Al igual que un medidor con cientos de marcas de graduación puede usarse para medir distancias con gran precisión, un dispositivo conocido como un peine de frecuencia láser, con sus cientos de frecuencias espaciadas uniformemente definidas, puede usarse para medir los colores deondas de luz con gran precisión.
Lo suficientemente pequeño como para caber en un chip, las versiones en miniatura de estos peines, llamados así porque su conjunto de frecuencias espaciadas uniformemente se asemeja a los dientes de un peine, están haciendo posible una nueva generación de relojes atómicos, un gran aumento en el númerode señales que viajan a través de fibras ópticas y la capacidad de discernir pequeños cambios de frecuencia a la luz de las estrellas que insinúan la presencia de planetas invisibles. La versión más nueva de estas "microcombs" basadas en chips, creadas por investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST y la Universidad de California en Santa Bárbara UCSB están preparadas para avanzar aún más en las mediciones de tiempo y frecuencia mejorando y ampliando las capacidades de estos pequeños dispositivos.
En el corazón de estas microcombs de frecuencia se encuentra un microresonador óptico, un dispositivo en forma de anillo del ancho de un cabello humano en el que la luz de un láser externo corre miles de veces hasta que se acumula alta intensidad. Microcombs, a menudo hechos devidrio o nitruro de silicio, por lo general requieren un amplificador para la luz láser externa, lo que puede hacer que el peine sea complejo, engorroso y costoso de producir.
Los científicos del NIST y sus colaboradores de UCSB han demostrado que las microcombinas creadas a partir del arseniuro de aluminio y galio semiconductor tienen dos propiedades esenciales que las hacen especialmente prometedoras. Los nuevos peines funcionan a una potencia tan baja que no necesitan un amplificador, y pueden sermanipulado para producir un conjunto de frecuencias extraordinariamente estable, exactamente lo que se necesita para usar el peine de microchips como una herramienta sensible para medir frecuencias con una precisión extraordinaria la investigación es parte del programa NIST on a Chip.
El nuevo desarrollo de la tecnología microcomb puede ayudar a los ingenieros y científicos a realizar mediciones precisas de frecuencia óptica fuera del laboratorio, dijo el científico del NIST Gregory Moille. Además, el microcomb puede producirse en masa a través de técnicas de nanofabricación similares a las que ya se utilizan para fabricarmicroelectrónica.
Los investigadores de UCSB lideraron esfuerzos anteriores para examinar microresonadores compuestos de arseniuro de aluminio y galio. Los peines de frecuencia hechos con estos microresonadores requieren solo una centésima parte de la potencia de los dispositivos fabricados con otros materiales. Sin embargo, los científicos no pudieron demostrar una clavepropiedad: que se podría generar un conjunto discreto de frecuencias inquebrantables o altamente estables a partir de un microresonador hecho de este semiconductor.
El equipo del NIST abordó el problema colocando el microresonador dentro de un aparato criogénico personalizado que permitió a los investigadores sondear el dispositivo a temperaturas tan bajas como 4 grados por encima del cero absoluto. El experimento a baja temperatura reveló que la interacción entre el calor generado porla luz láser y la luz que circulaba en el microresonador era el único obstáculo que impedía que el dispositivo generara las frecuencias altamente estables necesarias para una operación exitosa.
A bajas temperaturas, el equipo demostró que podría alcanzar el llamado régimen de solitones, donde los pulsos individuales de luz que nunca cambian su forma, frecuencia o velocidad circulan dentro del microresonador. Los investigadores describen su trabajo en la edición de junio de Revisiones de láser y fotónica .
Con tales solitones, todos los dientes del peine de frecuencia están en fase entre sí, de modo que pueden usarse como una regla para medir las frecuencias empleadas en relojes ópticos, síntesis de frecuencia o mediciones de distancia basadas en láser.
Aunque algunos sistemas criogénicos desarrollados recientemente son lo suficientemente pequeños como para que puedan usarse con el nuevo microcomb fuera del laboratorio, el objetivo final es operar el dispositivo a temperatura ambiente. Los nuevos hallazgos muestran que los científicos tendrán que apagar o evitar por completoexceso de calentamiento para lograr la operación a temperatura ambiente.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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