Al medir la duración de los fenómenos físicos de alta velocidad, un buen cronómetro solo puede llevarte hasta cierto punto, y aunque los osciloscopios pueden captar señales eléctricas con frecuencias de unos pocos GHz, La medición de fenómenos ópticos increíblemente rápidos requiere algo más:un sistema llamado peine de frecuencia óptica. Los láseres normales son fuentes monocromáticas que contienen una sola frecuencia de luz; a diferencia de, los peines de frecuencia contienen muchas frecuencias, igualmente espaciados en el dominio de la frecuencia, que se parecen mucho a los dientes de un peine. Los peines de frecuencia se utilizan ampliamente como un tipo de 'regla óptica', ya que pueden medir señales que varían rápidamente al interferir los 'dientes' de los peines de frecuencia con la señal que quieren medir. que en consecuencia convierte esas señales en señales de radiofrecuencia más manejables.

Investigadores de la Unidad de Interacciones Luz-Materia en la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa, junto con colaboradores de la Universidad de Washington, publicó un artículo recientemente en Letras de óptica en el que describen cómo crearon un peine de frecuencia en el espectro visible. Lo lograron combinando un fenómeno conocido como mezcla de cuatro ondas con un bajo costo, Dispositivo de baja potencia llamado resonador de microburbujas (MBR). Los MBR son un tipo de resonador en modo galería susurrante (WGMR), y hasta ahora solo se han producido peines de frecuencia infrarroja directamente usando mezcla de cuatro ondas en WGMR. Mover la longitud de onda operativa de estos dispositivos al régimen visible tiene enormes beneficios, ya que a menudo se busca una 'regla óptica' para la luz que puede ser observada por el ojo humano. El dispositivo MBR podría ser muy útil en la ciencia médica donde se requieren mediciones de frecuencia de alta precisión, como tomografías computarizadas médicas, donde los peines de frecuencia óptica son un excelente candidato. Actualmente, los peines de frecuencia óptica se generan utilizando sistemas láser de femtosegundos pesados ​​que requieren mucho espacio y consumen muchos vatios de potencia. o utilizando otros grandes sistemas láser de modo bloqueado. El MBR propuesto, a diferencia de, tiene un tamaño de micrones y solo requiere un láser de baja potencia para bombear el dispositivo, ya que el pequeño volumen del resonador significa que las pequeñas potencias de entrada corresponden a intensidades de circulación extremadamente altas, un requisito para que se produzcan procesos no lineales.

Una galería de susurros clásica, el fenómeno que permite que este dispositivo funcione, es un efecto acústico. La cúpula de la catedral de St. Paul en Londres es un ejemplo famoso de galería susurrante. En un recinto circular, las ondas sonoras se propagan a lo largo de las paredes internas con poca pérdida, permitiendo que uno escuche susurros murmurados cerca de la pared a una gran distancia a lo largo de la pared. Ópticamente los investigadores replican este efecto haciendo que la luz 'rebote' a lo largo de las paredes de una cavidad circular, en este caso un resonador de microburbujas. El grupo logró fabricar un resonador de microburbujas con un grosor de pared de 1.4 micrones, aproximadamente 60 veces más delgado que un cabello humano, y un diámetro total de 120 micrones. Usando este dispositivo, lograron producir un peine de frecuencia óptica con una longitud de onda roja central de 765 nanómetros, coincidiendo exactamente con los resultados previstos.

Los autores del artículo crearon MBR reduciendo los capilares de vidrio delgados hasta unas pocas decenas de micrones de diámetro, bloqueando una de sus aberturas y luego bombeando gas a los tubos. Calentar un área del vidrio con un láser de CO2 forma una pequeña burbuja debido al equilibrio entre la presión del gas dentro del capilar y la tensión superficial del vidrio fundido. al igual que los sopladores de vidrio producen hermosos jarrones de vidrio. A diferencia de los resonadores sólidos típicos sin paredes delgadas, los investigadores pueden controlar el grosor de la pared con precisión, lo que permite un grado extra de libertad. Esta diferencia crucial permitió a los investigadores sintonizar la frecuencia central del dispositivo al régimen visible.

Dr. Yong Yang, el autor principal de este artículo, espera empujar los límites del dispositivo con dimensiones de pared aún más delgadas y espera expandir el rango de este dispositivo para eventualmente cubrir el espacio entre la luz azul de longitud de onda más baja hasta la región del infrarrojo cercano. "Estoy entusiasmado con el resonador de microburbujas, ya que su geometría única nos brinda mucho más control sobre las propiedades dispersivas y, en última instancia, nos ayudará a ampliar aún más los límites de este dispositivo". "dice Yang. En última instancia, Este trabajo podría proporcionar a los investigadores una herramienta de bajo costo, Alternativa compacta y de baja potencia a los peines de frecuencia disponibles comercialmente en la actualidad. ¿Qué mejor manera de medir la luz que usar la luz?