Nuevos dispositivos fotónicos gracias a la interrelación entre pérdidas y ganancia
Los medios fotónicos con ganancia y pérdidas ofrecen posibilidades muy interesantes de cara al control de la radiación electromagnética en micro y nanoláseres. Un grupo de científicos inició el proyecto NOLACOME(se abrirá en una nueva ventana) (Nonlinear optics and lasing in complex media) con el fin de realizar un análisis teórico detallado de temas relacionados importantes. Espoleados por las posibilidades de sistemas ópticos que combinan pérdidas y ganancia, los investigadores examinaron la dispersión en cavidades simétricas en paridad-tiempo (PT) descritas por hamiltonianos no hermíticos. Las propiedades de dispersión de estas cavidades son esenciales para comprender los láseres PT y su relación con sus equivalentes con inversión temporal: los antiláseres. El equipo estudió los puntos donde se rompe la simetría, tanto en cavidades cerradas como abiertas. Las cavidades ópticas no hermíticas en general han captado mucha atención recientemente, ya que dan lugar a una gama de fenómenos extraordinarios, incluida la invisibilidad unidireccional. Esta es un ejemplo destacable de ilusión óptica: la reflexión de la luz es nula cuando se mide desde el otro extremo en puntos excepcionales (donde se rompe la simetría) y no nula cuando se mide desde el otro extremo de la estructura. Los materiales en los que se combinan pérdidas y ganancia pueden actuar como medios invisibles en una sola dirección. Los investigadores obtuvieron más información sobre las propiedades peculiares de estos amplificadores de potencia, que desempeñan un papel esencial para mitigar las pérdidas en estructuras plasmónicas activas. Conseguir la propagación unidireccional de la luz sin pérdidas (sin reflexiones) en guías de ondas plasmónicas puede dar lugar a una nueva generación de dispositivos nanofotónicos integrados muy compactos. Mediante el estudio, por primera vez, de las ondas de intensidad constante y sus inestabilidades en presencia de medios aleatorios con ganancia y pérdidas, los investigadores mostraron que no se producen reflexiones durante la propagación. Estas ondas unidireccionales son una generalización de ondas en un plano propagándose en el espacio libre para medios no hermíticos. La investigación también se centró en el estudio de los efectos no lineales que se producen en sistemas fotónicos abiertos con ganancia y pérdidas. El equipo describió con éxito la dinámica temporal de láseres de fonones con simetría PT no lineales acoplados resolviendo las ecuaciones de la emisión láser no lineales. Mediante el examen de los estados de oscilación, se avanzó en el conocimiento de los efectos de la saturación no lineal sobre la rotura de simetría. Los resultados demostraron la existencia de una nueva transición de fase de un estado con un ruido térmico elevado a un estado de emisión láser de baja amplitud. Los resultados de NOLACOME ofrecen la posibilidad de desarrollar dispositivos ópticos sintéticos y estructuras con mejores funcionalidades.
