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Los científicos amplían las frecuencias generadas por la regla óptica en miniatura

Traducción espectral para crear microcomputadoras ultrarrápidas. El micro-resonador con RW = 1117 nm es bombeado por una bomba primaria a 282 THz y una bomba de síntesis a 192 THz. (a) Generación de peine primario de baja potencia de la bomba primaria cerca del umbral. Las distancias de peine equivalen a siete bandas espectrales libres (FSR) y se producen alrededor de la bomba de síntesis y las unidades de histéresis, destacando el proceso de mezcla entre las dos bombas y las partes básicas del peine de dientes. ( b ) Generación de peine primario a una potencia de bombeo inicial más alta donde, como anteriormente, el espaciado espectral en la parte inicial coincide con el de la parte de síntesis, como lo predice la teoría FWM-BS. c El caso de un bisoletón, en el que se repite la modificación característica 8 FSR en la carcasa del peine cerca de la bomba de síntesis. El recuadro muestra la disposición de pulsos de bisoletón calculada por LLE que da como resultado la envolvente de peine simulada que se muestra en rojo. Destacamos el diente del peine que falta en el segmento basal (Δμ = −4), cuya ausencia se traduce en la parte compleja del peine, considerando el estado de coincidencia de fase FWM-BS. d Caso de un solo solitón, donde el efecto de la bomba de síntesis es ampliar el ancho de banda del peine a 1,6 octavas y crear nuevas DW en ambos extremos del espectro. El espectro concuerda con la solución LLE generalizada que utiliza el modelo de bomba doble (línea roja) y supera con creces el espectro esperado si solo se aplicara la bomba inicial (línea discontinua verde). La naturaleza coherente del peine en fase se verifica mediante mediciones de observaciones de cadencia utilizando láseres de banda estrecha en todo el espectro del peine (cuatro recuadros a la izquierda). El ruido de fondo para cada medición se muestra en líneas discontinuas y es más alto en la banda O debido al uso de un amplificador de RF adicional. El recuadro más a la derecha muestra una simulación LLE del comportamiento esperado en el dominio del tiempo con bombeo doble (rojo) y si solo se aplicara el bombeo inicial (verde). Las barras horizontales en la parte inferior del gráfico comparan la extensión lograda aquí con DKS que abarcan una octava de referencias. 3, 32. Notamos que la porción de baja frecuencia del espectro muestra artefactos OSA, en 146, 159 y

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.

Usando dos láseres en lugar de uno, los investigadores del NIST han desarrollado un método para duplicar el rango de peine de frecuencia producido por un micro-resonador. Crédito: S. Kelley / NIST

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.


El nuevo diseño de ‘regla de luz’ podría revolucionar los relojes, los telescopios y las comunicaciones


más información:
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

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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