Los investigadores han desarrollado un láser compacto que emite luz con una pureza espectral extrema que no cambia en respuesta a las condiciones ambientales. El nuevo láser potencialmente portátil podría beneficiar a una gran cantidad de aplicaciones científicas, mejorar los relojes para sistemas de posicionamiento global GPS, avanzarLa detección de ondas gravitacionales en el espacio y ser útil para la computación cuántica.
Investigadores del Laboratorio Lincoln del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Estados Unidos, describen su nuevo láser en óptica , la revista de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto.
Incluso si un láser está diseñado para emitir únicamente en una longitud de onda, los cambios de temperatura y otros factores ambientales a menudo introducen ruido que hace que la emisión de luz cambie o se amplíe en frecuencia. La extensión espectral ampliada de esta emisión se conoce como el ancho de línea del láserLos investigadores utilizaron un nuevo enfoque para crear un láser de fibra óptica con un ancho de línea espectral más estrecho que el logrado por un láser de fibra o semiconductor. El mismo láser también proporciona un método para detectar y corregir cambios de temperatura tan pequeños como 85 nanoKelvin u 85billonésimas de grado.
"Hoy en día, los láseres de cavidad de expansión ultra baja ULE exhiben el ancho de línea más estrecho y el rendimiento más alto, pero son voluminosos y muy sensibles al ruido ambiental", dijo William Loh, primer autor del artículo. "Nuestro objetivo es reemplazar ULEláseres con uno que podría ser portátil y no sensible al ruido ambiental "
Logrando un ancho de línea estrecho
Los investigadores desarrollaron un láser basado en un bucle corto ~ 2 metros de fibra óptica configurado como un resonador de anillo. Los láseres de fibra son compactos y resistentes y tienden a reaccionar relativamente lentamente a los cambios ambientales. Los investigadores combinaron las ventajas de la fibra conun efecto óptico no lineal conocido como dispersión de Brillouin para lograr un láser con un ancho de línea de solo 20 hertz. En comparación, otros láseres de fibra pueden alcanzar anchos de línea entre 1000 a 10,000 hertz, y los láseres semiconductores estándar suelen tener un ancho de línea de alrededor de 1millones de hercios
Para hacer que el láser sea extremadamente estable frente a los cambios ambientales a corto y largo plazo, los investigadores desarrollaron una forma de hacer referencia a la señal del láser contra sí mismo para detectar cambios de temperatura. Su método es altamente sensible en comparación con otros enfoques para medir la temperaturay permite el cálculo de una señal de corrección precisa que puede usarse para devolver el láser a la longitud de onda de emisión de la temperatura original.
"La temperatura es un contribuyente importante al ruido del láser", dijo Loh. "Un láser de alta calidad no solo necesita tener un ancho de línea de láser estrecho, sino también una forma de mantener esa emisión estable a largo plazo".
Mejorando GPS
Esta nueva fuente de luz podría usarse para mejorar una nueva generación de relojes atómicos ópticos utilizados para dispositivos con GPS. El GPS permite a los usuarios determinar su ubicación en la Tierra triangulando con las señales recibidas de una red de satélites que contienen relojes atómicos avanzados.Cada satélite proporciona una marca de tiempo, y el sistema calcula una ubicación en función de las diferencias relativas entre esos tiempos.
"Creemos que los relojes atómicos basados en nuestro láser de ancho de línea estable y estrecho podrían usarse para determinar con mayor precisión el tiempo de llegada de la señal, mejorando la precisión de la ubicación de los sistemas GPS actuales", dijo Loh. "El hecho de que nuestro láser es compactosignifica que podría usarse a bordo de satélites "
El láser también podría ser beneficioso para interferómetros como los utilizados por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser LIGO para detectar ondas gravitacionales provenientes de agujeros negros colisionantes o estrellas colapsadas. Los láseres ultraestables son necesarios para esta aplicación porque el ruido del láser evitainterferómetro para poder detectar las perturbaciones muy pequeñas de una onda gravitacional.
"Se están realizando esfuerzos para usar láseres en el espacio para crear brazos de interferómetro más largos para la observación de ondas gravitacionales", dijo Loh. "Debido a su tamaño compacto y robustez, nuestro láser podría ser un candidato para la detección de ondas gravitacionales en el espacio".
Los investigadores dicen que aunque su nuevo láser es robusto, actualmente es un sistema de sobremesa adecuado para uso en laboratorio. Ahora están trabajando para desarrollar envases más pequeños para el láser e incorporarán componentes ópticos más pequeños para crear una versión portátil que podría serpequeño como un teléfono inteligente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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