Al igual que un entrenador acústico que amplió el rango de octava de los cantantes de ópera, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han ampliado en casi dos tercios el rango de frecuencia que un medidor de chip puede generar y medir con precisión las oscilaciones de las ondas de luz. El rango ampliado del sistema, conocido como peine de frecuencia de microrresonador o microcomp, podría conducir a mejores sensores de gases de efecto invernadero y también podría mejorar los sistemas de navegación global.
Gregory Moyle y sus colegas del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), incluido el líder del equipo Kartik Srinivasan, junto con colaboradores del Joint Quantum Institute (una asociación de investigación entre el NIST y la Universidad de Maryland) y la Universidad de Maryland, informan de su hallazgos en un comunicado del 14 de diciembre de 2021 de Comunicaciones de la naturaleza.
El peine de frecuencia actúa como una versión óptica de la regla. Al igual que una regla, dividida en cientos de marcas separadas por una distancia conocida, mide algo de longitud desconocida, un peine de frecuencia presenta cientos de puntas afiladas diferentes de frecuencias uniformemente espaciadas para medir con precisión la luz de una frecuencia desconocida (el instrumento se llama así porque los picos de frecuencia se asemejan a los dientes de un peine.)
Durante las últimas dos décadas, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y otras instituciones de investigación han demostrado que las microbombas pueden desempeñar un papel importante en la construcción de relojes ópticos de alta precisión, calibrando detectores que analizan la luz de las estrellas para buscar planetas fuera del planeta. sistema solar, y la detección de gases traza en el medio ambiente. .
Un tipo de microcombate ampliamente estudiado en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) consiste en una guía de ondas rectangular en miniatura, un canal que confina las ondas de luz, acoplado a un resonador en forma de anillo de unos 50 micrómetros (una millonésima parte de un metro) de diámetro. . La luz láser inyectada en la guía de ondas ingresa al resonador de microanillo y corre alrededor del anillo.
Por lo general, la luz dispersada comienza a cambiar de amplitud y puede formar varios patrones. Sin embargo, al sintonizar cuidadosamente el láser, la luz se forma dentro del solitón del microanillo, un pulso de onda única que mantiene su forma a medida que se mueve alrededor del anillo.
Cada vez que el solitón completa un viaje de ida y vuelta alrededor del microanillo, una parte del pulso se divide y entra en la guía de ondas. Un tren completo de pulsos de onda llena rápidamente la guía de ondas, con cada onda separada en el tiempo de su vecina en el mismo intervalo fijo: el tiempo que tarda el sliton en completar aproximadamente una revolución por minuto. El tren de onda-pulso en la guía de ondas corresponde a un conjunto de frecuencias espaciadas uniformemente y forma los dientes del peine de frecuencia. El número y capacidad de los dientes está determinado principalmente por el tamaño del anillo, su estructura y la potencia y frecuencia del láser.
Recientemente, los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST, por sus siglas en inglés) se preguntaron qué sucedería si produjeran un peine pequeño usando dos láseres, cada uno generando una frecuencia de luz diferente, en lugar de solo uno. Encuentran que a través de una serie compleja de interacciones con solitón La luz girando en un resonador de microanillo, el segundo láser genera dos nuevos juegos de dientes, o frecuencias espaciadas uniformemente, que son copias exactas del juego de dientes original pero cambiado a frecuencias más altas y más bajas. El grupo de baja frecuencia se encuentra en la parte infrarroja del espectro, mientras que el otro grupo se encuentra en frecuencias muy altas, cerca de la luz visible. El peine también conserva sus dientes originales en las frecuencias del infrarrojo cercano.
El rango extendido de las mini paperas permite una variedad de aplicaciones a diferentes frecuencias. Srinivasan dijo que este sistema es la primera vez que los investigadores producen un pequeño peine fijo que conecta una gama tan amplia de frecuencias de luz.
Además, el equipo descubrió que al variar la frecuencia del segundo láser, los nuevos conjuntos de dientes se pueden convertir fácilmente a frecuencias más altas o más bajas, independientemente de la forma o configuración del microrresonador. Esto hace que el sistema sea muy versátil.
El logro puede permitir que un solo peine pequeño mida las vibraciones características de los átomos y las moléculas, incluidos los contaminantes, que emiten y absorben luz en una amplia gama de frecuencias, mejorando así la sensibilidad de los detectores.
Una cobertura más amplia también puede ayudar en los esfuerzos posteriores para estabilizar Microcomp, para que sus ticks permanezcan constantes en lugar de desviarse ligeramente de su rango de color original. La estabilidad mejorada puede conducir al desarrollo de un dispositivo óptico portátil relojes atómicos Es lo suficientemente preciso como para usarse fuera del laboratorio, dijo Moyle, lo que lleva a sistemas de navegación más precisos y precisos.
Gregory Moyle et al, Microcomb Care Ultra Wide Bandwidth de Soliton Spectral Translation, Comunicaciones de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-27469-0
Introducción de
Instituto Nacional de Normas y Tecnología
La frase: Los científicos amplían las frecuencias generadas por una regla óptica en miniatura (23 de febrero de 2022) Consultado el 23 de febrero de 2022 en https://phys.org/news/2022-02-scientists-greatly-frequencies-miniature-optical.html
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