(PhysOrg.com) - Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han demostrado un dispositivo prototipo capaz de realizar mediciones absolutas de la potencia óptica entregada a través de una fibra óptica.

El dispositivo es el primer radiómetro criogénico acoplado por fibra del mundo que vincula las mediciones de potencia de fibra óptica directamente con unidades eléctricas fundamentales y estándares nacionales. Utiliza un bosque microscópico de nanotubos de carbono, el material más oscuro del mundo, para medir valores que son aproximadamente una milésima parte de los niveles que se alcanzan normalmente con un radiómetro criogénico que carece de capacidad de entrada directa de fibra. Con mejoras en el control de temperatura y la velocidad, el dispositivo podría satisfacer las necesidades de calibraciones ultraprecisas a potencia ultrabaja en telecomunicaciones, dispositivos médicos y otras industrias.

La potencia y la energía ópticas son trazables a unidades eléctricas fundamentales. Los radiómetros absorben energía óptica y la convierten en calor. Luego se mide la potencia eléctrica necesaria para inducir el mismo aumento de temperatura. Debido a que el calentamiento óptico y eléctrico no son exactamente equivalentes, Las incertidumbres de medición pueden ser relativamente grandes desde el punto de vista de la metrología.

La demostración también es un paso hacia la conversión de la radiometría de una práctica clásica basada en unidades eléctricas a una práctica cuántica basada en partículas individuales de luz (fotones).

"Tenemos muchos clientes que solicitan mediciones de potencia óptica en fibra, principalmente para comunicaciones ópticas, "dice el líder del proyecto, John Lehman." Además, nuestras mediciones de fotón único se realizan en fibra ".

El nuevo radiómetro mide unos 70 milímetros (mm) de largo e incorpora una fibra óptica de 1,45 mm de espesor cubierta por una cavidad que atrapa la luz en un extremo con el absorbedor de nanotubos y un calentador. Los nanotubos ultra oscuros se cultivan en una pequeña pieza de silicio micromecanizado en forma de X. La absorción de luz era tan alta que era difícil determinar las incertidumbres de medición; Lehman viajó a una instalación especial en el Laboratorio Nacional de Física (el equivalente británico de NIST) para realizar algunas mediciones.

Los experimentos y cálculos indican que el nuevo radiómetro puede medir un nivel de potencia de 10 nanovatios con una incertidumbre del 0,1 por ciento. En comparación, Las mediciones típicas de la potencia óptica entregada a través de fibra tienen una incertidumbre del 3 por ciento o más a niveles de potencia similares. Más importante, estos dispositivos comerciales se basan en una serie de calibraciones para establecer la trazabilidad a los estándares nacionales.

NIST tiene como objetivo desarrollar un estándar cuántico absoluto para la potencia óptica y la energía basada en fotones individuales. El esfuerzo incluye el desarrollo de fuentes y detectores que abarcan una amplia gama de medidas de potencia óptica, desde recuentos de fotones individuales hasta billones de fotones. Los fotones individuales ya se utilizan en sistemas de comunicaciones cuánticas, que ofrecen capacidades novedosas como detectar señales ópticas extremadamente débiles y proporcionar garantías cuánticas de seguridad.