Criado laser para telecomunicações mais rápido e mais eficiente

David Orenstein - 18/11/2005

O novo laser é baseado em um cristal fotônico, um bolo quadrado de camadas de material à base de fosfeto de índio, com 300 bilionésimos de metro de espessura.
[Imagem: Altug/Vuckovic]

Laser de estado sólido

Como a luz consegue transportar quantidades gigantescas de dados, os lasers são componentes vitais nas comunicações modernas. Mas, para satisfazer a demanda crescente por velocidade, eles devem se tornar mais rápidos e mais eficientes.

As tecnologias de laser de estado sólido atuais - utilizados em telecomunicações e em equipamentos de rede - estão atingindo seus limites de velocidade e eficiência.

Agora, uma nova tecnologia de laser, desenvolvida na Universidade de Stanford, Estados Unidos, poderá dar uma nova luz ao progresso das telecomunicações.

Na última edição da revista Optics Express, Jelena Vuckovic e Hatice Altug apresentam um novo tipo de laser de estado sólido que consome menos energia do que as tecnologias atuais.

Laser monomodo

"Um laser monomodo que possa ser ligado a baixas potências de 'bombeamento', modulado, ou ligado e desligado, a altas velocidades, e que possa produzir potências de saída suficientemente altas, é crucial para um grande número de aplicações," diz Vuckovic.

A tecnologia atual - lasers emissores de superfície de cavidade vertical - é relativamente ineficiente em termos de energia e não consegue gerar dados (a rigor, modular os dados) mais rápido do que 20 bilhões de vezes por segundo.

Um dos objetivos da indústria de telecomunicações é ser capaz de transferir dados a 40 bilhões de bps nos próximos anos. Vuckovic afirma que seu novo laser pode teoricamente operar a velocidades acima de 100 bilhões de bps, atingindo facilmente os objetivos da indústria.

As pesquisadoras também conseguem construir lasers que operam em diferentes comprimentos de onda, os quais poderão ser úteis para a multiplexação, ou enviar diferentes comprimentos de onda da luz - cada um transmitindo seu próprio conjunto de dados - ao longo do mesmo cabo.

Poder dos cristais

O novo laser é baseado em um cristal fotônico, um bolo quadrado de camadas de material à base de fosfeto de índio, com 300 bilionésimos de metro de espessura e que pode ser entalhado para se criar uma estrutura de furos de 400 nanômetros de diâmetro, regularmente espaçados.

A intervalos regulares entre os buracos, estão áreas onde nenhum buraco foi perfurado, chamadas microcavidades, que aprisionam a luz. O preenchimento do bolo de camadas é feito com quatro camadas de fosfeto arseneto de índio-gálio. Cada camada é chamada de poço quântico.

Quando Vuckovic dirige pulsos de luz na direção do cristal, a energia que a luz "bombeia" para os poços quânticos faz com que eles emitam luz com o comprimento de onda desejado.

A luz então salta entre as microcavidades e de volta para o poço quântico novamente, iniciando uma reação em cadeia de emissão de luz do cristal que produz o feixe de laser.

Eficiência do laser

Pesquisadores recentemente construíram lasers utilizando apenas uma única microcavidade de cristal fotônico, numa tentativa de ultrapassar os lasers atuais.

Mas lasers de cavidade única são muito fracos, emitindo apenas uns poucos bilionésimos de watt, quando centenas de milionésimos de watt de luz são bombeados para seu interior.

O laser de Vuckovic e Altug combina 81 microcavidades (em uma estrutura de 9 por 9) para torná-lo mais potente, e opera com uma eficiência energética muito maior.

De fato, nos experimentos que as pesquisadoras descrevem em seu artigo, seu laser foi cerca de 20 vezes mais eficiente do que os lasers de cavidade única, liberando 100 vezes mais potência (12 milionésimos de watts quando bombeado com 2,4 milésimos de watt).

Além disso, o novo laser é pequeno. Cerca de 400.000 lasers podem ser inseridos em um chip de um centímetro quadrado. Chips menores podem ser mais baratos de se fabricar e mais fáceis de integrar no interior de circuitos eletrônicos.

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