Se requiere medir con precisión las frecuencias de luz para el cronometraje. También es un componente crítico en muchos experimentos y tecnologías científicas, desde la defensa militar hasta la detección de contaminación del aire, pruebas de física fundamental y la detección de exoplanetas. "Hay pocas empresas humanas que sontanto más fundamental como más importante para la tecnología ", dice Curtis Menyuk, profesor de Ciencias de la Computación e Ingeniería Eléctrica en UMBC.
Desde su invención en 2000, un dispositivo de medición especial llamado peine de frecuencia óptica se ha convertido en una herramienta poderosa para completar estas mediciones. Un peine de frecuencia consta de muchas frecuencias espaciadas regularmente que son como los dientes en un peine. Estas funciones de los dientescomo las líneas en una regla, lo que permite medir frecuencias con una precisión y velocidad sin precedentes. Los peines de frecuencia han demostrado ser tan importantes que la mitad del Premio Nobel de Física en 2005 fue otorgado a John Hall y Theodor Hänsch por desarrollarlos y demostrar su utilidad..
Sin embargo, "Una dificultad con la mayoría de los sistemas de peine es que requieren un equipo costoso basado en láser", dice Menyuk. En 2009, un grupo de investigación en Suiza demostró que es posible usar resonadores diminutos de tamaño milimétrico, llamadosmicroresonadores, para generar peines de frecuencia. Eso llevó a un esfuerzo mundial para desarrollar estos peines para aplicaciones. En los Estados Unidos, NSF, NASA y DARPA respaldaron este esfuerzo.
Sin embargo, este esfuerzo también se ha enfrentado a desafíos importantes. Un desafío es que el poder de cada "diente" del peine es demasiado débil sin una amplificación significativa, lo que requiere un sistema externo grande. Otro desafío es generar el peine en elprimer lugar, "lo que nuevamente requiere un sistema de arranque elaborado", explica Menyuk. "Como resultado, el sistema no es compacto, lo que anula el propósito de utilizar micro resonadores".
Un nuevo papel en óptica , en coautoría de Menyuk, su estudiante de posgrado Zhen Qi, y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Pereira y la Universidad de Purdue, describen un enfoque que potencialmente puede resolver ambos problemas usando nuevas formas de onda de luz.
Todos los sistemas de peine de frecuencia hasta la fecha han utilizado ondas de luz especiales llamadas solitones, que Menyuk ha estado estudiando durante más de treinta años. Él, Qi y sus coautores sugirieron que las formas de luz inusuales conocidas como ondas cnoidales o rollos de Turing son mejoresadaptados que los solitones al pequeño tamaño de los microresonadores. Demostraron teóricamente que los peines que usan estas formas de onda se pueden obtener simplemente encendiendo la fuente de energía para el microresonador, a diferencia de los peines de solitones, y producen dientes de peine mucho más potentes, lo que resolvería ambosde los principales desafíos que obstaculizan el desarrollo de microresonadores.
"El desarrollo exitoso de peines de frecuencia compactos en chip ampliará enormemente la gama de aplicaciones para peines de frecuencia", dice Menyuk. "En particular, aumentarían en gran medida la rapidez con la que los datos podrían sincronizarse a través de distancias, permitiendo aplicacionesque ahora solo podemos imaginar "
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Materiales proporcionados por Universidad de Maryland, condado de Baltimore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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