Un equipo de investigadores de ingeniería de UCLA y OEWaves ha desarrollado un microoscilador óptico, un componente clave de cronometraje de los relojes que podría mejorar enormemente la precisión del cronometraje, que es esencial para su uso en naves espaciales, detección de automóviles o comunicaciones por satélite.

Un oscilador óptico es similar a un péndulo en un reloj de pie, solo en lugar de un movimiento de balanceo para mantener el tiempo, su "tic" es la frecuencia muy alta del láser, o ciclos por segundo. Este "péndulo óptico" es una luz láser confinada en un resonador muy silencioso que permite que la luz rebote hacia adelante y hacia atrás sin perder su energía. Esta clase de osciladores ópticos es extremadamente precisa. Sin embargo, son grandes dispositivos independientes, aproximadamente del tamaño de un horno de cocina casero, y debe mantenerse en condiciones de laboratorio completamente estables.

El nuevo oscilador tiene una estabilidad similar a la de un laboratorio, y es lo suficientemente pequeño y liviano como para incorporarse potencialmente a satélites, en automóviles para una navegación superprecisa, para mediciones de altísima precisión, o incluso un dispositivo de uso diario como un teléfono inteligente. La mejora es mucho mejor en comparación con la mejor disponible actualmente fuera de un laboratorio, que son osciladores de cristal de cuarzo en relojes de pulsera de lujo, computadoras y teléfonos inteligentes. El nuevo dispositivo también aprovecha un fenómeno descubierto en la Catedral de St. Paul en Londres.

Los investigadores sugieren que esto podría usarse en relojes atómicos miniaturizados para naves espaciales y satélites. por lo que la sincronización precisa es importante para la navegación. Podría usarse para detección de distancia y rotación de precisión para automóviles y otros vehículos y en espectroscopía óptica de alta resolución, que se utiliza para obtener imágenes de estructuras moleculares y atómicas.

"Cualquier fluctuación de temperatura o presión puede cambiar el tamaño de los osciladores, y, por lo tanto, cambia la distancia que recorre la luz láser, y por lo tanto, la precisión de la oscilación, "dijo Chee Wei Wong, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de UCLA y el investigador principal de la investigación.

Piense en cuando el marco de una puerta se expande o contrae debido a los cambios de temperatura. En las diminutas escalas de los osciladores ópticos, incluso el cambio más pequeño de tamaño puede afectar su precisión.

El nuevo oscilador del equipo de investigación es preciso y estable. La frecuencia de oscilación de la luz no cambia más de 0,1 partes por mil millones. Al mismo tiempo, redujeron el tamaño del oscilador a sólo 1 centímetro cúbico de volumen.

"El láser estabilizado en miniatura demostrado en este trabajo es un paso clave para reducir el tamaño, peso y potencia de los relojes ópticos, y hacer posible su disponibilidad fuera del laboratorio y para aplicaciones de campo, "dijo Lute Maleki, CEO de OEwaves.

El oscilador óptico del equipo de investigación es de tres a cinco veces más estable que los dispositivos existentes al no verse afectado durante cambios extremos de temperatura y presión. Basado en resultados experimentales, los investigadores también sugieren que su estabilidad podría ser hasta 60 veces mejor.

"Generalmente, incluso pequeñas variaciones de la temperatura o presión atmosférica introducen una incertidumbre de medición en un orden de magnitud mayor que los efectos observados, "dijo Jinkang Lim, investigador postdoctoral de UCLA en el Laboratorio de Óptica Mesoscópica y Electrónica Cuántica y autor principal del estudio. "Diseñamos cuidadosamente nuestro resonador y lo aislamos de las fluctuaciones ambientales. Luego observamos los cambios mínimos y vimos que permanecía estable, incluso con cambios ambientales.

"Este pequeño oscilador podría conducir a dispositivos de medición y navegación en el campo, donde la temperatura y la presión no están controladas y cambian drásticamente, "Lim agregó." Este nuevo micro-oscilador podría mantener su precisión, incluso con condiciones ambientales adversas ".

El microoscilador óptico, funciona con este nivel de precisión porque confina la luz láser dentro de sí mismo mediante el uso de lo que se conoce como resonancia en "modo galería susurrante", llamado así debido a las similitudes con la forma en que alguien puede susurrar algo contra las paredes de la cúpula de la Catedral de San Pablo de Londres, donde se informó por primera vez de este fenómeno, que será completamente audible en el lado opuesto. El fenómeno también se encuentra en la Grand Central Station de la ciudad de Nueva York. En este caso, la onda de luz láser se propaga a lo largo del interior especialmente diseñado del microrresonador. Adicionalmente, la frecuencia permanece estable a medida que el micro-resonador resiste los cambios de temperatura y presión. Finalmente, las oscilaciones de la luz en sí son muy distintas, en lugar de "difuso".