Los micropeines tienen áreas de aplicación muy diferentes:pueden ayudarnos a descubrir planetas fuera de nuestro sistema solar, así como a rastrear enfermedades en nuestros cuerpos. Los nuevos resultados de investigación en la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, ahora brindan una comprensión más profunda de cómo funciona el ancho de línea en los peines, algo que, entre otras cosas, permitirá mediciones aún más precisas en el futuro. Y el descubrimiento se hizo casi por casualidad.

Una regla hecha de luz es la descripción simplificada de un micropeine. En resumen, el principio se basa en un láser que envía luz que circula dentro de una pequeña cavidad, el llamado microrresonador. Allí, la luz se divide en una variedad de colores o frecuencias. Las frecuencias están ubicadas con precisión, de forma similar a las marcas en una regla.

Hoy en día, prácticamente todas las mediciones ópticas se pueden vincular a frecuencias de luz, y esto le da a los micropeines una plétora de diferentes áreas de aplicación, desde la calibración de instrumentos que miden señales a distancias de años luz, hasta la identificación y el seguimiento de nuestra salud a través del aire que exhalamos.

Nuevos conocimientos sobre las líneas del peine de frecuencia

"Los peines de frecuencia láser han revolucionado la investigación que se basa en la metrología de frecuencia", dice Victor Torres Company, profesor del Departamento de Microtecnología y Nanociencia, MC2, en la Universidad Tecnológica de Chalmers.

Una pregunta clave cuando se trabaja con micropeines es qué tan estrechas son las líneas de peine de frecuencia. La opinión predominante hasta hace unos años era que las líneas no pueden ser más estrechas que la luz de entrada del láser. Cuando los investigadores comenzaron a examinar esto más a fondo, se descubrió que las líneas ubicadas más lejos del láser son un poco más anchas que las líneas ubicadas en el centro. Se pensó que las fuentes de ruido en el microrresonador eran la razón de esto.

Cuando Fuchuan Lei, investigador de MC2, probó estas teorías y realizó los experimentos con dispositivos fabricados en las instalaciones del Laboratorio de Nanofabricación de MC2, descubrió que algunas de las líneas eran, de hecho, más estrechas que la luz de la propia fuente láser. Rastreó todas las fuentes de ruido que pueden influir en el ancho de línea o la pureza de las líneas, repitió los experimentos y siguió obteniendo el mismo resultado.

Una nueva teoría en su lugar

“No entendíamos por qué, pero con base en estos resultados desarrollamos un modelo teórico que explicaba lo que sucedió, hicimos simulaciones y confirmamos a través de experimentos que nuestro modelo era correcto”, dice Victor Torres Company. "Anteriormente, no estaba claro cómo los diferentes mecanismos de ruido afectarían el ancho de línea de las líneas de peine en el micropeine".

"Al principio pensamos que algo debía estar mal, pero una vez que tuvimos nuestra teoría, todo estuvo claro", dice Fuchuan Lei.

La estrechez de las marcas en un micropeine tiene una gran importancia en la forma en que se puede utilizar. Un micropeine con marcas angostas permite mediciones aún más precisas, y es por eso que comprender por qué las líneas son más estrechas es un tema clave en el desarrollo de micropeines. Victor Torres Company lo compara con reglas hechas de diferentes tipos de materiales.

Posibilidad de medir con mayor precisión

"Imagínese que dibujaría marcadores con un poco de tiza en lugar de hacerlo con un lápiz. Puede definir una cuadrícula, puede definir el espaciado, pero con un lápiz puede medir con mayor precisión porque entonces tiene su regla con muy bien- marcas definidas", dice.

Lo que originalmente fue una curiosidad interesante descubierta por los investigadores, vino a revelar los mecanismos físicos que causan que las líneas en el micropeine varíen en ancho de línea.

“Gracias a nuestra investigación y publicación, quienes trabajen en el diseño de este tipo de dispositivos entenderán cómo las distintas fuentes de ruido afectan a los distintos parámetros y al rendimiento del micropeine”, afirma Victor Torres Company.

El artículo, "Ancho de línea óptico de micropeines de solitón", se publicó en Nature Communications . + Explora más

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