Antena óptica faz LED rivalizar com laser

Com informações dos Laboratórios Berkeley - 10/02/2015

A emissão espontânea de luz pelos LEDs pode ser substancialmente melhorada com o uso de nanoantenas.
[Imagem: Wikipedia]

Emissão espontânea de luz

Os LEDs poderão substituir os lasers nas comunicações ópticas de curto alcance com o uso de uma antena óptica que aumenta a emissão espontânea de luz, feita a partir de átomos, moléculas e pontos quânticos semicondutores.

A nanoantena óptica abre o caminho para o uso dos LEDs, por exemplo, nas interconexões ópticas dentro dos chips, viabilizando os processadores fotônicos, além de uma série de outras aplicações potenciais.

"Desde a invenção do laser, a emissão espontânea de luz tem sido desprezada em favor da emissão estimulada de luz. No entanto, com a antena óptica adequada, as emissões espontâneas podem realmente ser mais rápidas do que as emissões estimuladas," garante o professor Eli Yablonovitch, dos Laboratórios Berkeley, nos Estados Unidos, cuja equipe recentemente miniaturizou a luz.

"A emissão espontânea feita por irradiadores de tamanho molecular é retardada por várias ordens de magnitude porque as moléculas são pequenas demais para agir como suas próprias antenas," continua Yablonovitch. "A chave para acelerar essas emissões espontâneas é acoplar a molécula irradiadora com uma antena de meio comprimento de onda. Ainda que estejamos usando antenas em rádios há 120 anos, as antenas têm sido de certa forma negligenciadas em óptica. Às vezes, as grandes descobertas estão bem à nossa frente esperando para serem vistas."

Antena de luz

Por construir sua antena óptica, a equipe usou uma configuração de antena em arco. A superfície de um nanobastão semicondutor (InGaAsP) quadrado foi revestida com uma camada de dióxido de titânio para isolar o nanobastão de um fio de ouro que foi depositado perpendicularmente para criar a antena.

Esquema da nanoantena acoplada ao emissor espontâneo (InGaAsP).
[Imagem: (Image courtesy of Eli Yablonovitch, Berkeley Lab)]

O semicondutor serve como material emissor de luz espontânea - trata-se de um material já largamente utilizado na fabricação de componentes para telecomunicações a laser e fotodetectores.

O dispositivo incrementa a emissão espontânea de luz em 115 vezes. Isto é um salto rumo ao aumento de 200 vezes que é considerado o marco na diferença de velocidade entre as emissões estimuladas e espontâneas de luz - quando um aumento de 200 vezes for atingido, as taxas de emissão espontâneas serão superiores às das emissões estimuladas.

"Acreditamos serem possíveis melhorias de 2.500 vezes na taxa de emissão espontânea de luz com as antenas ópticas, mantendo a eficiência da emissão de luz acima dos 50%," disse Yablonovitch. "Substituir os fios nos chips por LEDs reforçados com antenas permitiria uma interconectividade mais rápida e maior poder computacional."

Além de servirem para comunicações de curta distância dentro dos chips, LEDs equipados com antenas ópticas poderão ser usados em fotodetectores. E as antenas ópticas podem encontrar aplicações no campo da geração de imagens, biossensores e armazenamento de dados.

No mesmo páreo estão os nanolasers, que prometem emissões controladas com consumo baixo o suficiente para serem usados no interior dos chips, além de um LED-laser, uma mistura de laser e LED.

Mais tópicos