Las señales de microondas de bajo ruido son de importancia crítica en numerosas aplicaciones, como las telecomunicaciones de alta velocidad y el procesamiento de datos ultrarrápido. Convencionalmente tales señales se generan con osciladores de microondas voluminosos y delicados que no son adecuados para aplicaciones al aire libre. Pero recientemente, Los físicos han estado explorando una posible alternativa:la generación de microondas de alta calidad utilizando peines de frecuencia de microrresonadores ópticos.

Confiando en la alta frecuencia óptica y la pureza espectral de los campos láser, Los microrresonadores ópticos pueden generar microondas de bajo ruido de una manera compacta y eficiente. Pero un microrresonador generalmente solo puede generar microondas con una sintonización de frecuencia muy limitada. La razón es que la frecuencia de microondas depende del tamaño del resonador, que no es en sí mismo altamente sintonizable.

Publicando en Avances de la ciencia , investigadores del laboratorio de Tobias Kippenberg en EPFL, Trinity College de Dublín (TCD), y la Universidad de la Ciudad de Dublín (DCU) han desarrollado una técnica novedosa para generar microondas variables de bajo ruido con un único microrresonador óptico.

El enfoque inyecta un peine de frecuencia de microrresonador en un láser compacto cuya intensidad es modulada por un oscilador de microondas estándar. Al forzar la frecuencia de modulación a seguir estrechamente una frecuencia subarmónica de microondas producida por el peine de frecuencia del microrresonador, el equipo generó con éxito nuevas microondas cuyas frecuencias se pueden variar significativamente.

Además, Las microondas recién generadas muestran niveles de ruido de fase mucho más bajos que los de un oscilador de peine de frecuencia de microrresonador y los osciladores de microondas estándar. Este mecanismo, llamada división de frecuencia, se utiliza para transferir la pureza de frecuencia de una señal óptica al dominio de microondas.

La técnica desarrollada permite la transferencia de pureza espectral entre diferentes señales de microondas. "Tradicionalmente, ejecutar una división de frecuencia de microondas perfecta de forma variable no ha sido fácil, "explica el Dr. Wenle Weng, quien dirigió el estudio. "Gracias al láser semiconductor de modulación rápida desarrollado por nuestros colegas en TCD y DCU, ahora podemos lograr esto usando un fotodetector de bajo costo y un sistema de control moderado ”. El láser semiconductor también genera un peine de frecuencia secundaria con emisiones espectrales más densificadas que pueden ser útiles en muchas aplicaciones espectroscópicas.

Los componentes clave en la configuración del experimento de prueba de concepto, incluyendo el microrresonador y el láser semiconductor, son discretos y están conectados con fibras largas. El equipo ahora está trabajando en la integración y empaquetado avanzado del dispositivo. Con la capacidad de ser miniaturizado y producido en masa, un oscilador de microondas variable y un generador de peine de frecuencia como el que pueden revolucionar el mercado actual de fuentes de peine de frecuencia y microondas portátiles de bajo ruido.