Las fibras ópticas son la columna vertebral de las comunicaciones modernas, transportando información de A a B a través de finos filamentos de vidrio como pulsos de luz. Se utilizan ampliamente en telecomunicaciones, permitiendo que la información viaje a una velocidad cercana a la de la luz virtualmente sin pérdida.

Estos días, biólogos, Los físicos y otros científicos utilizan regularmente fibras ópticas para canalizar la luz dentro de sus laboratorios. En una aplicación reciente, los laboratorios de investigación cuántica han remodelado las fibras ópticas, estirándolos en diminutos circulos (ver Nanofibras y trampas de luz de diseño). Para estas conicidades de escala nanométrica, o nanofibras, la luz inyectada todavía se abre camino de A a B, pero parte de ella se ve obligada a viajar fuera de la superficie exterior de la fibra. La luz exterior, o campo evanescente, puede capturar átomos y luego llevar información sobre esa interacción luz-materia a un detector.

El ajuste fino de estos campos de luz evanescente es complicado y requiere herramientas para caracterizar tanto la fibra como la luz. Para tal fin, Los investigadores de JQI y el Laboratorio de Investigación del Ejército (ARL) han desarrollado un método novedoso para medir cómo se propaga la luz a través de una nanofibra, permitiéndoles determinar el grosor de la nanofibra con una precisión menor que el ancho de un átomo. La técnica, descrito en el 20 de enero, Número 2017 de la revista Optica , es directo, rápido y, a diferencia del método de imagen estándar, preserva la integridad de la fibra. Como resultado, la sonda se puede utilizar in situ con el equipo de fabricación de nanofibras, que agilizará la implementación en la óptica cuántica y los experimentos de información cuántica. El desarrollo de herramientas confiables y precisas para esta plataforma puede permitir la tecnología de nanofibras para aplicaciones de detección y metrología.

Las ondas de luz tienen un tamaño característico llamado longitud de onda. Para luz visible, la longitud de onda es aproximadamente 100 veces más pequeña que un cabello humano. La luz también puede tener la apariencia de diferentes formas, un círculo tan sólido, anillo, trébol y más (ver imagen a continuación). Las fibras restringen la forma en que las ondas de luz pueden viajar y torcer o doblar una fibra alterará las características de la luz. Las nanofibras se fabrican remodelando una fibra normal en un diseño similar a un reloj de arena, que afecta aún más a las ondas de luz guiadas.

En este experimento, Los investigadores inyectan una combinación de formas de luz en una nanofibra. La luz pasa por una forma cónica que se adelgaza, aprieta a través de una cintura estrecha, y luego sale por el otro lado del cono. El tamaño cambiante de la fibra distorsiona las ondas de luz, y múltiples patrones emergen de las formas de luz que interfieren (Ver JQI News sobre Recolección de luz perdida). Esto es análogo a las notas musicales, u ondas sonoras, batiendo juntos para formar un acorde complejo.

Los investigadores realizan mediciones directas de los patrones de interferencia (latidos). Para hacer esto, emplean una segunda fibra del tamaño de una micra que actúa como un sensor no invasivo. La nanofibra está en una plataforma móvil y cruza la fibra de la sonda en un ángulo oblicuo. En el punto de contacto, una pequeña fracción de luz de nanofibras entra de manera evanescente en la segunda fibra y viaja hasta un detector. Mientras escanean la sonda a lo largo de la nanofibra, el detector de sonda recopila información sobre los patrones en evolución de la luz de nanofibras. Los investigadores monitorean simultáneamente la luz que se transmite a través de la nanofibra para asegurarse de que el proceso de la sonda sea inofensivo.

El equipo puede lograr un alto nivel de precisión con esta técnica porque no están tomando imágenes de la fibra con una cámara, que tendría una resolución espacial limitada por la longitud de onda de la luz recogida. Pablo Solano, estudiante de posgrado de la UMD, explica:"De hecho, estamos viendo que los diferentes modos de luz se mezclan y eso establece los límites para determinar la cintura de la fibra, en este caso sub-angstrom". Una herramienta estándar conocida como microscopía electrónica de barrido (SEM) también puede medir las dimensiones de la fibra con una resolución a nanoescala. Esta, sin embargo, tiene una desventaja comparativa, dice Eliot Fenton, un estudiante de pregrado de la UMD que trabaja en el proyecto, "Con nuestro nuevo método, podemos evitar el uso de SEM, que destruye la fibra con productos químicos de imagen y calentamiento ". Otras técnicas implican recolectar luz dispersa al azar de la fibra, que es menos directo y susceptible a errores. Solano resume cómo los investigadores pueden beneficiarse de esta nueva herramienta, "Al medir directa y sensiblemente la interferencia (latido) de la luz sin destruir la fibra, podemos saber exactamente el tipo de campo electromagnético que aplicaríamos a los átomos ".