda a interação
entre a luz e a matéria nesses dispositivos ultra-rápidos com dimensões
manométricas. “É um estudo que traz grande potencial na forma de se
transmitir dados e informações em equipamentos eletrônicos, tornando-os
mais eficientes, ou seja, com menor consumo de energia e mais rápidos”,
informa o professor. Assim, os materiais utilizados nas pesquisas, além
de dimensões nanométricas, devem ser também mais leves e delicados, como
as fibras ópticas e os chips de silício.
Publicações
Os avanços obtidos pelo grupo do IFGW na pesquisa já resultaram em
dois artigos publicados em revistas que trazem pesquisas de alto impacto
em óptica e fotônica: o primeiro na Nature Communications, em
2016, e o segundo na Optica (da OSA Publishing), em outubro último.
Quando da publicação do primeiro artigo, os estudos estavam concentrados
em utilizar os efeitos não lineares para eliminar a etapa elétrica na
transmissão das mensagens de um canal de frequência para outro.
“Neste segundo trabalho, em particular, estudamos um dos mecanismos
que limitam a velocidade dos dispositivos fotônicos: a interação com
portadores livres excitados por um laser de alta potência em guias de
onda de silício, que é um material semicondutor”, explica Dainese. Os
resultados dessa nova etapa, conforme detalhado no próprio artigo,
juntamente com um quadro teórico baseado em estatísticas de recombinação
assistida por armadilhas aplicadas a nanoguias de ondas, podem impactar
a dinâmica de vários dispositivos nanofotônicos não lineares em que os
portadores livres desempenham um papel crítico, e abrem novas
oportunidades para melhorar o desempenho de todos os dispositivos
ópticos baseados em silício.
O trabalho mereceu elogios do editor associado da Optica,
Klaus Petermann, professor da Technische Universität Berlin (Alemanha).
"O artigo apresenta estudos detalhados do tempo de vida de portadores de
carga em guias de onda nanométricos de silício, que podem ser de
interesse fundamental e também relevante para aplicações, incluindo a
engenharia mais precisa de dispositivos totalmente óticos baseados em
silício".
Além de Paulo Dainese, participaram desta pesquisa publicada na Optica
o doutor Ivan Aldaya, da USP; os alunos de doutorado Andres Gil-Molina e
Julian Pita; e os docentes Lucas H. Gabrielli, da Faculdade de
Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Unicamp, e Hugo L.
Fragnito, colaborador do IFGW e professor da Universidade Mackenzie.
Referências
Dainese, P. et al. Nonlinear carrier dynamics in silicon nano-waveguides. OSA Publishing. Optica. Vol. 4, No. 10. Pg. 1219. 5 Outubro 2017
Artigo publicado na Nature Comunications: https://www.nature.com/articles/ncomms11759
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