Puentes de luz: cómo conectar chips fotónicos a larga distancia
Un equipo de la Universidad de Chile y el Instituto Milenio MIRO logró que la luz salte 127 micrómetros entre guías de onda que, en teoría, deberían estar completamente desconectadas. La clave: moléculas fotónicas que actúan como puentes.
La luz, por defecto, no quiere viajar lejos
En un chip fotónico la información no viaja en electrones, sino en luz. La luz corre por minúsculos canales tallados dentro de un material transparente —las guías de onda— y cuando dos de esas guías están muy cerca, la luz puede "saltar" de una a otra. Ese salto se llama acoplamiento evanescente: el campo de luz se filtra unos micrómetros más allá de su canal y contagia al vecino.
El problema es que ese contagio decae a una velocidad brutal. Aleja un poco las guías y el acoplamiento se desvanece casi por completo. En la práctica eso significa que, dentro de un chip, dos procesos ópticos que ocurren en lugares distintos no pueden hablarse: están condenados a la cercanía. Conectar zonas separadas de un mismo circuito de luz es uno de los cuellos de botella de la fotónica integrada.
Una molécula hecha de luz
La solución que propone el equipo chileno es elegante: si dos guías no pueden tocarse de forma directa, hay que tender un puente entre ellas. Ese puente es una molécula fotónica, una estructura intermedia que toma prestado el vocabulario de la química. Así como una molécula combina átomos para crear estados de energía nuevos, una molécula fotónica combina varias guías de onda para generar estados ópticos de orden superior que no existen en un canal aislado.
Esos estados de orden superior son justamente el truco. Al excitarlos de forma resonante —es decir, sintonizando con precisión el color de la luz y la distancia que recorre—, la molécula deja de comportarse como un obstáculo y pasa a funcionar como un cable de fibra interno: un canal que transporta la luz a través de un trecho que, sin él, sería intransitable.
127 micrómetros de salto
El resultado central, publicado en ACS Photonics, es una cifra concreta: el equipo demostró un acoplamiento fuerte entre dos guías de onda separadas por 127 micrómetros. Para la intuición fotónica eso es una distancia gigantesca: a esa separación el acoplamiento directo sería prácticamente nulo. La molécula puente lo restituye.
Y no se quedaron en conectar dos puntos. Aplicaron la misma idea a una red unidimensional de guías de onda y observaron algo más sutil: la aparición de estados de borde topológicos, modos de luz que se quedan atrapados en los extremos del arreglo. Esos estados emergen porque el puente molecular introduce interacciones de tercer vecino —cada guía no solo siente a la de al lado, sino también a la que está tres posiciones más allá—, un ingrediente que abre la puerta a la fotónica topológica desde un mecanismo nuevo.
Conseguir un acoplamiento a larga distancia es una solución, primero, tecnológica, ya que permite conectar distintos procesos ópticos que ocurren en distintos lugares dentro de un chip fotónico.
— Rodrigo Vicencio, investigador líder (U. de Chile · MIRO)
Hecho en Chile, con redes globales
La investigación nació en el Laboratorio de Redes Fotónicas del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile, ligado al Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO), con colaboración teórica de la Universidad ITMO de San Petersburgo, Rusia.
Rodrigo A. Vicencio
Lideró el trabajo desde el Departamento de Física de la U. de Chile y el Instituto Milenio MIRO. Referente latinoamericano en redes fotónicas y física de la luz en chips.
Romina Abarca-Ramírez
Estudiante de postgrado a cargo de la fabricación y caracterización de las guías de onda con láser de femtosegundos.
Diego Román-Cortés
Estudiante de postgrado responsable de los cálculos computacionales y las simulaciones que guiaron el diseño de las moléculas.
Universidad ITMO (Rusia)
Maxim A. Gorlach, Maxim Mazanov y su equipo aportaron el marco teórico del acoplamiento evanescente de largo alcance.
El único láser de su tipo en la región
Hay un detalle que vuelve este resultado especialmente chileno. Las moléculas fotónicas no se imprimen ni se graban con litografía: se escriben con luz. Un láser de femtosegundos dispara pulsos ultracortos —de duración medida en milésimas de billonésima de segundo— que modifican el índice de refracción dentro de un vidrio transparente, trazando guías de onda en su interior como quien dibuja con una pluma de luz en tres dimensiones.
El laboratorio de la U. de Chile es, según el equipo, el único en América Latinacon esta capacidad de escritura por láser de femtosegundos. Eso convierte a Chile no en un espectador de la fotónica de frontera, sino en un lugar donde estos experimentos pueden fabricarse y medirse de principio a fin.
Para qué sirve un puente de luz
Las aplicaciones que abre este trabajo apuntan al corazón de la fotónica moderna: chips que procesan información con luz en vez de electrones, con menos pérdidas de energía y más velocidad. Un acoplamiento de larga distancia permite cablear regiones lejanas de un mismo circuito óptico, separar luz por color, y diseñar conexiones programables entre componentes que hoy tienen que estar pegados.
- Las moléculas fotónicas actúan como puentes que reconectan guías de onda demasiado lejanas para acoplarse de forma directa.
- El equipo logró acoplamiento fuerte a 127 μm, una distancia enorme para la escala de un chip fotónico.
- El mismo mecanismo genera estados de borde topológicos a partir de interacciones de tercer vecino.
- Chile fabricó las estructuras con el único láser de femtosegundos de su tipo en América Latina, en la U. de Chile junto a MIRO.
- Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO). Equipo MIRO–UChile creó "puentes de luz" usando moléculas
Ver fuente → - El Mostrador. Equipo chileno de investigación logró crear "puentes de luz" usando moléculas
Ver fuente → - arXiv. Abarca-Ramírez, Román-Cortés, Mazanov, Gorlach, Vicencio et al. — "Long-range evanescent coupling through photonic molecules" (arXiv:2511.22718)
Ver fuente → - ACS Photonics. Long-Range Evanescent Coupling through Photonic Molecules
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