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Instituto de Óptica “Daza de Valdés”

Una ruta ultrarrápida hacia la modulación de luz espacial solo en la amplitud utilizando materiales de cambio de fase

Una ruta ultrarrápida hacia la modulación de luz espacial solo en la amplitud utilizando materiales de cambio de fase

Grupo de Procesado por Láser (LPG)

  • El modulador opera en reflexión y modula la amplitud de la luz que incide sobre su superficie sin afectar la fase óptica cuando el material, germanio antimonio (GeTe), se cicla entre sus estados amorfo y cristalino.

  • Esto ha sido posible aprovechando las elevadas pérdidas ópticas de ambos estados del material (amorfo y cristalino), así como el alto contraste óptico entre ellos. Gracias a esto, la fase de la luz no se modifica porque el dispositivo ha sido diseñado para operar fuera de resonancia, con láminas delgadas (29 nm) por encima de su longitud penetración óptica.

Madrid / 27 de julio de 2023

Un equipo de investigadores e investigadoras del Centro de Investigación e Innovación en Metamateriales de la Universidad de Exeter y el Grupo de Procesado por Láser del Instituto de Óptica ha presentado en la revista Advanced Optical Materials un nuevo modulador de luz espacial único en su tipo, capaz de realizar una modulación de la luz potencialmente ultrarrápida y solo en la amplitud (sin inducir cambios en la fase). Esta innovadora tecnología se basa en materiales calcogenuros de cambio de fase y consigue mejoras que se pueden explotar en campos como formación de frentes de onda, comunicaciones, detección y generación de imágenes en escala de grises.

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El modulador, formado por un dispositivo de película delgada con una capa integrada del material calcogenuro de cambio de fase GeTe, funciona como un espejo en el que al cambiar de estado entre amorfo y cristalino tiene la capacidad de modificar la amplitud de la luz que se refleja sobre su superficie sin modificar la fase óptica.
A la pared derecha llega una onda, y se ve que se reflejan dos ondas, una grande en la parte de arriba de la pared y otra pequeña en la parte de abajo.

¿Por qué es importante no afectar a la fase óptica?

Al tener un dispositivo que modifica la amplitud de la onda sin variar la fase óptica se pueden hacer experimentos de control de frentes de onda con más grados de libertad pudiendo variar la amplitud y la fase de forma independiente mediante su acoplo con moduladores espaciales solo de fase basados en cristal líquido.
Los resultados experimentales muestran una modulación absoluta de intensidad del 38% (modulación relativa del 233%), con un cambio mínimo en la fase óptica, de menos de ≈π/50 en las áreas medidas. Además de no cambiar la fase óptica de la señal, el ciclado de GeTe y otros calcogenuros de su familia es inherentemente rápido, ofreciendo velocidades de transición muy rápidas del orden de nanosegundos o inferior, por lo que este primer dispositivo de su tipo sienta las bases para desarrollar moduladores espaciales de luz ultrarrápidos con aplicaciones en diversos campos de la tecnología.
El equipo de investigadores subraya que este avance representa un avance en la óptica y allana el camino para el desarrollo de una nueva clase de moduladores de luz espacial rápidos, no volátiles y energéticamente eficientes. Además, la facilidad de fabricación y la rapidez de conmutación de MHz permiten su aplicación en dispositivos pixelados controlados eléctricamente.

Comunicación IO-CSIC
cultura.io@io.cfmac.csic.es

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