Del mismo modo que un metro con cientos de marcas de verificación se puede utilizar para medir distancias con gran precisión, un dispositivo conocido como peine de frecuencia láser, con sus cientos de espaciados uniformemente, frecuencias claramente definidas, se puede utilizar para medir los colores de las ondas de luz con gran precisión.

Lo suficientemente pequeño como para caber en un chip, Las versiones en miniatura de estos peines, llamados así porque su conjunto de frecuencias uniformemente espaciadas se asemeja a los dientes de un peine, están haciendo posible una nueva generación de relojes atómicos. un gran aumento en el número de señales que viajan a través de fibras ópticas, y la capacidad de discernir pequeños cambios de frecuencia en la luz de las estrellas que insinúan la presencia de planetas invisibles. La versión más reciente de estos "micro peines" basados ​​en chips, "creado por investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB), está preparada para avanzar aún más en las mediciones de tiempo y frecuencia mejorando y ampliando las capacidades de estos pequeños dispositivos.

En el corazón de estos micropenales de frecuencia se encuentra un microrresonador óptico, un dispositivo en forma de anillo del ancho de un cabello humano en el que la luz de un láser externo corre alrededor de miles de veces hasta que se acumula una alta intensidad. Micropeines, a menudo hechos de vidrio o nitruro de silicio, normalmente requieren un amplificador para la luz láser externa, que puede hacer que el peine sea complejo, engorroso y costoso de producir.

Los científicos del NIST y sus colaboradores de UCSB han demostrado que los micropenales creados a partir del arseniuro de galio y aluminio semiconductor tienen dos propiedades esenciales que los hacen especialmente prometedores. Los nuevos peines funcionan a una potencia tan baja que no necesitan amplificador, y pueden manipularse para producir un conjunto de frecuencias extraordinariamente estable, exactamente lo que se necesita para usar el peine de microchip como una herramienta sensible para medir frecuencias con extraordinaria precisión. (La investigación es parte del programa NIST on a Chip).

La tecnología de microcombustibles recientemente desarrollada puede ayudar a los ingenieros y científicos a realizar mediciones de frecuencia óptica de precisión fuera del laboratorio. dijo el científico del NIST Gregory Moille. Además, el microcomb puede producirse en masa mediante técnicas de nanofabricación similares a las que ya se utilizan para fabricar microelectrónica.

Los investigadores de UCSB lideraron esfuerzos anteriores en el examen de microrresonadores compuestos de arseniuro de aluminio y galio. Los peines de frecuencia hechos con estos microrresonadores requieren solo una centésima parte de la potencia de los dispositivos fabricados con otros materiales. Sin embargo, los científicos no habían podido demostrar una propiedad clave:que un conjunto discreto de o muy estable, Las frecuencias podrían generarse a partir de un microrresonador hecho de este semiconductor.

El equipo del NIST abordó el problema colocando el microrresonador dentro de un aparato criogénico personalizado que permitió a los investigadores sondear el dispositivo a temperaturas tan bajas como 4 grados por encima del cero absoluto. El experimento de baja temperatura reveló que la interacción entre el calor generado por la luz láser y la luz que circula en el microrresonador era el único obstáculo que impedía que el dispositivo generara las frecuencias altamente estables necesarias para un funcionamiento exitoso.

A bajas temperaturas, el equipo demostró que podía alcanzar el llamado régimen de solitón, donde pulsos de luz individuales que nunca cambian de forma, La frecuencia o la velocidad circulan dentro del microrresonador. Los investigadores describen su trabajo en la edición de junio de Reseñas de láser y fotónica .

Con tales solitones todos los dientes del peine de frecuencia están en fase entre sí, para que puedan utilizarse como regla para medir las frecuencias empleadas en los relojes ópticos, síntesis de frecuencia, o mediciones de distancia basadas en láser.

Aunque algunos sistemas criogénicos desarrollados recientemente son lo suficientemente pequeños como para poder usarse con el nuevo microcombustible fuera del laboratorio, el objetivo final es operar el dispositivo a temperatura ambiente. Los nuevos hallazgos muestran que los científicos tendrán que apagar o evitar por completo el calentamiento excesivo para lograr un funcionamiento a temperatura ambiente.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de NIST. Lea la historia original aquí.