Esta figura muestra una configuración experimental típica al realizar la medición de campo eléctrico rastreable SI basada en átomos. En esta configuración, la celda de vapor está confinada a la mesa óptica. Crédito:NIST
En las últimas décadas, Los teléfonos móviles y otros dispositivos inalámbricos se han convertido en elementos centrales de la vida en todo el mundo. Estos dispositivos irradian cantidades variadas de energía electromagnética y, por lo tanto, proyectan campos eléctricos en el espacio circundante. Es crucial para el diseño y despliegue de estos dispositivos que tengan mediciones precisas y rastreables para campos eléctricos y energía radiada. Hasta hace poco, sin embargo, no fue posible construir sondas autocalibradas que pudieran generar mediciones independientes y absolutas de estos valores de campo eléctrico.
"Las sondas de campo eléctrico existentes se basan en un proceso de calibración que plantea una especie de dilema del huevo y la gallina, "dijo Christopher L. Holloway, científico del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología. "Para calibrar una sonda, tenemos que usar un campo conocido. Pero tener un campo conocido, debemos utilizar una sonda calibrada ".
Para abordar este problema, Holloway y sus colegas han desarrollado un nuevo método para medir campos eléctricos y una nueva sonda para realizar tales mediciones. Comparten su trabajo esta semana en el Revista de física aplicada .
"La base de nuestra metodología es una técnica bien estudiada llamada 'Transparencia inducida electromagnéticamente' (EIT). EIT implica un medio que normalmente absorbe la luz, y utiliza un sistema de dos láseres sintonizados con la transición entre los estados de los átomos en el medio para hacer que el medio sea transparente, "Dijo Holloway.
"Una de nuestras innovaciones clave involucra excitantes átomos alcalinos en un medio a un Rydberg, o de alta energía, estado. En esas circunstancias, se puede usar un campo eléctrico de radiofrecuencia para excitar los átomos al siguiente estado de transición atómica, provocando que la señal EIT se divida en dos, ", dijo Holloway." La división del espectro de la señal EIT se mide fácilmente y es directamente proporcional a la amplitud del campo eléctrico de radiofrecuencia aplicada ".
Foto de la primera celda de vapor de fibra acoplada para mediciones de campo eléctrico. El cabezal del sensor acoplado a fibra (es decir, la celda de vapor) se puede mover fuera de la mesa óptica para facilitar la operación, que es útil en mediciones de intensidad de campo, y para aplicaciones de imágenes de campo cercano y sub-longitud de onda. Crédito:NIST
El resultado neto es que la fuerza de un campo eléctrico se puede calcular midiendo la frecuencia con un alto grado de precisión y utilizando la constante de Planck, que pronto será reconocida como una unidad definida por el Sistema Internacional de Unidades (SI). Como corolario, esta técnica de medición tiene una ruta de trazabilidad SI directa, una característica importante para las organizaciones internacionales de metrología. También se consideraría autocalibrable porque se basa en resonancias atómicas.
Más allá de estas mejoras metodológicas, la nueva técnica promete expandir drásticamente el alcance de los campos eléctricos que se pueden medir.
"En la actualidad, no hay forma de realizar mediciones calibradas de campos eléctricos con frecuencias que superen los 110 GHz, "Dijo Holloway." Esta nueva técnica resuelve este problema y puede permitir la medición calibrada de campos eléctricos con frecuencias tan grandes como un terahercio. Este ancho de banda ampliado será relevante para las generaciones futuras de sistemas de telecomunicaciones móviles inalámbricos ".
"Otro beneficio importante es que permite una resolución espacial muy pequeña cuando se toman imágenes de microondas. En principio, debe permitir la obtención de imágenes de distribuciones de campo de microondas con una resolución del orden de longitudes de onda ópticas, muchos órdenes de magnitud más pequeños que las longitudes de onda de microondas. Esto podría ser particularmente útil para la medición de campos eléctricos en ámbitos biomédicos, "Dijo Holloway.
Holloway y sus colegas han diseñado una sonda que consta de una celda de vapor acoplada a fibra que se puede utilizar para medir campos eléctricos con esta nueva técnica. Avanzando, pretenden trabajar con otros colaboradores en la miniaturización de la tecnología.
