Un grupo de investigación de la sección Ming HACH de ingeniería eléctrica e informática ha logrado importantes avances en fotónica con la creación del primer dispositivo óptico basado en el concepto emergente de termodinámica óptica. Su búsqueda, publicada Fotónica de la naturalezaEn los sistemas no lineales (interruptores, el control externo o los comandos digitales operan (operan sistemas) para controlar y dirigir el control de la luz. En esta configuración, la luz no se ve obligada a iluminarse a través de la ruta especificada; en cambio, pasa naturalmente a través del dispositivo, administrado por un comportamiento termodinámico básico.
De la válvula a la luz del enrutador.
La idea de enrutar a través de la rama de ingeniería es común. En mecánica, una válvula multipropósito controla por dónde fluye el líquido. En electrónica, un enrutador Wi-Fi o un conmutador Ethernet envía información digital desde múltiples fuentes de entrada al puerto de salida correcto, asegurando que cada señal haya llegado a su destino. Para lograr el mismo tipo de enrutamiento con luz, pero más complicado durante mucho tiempo. Los enrutadores ópticos DITION dependen de una compleja red de interruptores y un sistema de control eléctrico para cambiar la trayectoria de la luz, lo que agrega capas de complicaciones y limita tanto la velocidad como el rendimiento.
Los investigadores de la Escuela de Ingeniería de Viterby de la USC han mostrado ahora un enfoque completamente diferente. La idea se puede imaginar como un laberinto de mármol que se organiza solo. Generalmente, es necesario interrumpir a una persona y ajustar el camino para guiar la canica en el agujero correcto. En el dispositivo del equipo de la USC, el laberinto se ha estructurado de tal manera que no importa dónde dejes la canica, automáticamente rodará hasta su destino correcto. La luz se comporta igual en este sistema: sigue las reglas de la termodinámica y encuentra ella misma el camino correcto.
Posible influencia industrial
Las posibles aplicaciones de este descubrimiento han ido más allá de la investigación académica. Dado que la informática moderna y la transferencia de datos están ampliando los límites de la electrónica convencional, las tecnologías ópticas (incluidos los diseñadores de chips como Nvidia y otros) están investigando como una alternativa rápida y más potente. Al proporcionar un método natural y autoorganizado para gestionar las señales luminosas, la termodinámica óptica puede acelerar el progreso en estos esfuerzos. Además de la comunicación a nivel de chip, esta política también puede afectar a campos como las telecomunicaciones, la informática de alto rendimiento y la transferencia de datos protegida, facilitando el camino a sistemas ópticos más potentes.
Cómo funciona: caos por termodinámica
Los sistemas ópticos multimodo no lineales a menudo se consideran caóticos y difíciles de controlar. Muchos de sus patrones de luz superpuestos los hacen extremadamente desafiantes para sus propósitos o diseños prácticos. Sin embargo, esta misma complejidad esconde un rico comportamiento físico que en su mayoría no se utiliza.
Los investigadores de la USC se dieron cuenta de que en este entorno uniforme, la luz se comporta como un gas que se mueve hacia el equilibrio térmico, donde los conflictos aleatorios eventualmente crean una distribución estable de energía. A partir de esta idea, crearon la estructura teórica de la “termodinámica óptica”, que describe cómo se desarrolla el proceso de iluminación, de forma breve e incluso parecida a las transiciones de fase en los no lineales. Este modelo proporciona formas integradas de comprender y utilizar la autoorganización natural de la luz.
Un dispositivo que se encamina hacia la luz
Protesta del partido Fotónica de la naturaleza Marca el primer dispositivo diseñado con esta nueva teoría. En lugar de indicar activamente la dirección, el sistema está diseñado para que la luz en sí esté enraizada.
La política está directamente inspirada en la termodinámica. El gas conocido como expansión de Zol-Asons, como el equilibrio térmico natural, restableció su tensión y temperatura, la luz del dispositivo de la USC sintió un proceso bipolar: primero un análogo óptico de la expansión, luego el equilibrio térmico. El resultado es un interruptor circular de flujo autoorganizado en el canal de salida programado sin necesidad de interruptor.
Abrió una nueva frontera
Al transformar eficazmente el caos en predicciones, la termodinámica óptica abre la puerta a la creación de una nueva clase de dispositivos fotónicos, en lugar de luchar contra la complejidad de los sistemas no lineales. “Más allá del enrutamiento, esta estructura puede permitir un enfoque completamente nuevo para la gestión de la luz, incluida la influencia para el procesamiento de información, la comunicación y la exploración de la física básica”, dice Hediyah M Dinani, estudiante de doctorado de USC ViterBI y Photonics Group Lab.
En ingeniería, Steven y Catherine Sample Chair y USC Viteri Dematrios agregaron al profesor de ingeniería eléctrica e informática: “Una vez visto como un desafío subyacente en la óptica, ha sido rechazado como un proceso físico natural, que los ingenieros pueden reaparecer con la luz y otros significados eléctricos”.
