Laser coloca uma nova rodada sobre a luz
Um novo tipo de laser pulsado que modula a polarização de sua luz emitida muito rapidamente foi criado por pesquisadores na Alemanha e na Escócia. A modulação de polarização ocorre muito mais rápido do que a modulação da intensidade normalmente utilizados em sistemas ópticos de telecomunicações - e os pulsos de polarização resultante poderia aumentar dramaticamente a velocidade de fibra óptica de comunicações.
Sistemas modernos de telecomunicações codificar a informação em pulsos de luz laser que são então enviados ao longo das fibras ópticas. Este é um método incrivelmente eficiente de transmitir informação, mas sua velocidade é, em última análise limitada pela velocidade com que a intensidade do laser pode ser modulada, uma vez que esta determina quanto tempo leva para codificar os dados em um trem de pulsos. Com um tradicional, laser de intensidade modulada, a taxa de modulação máxima alcançável é de cerca de 40 GHz.
Agora Nils Gerhardt e seus colegas da Ruhr-Universität Bochum, juntamente com um colega da Universidade de Strathclyde em Glasgow, elaboraram uma forma de usar o spin do elétron para aumentar a velocidade de modulação de um laser semicondutor - algo que os físicos têm trabalhado em por vários anos.
Redução do limiar de energia
Em um laser semicondutor padrão há um número igual de spin-up e spin-down elétrons, então girar não desempenha nenhum papel em sua operação. No entanto, os físicos sabem que, se a proporção relativa de portadores de carga em qualquer estado de spin pode ser aumentado, isso reduz a quantidade de energia que deve ser colocado para o laser antes de começar a emitir luz - o chamado limiar de laser.
Mas manter esse desequilíbrio spin - ou polarização - em temperatura ambiente tem se mostrado extremamente difícil porque a energia térmica randomize o spin de um picossegundos poucos.Então Gerhardt e seus colegas criaram ondas de polarização do spin no semicondutor lançando-o com pulsos muito curtos de luz polarizada de um outro laser. Enquanto os elétrons se ainda perder sua polarização do spin rapidamente, alguns é repassado para os fótons, que, em seguida, re-polarize os portadores de carga.Oscilações spin entre fótons e elétrons durar cerca de 200 vezes maior do que a polarização do spin de elétrons em si.
E havia uma característica mais interessante para o grupo do laser de Bochum. Em contraste com a luz de um laser semicondutor padrão, que não tem polarização líquida, a polarização da luz oscilou rapidamente por causa do acoplamento dos spins fóton com o elétron gira. Enquanto esta mudança havia sido demonstrado antes, a taxa de modulação de polarização sempre foi atrelada à taxa de modulação de intensidade.
A 100 GHz e além
Gerhardt e seus colegas usaram a sua técnica para modular a polarização da luz de um laser 4 GHz em 11,6 GHz. Isto ainda é mais lento do que o estado-da-arte da intensidade modulada lasers, mas os pesquisadores acreditam que deve ser possível para melhorar esta situação. "Principalmente, você pode ir para mais de 100 GHz", explica Gerhardt. "Nós mostramos que, teoricamente, mas primeiro temos de desenvolver um dispositivo e é isso que estamos fazendo atualmente."
O físico Igor Zutic da Universidade Estadual de Nova York em Buffalo está impressionado. "Eu diria que esta é uma prova muito emocionante de princípio e, provavelmente, mostrando-nos a ponta do iceberg do que pode ser possível com estes lasers spin", diz ele.
No entanto, Zutic Gerhardt e ambos concordam que antes de tal laser de um spin pode ser comercialmente viável, deve ser possível para excitar as oscilações de rotação sem outra laser. Isso envolveria injeção de elétrons spin-polarizada para o laser - um processo até agora realizado apenas em temperaturas criogênicas."Alguns dos avanços que agora são perseguidos em áreas muito diferentes - tais como discos rígidos magnéticos e memória de acesso aleatório magnéticas - são baseados em ímãs melhor e melhores métodos de injeção de spin elétrica", conclui Zutic. "Uma visão mais ampla destes desenvolvimentos podem permitir a transferência de conhecimento útil."
