La supersimetría en sistemas ópticos

Por Francisco R. Villatoro, el 30 abril, 2014. Categoría(s): Ciencia • Física • Nature • Noticias • Óptica • Science ✎ 1

Dibujo20140423 Mode separation in a SUSY ladder - nature comm

La supersimetría puede ser usada para diseñar sistemas ópticos basados en cristales fotónicos. Se publica el diseño de un multiplexor por división de modo que controla el flujo de la luz en una fibra óptica multimodo. La nueva técnica es compatible con, y por tanto complementa a, las técnicas estándares de multiplexación por longitud de onda, en polarización y en modos angulares. Aunque la supersimetría haya nacido en el marco de la teoría cuántica de campos para unificar bosones y fermiones, su implementación clásica en sistemas ópticas es muy prometedora. El artículo técnico es Matthias Heinrich et al., «Supersymmetric mode converters,» Nature Communications 5: 3698, 16 Apr 2014arXiv:1401.5734 [physics.optics].

Dibujo20140423 supersymmetric transformation in optical structures - nature comm

Para toda guía de onda multimodo se puede realizar una transformación supersimétrica que conduce al diseño de una guía supercompañera (o superguía) que asocia a todos los modos, excepto el fundamental, un supermodo con exactamente la misma constante de propagación (o índice de refracción efectivo) pero con un nodo (punto nodal) menos. Aunque la formulación matemática (basada en la teoría de modos acoplados) que permite obtener la superguía a partir de la guía es sencilla, omitiré los detalles y remitiré al lector interesado a consultar el artículo técnico. Por supuesto, ni los modos se describen mediante bosones, ni los supernodos mediante fermiones. Muchos físicos teóricos pensarán que en el contexto óptico se abusa del término «supersimetría» (sin embargo, no entraré en discusiones lingüísticas).  

Dibujo20140430 Optical supersymmetry in discrete systems for the example of a lattice of six identical coupled single-mode waveguides - nature comm

Como muestra la figura que abre esta entrada, para el multiplexado de modos se utiliza un diseño en escalera que asocia a un guía dada una serie de superguías que admiten supermodos de orden creciente (que «filtran» los primeros modos de forma sucesiva). Estos modos se combinan (multiplexado) y se introducen en una guía multimodo convencional (una fibra óptica multimodo), tras la cual se vuelven a separar (demultiplexado). El sistema es pasivo y completamente óptico (sin elementos optoelectrónicos).

Dibujo20140430 Supersymmetric MDM - hierarchical sequence of multiple superpartner structures - nature comm

Aplicando la idea una red óptica se puede diseñar un sistema de multiplexado/demultiplexado de modos (lo autores lo han bautizado como sistema SUSY-MDM). La formulación teórica se acompaña de una implementación experimental.

Dibujo20140430 waveguide inscription - femtosecond laser pulse - nature comm

Para que el sistema sea escalable es necesario un control muy preciso del perfil del índice de refracción, lo que requiere usar técnicas de fotolitografía con láseres de femtosegundo. Por supuesto, fuera del régimen óptico (en microondas por ejemplo) se pueden utilizar tecnologías de fabricación de menor coste.

Dibujo20140430 schematic representation - hierarchical sequence of superpartners for isolation of the higher-order modes - nature comm

La gran ventaja del nuevo sistema de multiplexado es su compatibilidad con los esquemas de multiplexación por división de longitud de onda (WDM). Debido a las dificultades de fabricación de este tipo de estructuras dudo que se conviertan en muy populares como técnica de multiplexado, pero seguro que aparecerán nuevos dispositivos ópticos que harán competitiva la supersimetría en sistemas ópticos.



1 Comentario

  1. Si entendí bien, el sistema combinado (waveguide + superpartner) tiene la capacidad de aumentar significativamente la densidad de información transmitible por fibra óptica y/o almacenable en futuros discos ópticos (en especial los multicapa). No es moco de pavo. Saludos.

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