(Phys.org) —El Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) ha demostrado un nuevo instrumento a escala de chip hecho de nanotubos de carbono que puede simplificar las mediciones absolutas de la potencia del láser, especialmente las señales luminosas transmitidas por fibras ópticas en redes de telecomunicaciones.

El dispositivo prototipo, una versión en miniatura de un instrumento llamado radiómetro criogénico, es un chip de silicio rematado con alfombras circulares de nanotubos de carbono erguidas. El mini-radiómetro se basa en el trabajo anterior de NIST utilizando nanotubos, la sustancia más oscura conocida del mundo, para hacer un ultraeficiente, detector de potencia óptica de alta precisión, y mejora la capacidad del NIST de medir la potencia del láser entregada a través de la fibra para los clientes de calibración.

"Esta es nuestra apuesta por el liderazgo en mediciones de potencia láser, ", dice el líder del proyecto, John Lehman." Podría decirse que esto es lo más genial que hemos hecho con los nanotubos de carbono. No son solo negros pero también tienen las propiedades de temperatura necesarias para hacer que componentes como los calentadores eléctricos sean verdaderamente multifuncionales ".

El NIST y otros institutos nacionales de metrología de todo el mundo miden la potencia del láser rastreándola hasta las unidades eléctricas fundamentales. Los radiómetros absorben energía de la luz y la convierten en calor. Luego se mide la potencia eléctrica necesaria para provocar el mismo aumento de temperatura. Los investigadores del NIST encontraron que el minirradiómetro mide con precisión tanto la potencia del láser (traída a él por una fibra óptica) como la potencia eléctrica equivalente dentro de las limitaciones de la configuración experimental imperfecta. Las pruebas se realizaron a una temperatura de 3,9 K, utilizando luz en la longitud de onda de las telecomunicaciones de 1550 nanómetros.

Los diminutos bosques circulares de altos Los nanotubos delgados llamados VANTA ("matrices de nanotubos alineados verticalmente") tienen varias propiedades deseables. Más importante, absorben uniformemente la luz en una amplia gama de longitudes de onda y su resistencia eléctrica depende de la temperatura. Los nanotubos versátiles realizan tres funciones diferentes en el radiómetro. Una alfombra VANTA sirve como absorbedor de luz y calentador eléctrico, y una segunda alfombrilla VANTA sirve como termistor (un componente cuya resistencia eléctrica varía con la temperatura). Las alfombrillas VANTA se cultivan en el chip de silicio micromecanizado, un diseño de instrumento que es fácil de modificar y duplicar. En esta aplicación, los nanotubos individuales tienen aproximadamente 10 nanómetros de diámetro y 150 micrómetros de largo.

Por el contrario, Los radiómetros criogénicos ordinarios utilizan más tipos de materiales y son más difíciles de fabricar. Por lo general, se ensamblan a mano utilizando una cavidad pintada con carbono como absorbente de luz. un cable eléctrico como calentador, y un semiconductor como termistor. Es más, Estos instrumentos deben modelarse y caracterizarse ampliamente para ajustar su sensibilidad. mientras que la capacidad equivalente en el minirradiómetro del NIST se modela fácilmente en el silicio.

NIST planea solicitar una patente sobre el radiómetro a escala de chip. Se espera que los cambios simples, como la estabilidad mejorada de la temperatura, mejoren en gran medida el rendimiento del dispositivo. Las investigaciones futuras también pueden abordar la ampliación del rango de potencia del láser al infrarrojo lejano, e integración del radiómetro en un dispositivo "NIST en un chip" multipropósito potencial.