Els cristalls optomecànics podrien codificar dades mitjançant el caos

Investigadors del Grup ICN2 de Nanoestructures Fonòniques i Fotòniques (P2N) han publicat un estudi en el qual les dinàmiques complexes de les no linealitats òptiques, incloent-hi el caos, es controlen mitjançant un cristall optomecànic i l’ajustament dels paràmetres del làser. Aquest descobriment permetria la codificació d’informació introduint caos en la llum que la transporta.

Cristall optomecànic (imatge: projecte Phenomen).

La llum és essencial per a les comunicacions modernes basades en la fibra de vidre. Els cristalls optomecànics es dissenyen a escala nanomètrica per confinar fotons i unitats quàntiques de moviment mecànic (fonons) en un mateix espai físic. Aquestes estructures encara s’estudien en entorns experimentals complexes però podrien canviar el futur de las telecomunicacions. La interacció entre fotons i moviment mecànic està mediada per forces òptiques que, en interactuar amb un cristall optomecànic, produeixen un feix de llum fortament modulat. En els estudis d’optomecànica les no linealitats òptiques sovint es consideren perjudicials i s’intenta minimitzar els seus efectes. Els investigadors de l’ICN2 suggereixen usar-les per a transportar informació codificada. Iniciatives com PHENOMEN, un projecte Europeu liderat per l’ICN2, podrien establir les bases d’una nova tecnologia de la informació que combini fonònica, fotònica i senyals electròniques de radiofreqüència.

Investigadors del Grup de Nanoestructures Fonòniques i Fotòniques (P2N), liderat per la Professora ICREA Dra. Clivia Sotomayor-Torres a l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2), han publicat a Nature Communications un article que presenta les complexes dinàmiques no lineals observades en un cristall optomecànic de silici. El Dr. Daniel Navarro-Urrios és el primer autor d’aquest treball que descriu com un làser d’ona contínua i baixa potència es veu alterat després de travessar una d’aquestes estructures que combinen les propietats òptiques i mecàniques de la llum i la matèria. L’article inclou autors del Departament de Física de la Universitat de La Laguna i el Centre de Tecnologia Nanofotònica de la Universitat Politècnica de València.

El treball explica la dinàmica no lineal d’un sistema de cavitats optomecàniques. L’estabilitat de la intensitat del làser es va veure afectada per factors com els efectes termo-òptics, la dispersió de portadors lliures i l’acoblament optomecànic. El número de fotons emmagatzemats en una cavitat afecta i es veu afectat per aquests factors creant un efecte caòtic que els investigadors van ser capaços de dominar canviant subtilment els paràmetres d’excitació del làser. Els autors demostren que poden controlar de manera precisa l’aparició d’un conjunt heterogeni de canvis dinàmics.

Els resultats estableixen les bases d’una tecnologia de baix cost que permetria assolir grans nivells de seguretat en comunicacions òptiques mitjançant la integració de sistemes criptogràfics optomecànics basats en el caos. Mitjançant l’ús de cristalls optomecànics és possible introduir canvis dinàmics en un feix de llum que viatja a través de fibra òptica. Les condicions originals de la llum es podrien restablir si es disposa dels paràmetres d’excitació del làser i del cristall optomecànic que va introduir els canvis dinàmics. Per tant, incorporant a la fibra òptica dos chips integrats que continguin cavitats optomecàniques equivalents seria possible protegir informació afegint caos en el feix de llum al punt d’emissió i eliminant-lo al punto de recepció.

L'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) és un centro creat pel Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), la Generalitat de Catalunya i la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).

Article de referència:

Daniel Navarro-Urrios, Néstor E. Capuj, Martín F. Colombano, P. David García, Marianna Sledzinska, Francesc Alzina, Amadeu Griol, Alejandro Martínez & Clivia M. Sotomayor-Torres. Nonlinear dynamics and chaos in an optomechanical beam. Nature Communications 8, 14965 (2017); doi:10.1038/ncomms14965 https://www.nature.com/articles/ncomms14965