Los dispositivos de medición de luz llamados peines de frecuencia óptica han revolucionado la metrología, la espectroscopia, los relojes atómicos y otras aplicaciones. Sin embargo, los desafíos que plantea el desarrollo de generadores de peine de frecuencia a escala de microchip han limitado su uso en tecnologías cotidianas, como la electrónica portátil.
En un estudio publicado en Nature Communications , investigadores de la Universidad de Rochester describen nuevos láseres de micropeine que han desarrollado que superan las limitaciones anteriores y presentan un diseño simple que podría abrir la puerta a una amplia gama de usos.
Los peines de frecuencia óptica generan un espectro de luz que consta de múltiples haces coherentes, cada uno sintonizado a una frecuencia o color diferente, en distancias uniformemente espaciadas. La forma resultante se asemeja a los dientes de un peine. En los últimos años, los científicos han estado trabajando para crear versiones miniaturizadas de esta tecnología, o micropeines, que puedan caber en pequeños chips.
Pero si bien los científicos han avanzado en la creación de prototipos de micropeines, han tenido un éxito limitado en la producción de versiones viables que puedan aplicarse en dispositivos prácticos. Los obstáculos incluyen baja eficiencia energética, controlabilidad limitada, respuestas mecánicas lentas y la necesidad de una configuración previa sofisticada del sistema.
Un equipo de investigadores dirigido por Qiang Lin, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Rochester y del Instituto de Óptica, creó un enfoque único para resolver estos desafíos en un solo dispositivo.
Según Jingwei Ling, doctor en ingeniería eléctrica e informática. Estudiante del laboratorio de Lin y autor principal del artículo, los enfoques anteriores generalmente se basan en un láser de longitud de onda única inyectado en un convertidor no lineal que puede transferir la longitud de onda única a múltiples longitudes de onda, formando el peine óptico.
"Eliminamos la longitud de onda única porque eso degradaría la eficiencia del sistema", dice Ling. "En lugar de eso, tenemos todo el peine amplificado en un circuito de retroalimentación dentro del sistema, de modo que todas las longitudes de onda se reflejan y mejoran dentro de un solo elemento".
La simplicidad del láser de micropeine "todo en uno" da como resultado menores demandas de energía, menores costos, alta capacidad de ajuste y una operación llave en mano.
"Es fácil de operar", dice el coautor Zhengdong Gao, también doctor en ingeniería eléctrica e informática. estudiante en el laboratorio de Lin. "Los métodos anteriores dificultan la excitación del peine, pero con este método sólo necesitamos encender la fuente de alimentación y podemos controlar el peine directamente".
Quedan obstáculos para implementar estos láseres de micropeine, particularmente con el desarrollo de técnicas de fabricación para crear componentes tan pequeños dentro de las tolerancias necesarias para la fabricación. Pero los investigadores tienen la esperanza de que sus dispositivos puedan usarse para aplicaciones como sistemas de telecomunicaciones y detección y alcance de luz (LiDAR) para vehículos autónomos.
