Se requiere medir con precisión las frecuencias de luz para el cronometraje. También es un componente crítico en muchos experimentos científicos y tecnologías, desde la defensa militar hasta la detección de la contaminación del aire, pruebas de física fundamental para la detección de exoplanetas. "Hay pocas empresas humanas que sean más fundamentales y más importantes para la tecnología, "dice Curtis Menyuk, profesor de Ciencias de la Computación e Ingeniería Eléctrica en la UMBC.
Desde su invención en 2000, Un dispositivo de medición especial llamado peine de frecuencia óptica ha surgido como una herramienta poderosa para completar estas mediciones. Un peine de frecuencia consta de muchas frecuencias espaciadas regularmente que son como los dientes de un peine. Estos dientes funcionan como las líneas de una regla, haciendo posible medir frecuencias con una precisión y velocidad sin precedentes. Los peines de frecuencia han demostrado ser tan importantes que la mitad del Premio Nobel de Física en 2005 fue otorgado a John Hall y Theodor Hänsch por desarrollarlos y demostrar su utilidad.
Sin embargo, "Una dificultad con la mayoría de los sistemas de peine es que requieren costosos, equipo basado en láser, "dice Menyuk. En 2009, un grupo de investigación en Suiza demostró que es posible utilizar diminutos resonadores de tamaño milimétrico, llamados microrresonadores, para generar peines de frecuencia. Eso llevó a un esfuerzo mundial para desarrollar estos peines para aplicaciones. En los Estados Unidos, este esfuerzo ha sido apoyado por NSF, NASA, y DARPA.
Sin embargo, este esfuerzo ha enfrentado importantes desafíos, también. Un desafío es que el poder de cada "diente" del peine es demasiado débil sin una amplificación significativa, que requiere una gran, sistema externo. Otro desafío es generar el peine en primer lugar, "que nuevamente requiere un elaborado sistema de puesta en marcha, "Menyuk explica." Como resultado, el sistema no es compacto, lo que frustra el propósito de usar microrresonadores ".
Un nuevo artículo en Optica , en coautoría de Menyuk, su estudiante graduado Zhen Qi, y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Pereira y la Universidad Purdue, describen un enfoque que potencialmente puede resolver ambos problemas utilizando formas de onda de luz novedosas.
Todos los sistemas de peine de frecuencia hasta la fecha han utilizado ondas de luz especiales llamadas solitones, que Menyuk ha estado estudiando durante más de treinta años. Él, Qi, y sus coautores sugirieron que las formas de luz inusuales conocidas como ondas cnoidales o rollos de Turing se adaptan mejor que los solitones al pequeño tamaño de los microrresonadores. Demostraron teóricamente que los peines que utilizan estas formas de onda se pueden obtener simplemente encendiendo la fuente de alimentación del microrresonador, a diferencia de los peines de solitón, y producir dientes de peine mucho más poderosos, lo que resolvería los dos principales desafíos que atascan el desarrollo del microrresonador.
"El exitoso desarrollo de compact, Los peines de frecuencia en el chip ampliarán enormemente la gama de aplicaciones de los peines de frecuencia, "Dice Menyuk." En particular, aumentarían enormemente la rapidez con la que los datos podrían sincronizarse a través de distancias, habilitando aplicaciones que ahora mismo solo podemos imaginar ".
