Traducción espectral para crear micropeines de banda ultraancha. Un resonador de microanillo 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 con potencia de bomba primaria baja cerca del umbral. El espaciado del peine es igual a siete rangos espectrales libres (FSR) y se reproduce alrededor de la bomba de síntesis y los rodillos, destacando el proceso de mezcla entre las dos bombas y los dientes del peine de la porción primaria. b Generación de peine primario a una potencia de bomba primaria más alta donde, como anteriormente, el espaciado espectral en la porción primaria se iguala con el de la porción de síntesis, como se esperaba por la teoría FWM-BS. c Estado de dos solitones, donde la modulación característica 8 FSR en la envolvente del peine se replica cerca de la bomba de síntesis. El recuadro muestra la disposición de pulsos de dos solitones 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 la porción primaria (Δμ = −4), cuya ausencia se traduce en la porción sintetizada del peine, respetando la condición de coincidencia de fase FWM-BS. d Estado de solitón único, donde el impacto de la bomba de síntesis es expandir el ancho de banda del peine a 1,6 octavas y crear nuevos 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 aplica la bomba principal (línea verde discontinua). La naturaleza de fase coherente del peine se verifica a través de mediciones de notas de tiempo con láseres de ancho de línea estrecho en todo el espectro del peine (cuatro recuadros izquierdos). 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 la simulación LLE del comportamiento esperado en el dominio del tiempo con bombeo doble (rojo) y si solo se aplica la bomba principal (verde). Las barras horizontales en la parte inferior del gráfico comparan el intervalo logrado aquí con los DKS de intervalo de octava de las referencias. 3, 32. Notamos que la porción de baja frecuencia del espectro exhibe artefactos OSA, en 146, 159 y
Al igual que un entrenador vocal que amplía el rango de octava de un cantante de ópera, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han ampliado en casi dos tercios el rango de frecuencia sobre el cual un dispositivo a escala de chip puede generar y medir las oscilaciones de ondas de luz con una precisión exquisita. El rango ampliado del sistema, conocido como peine de frecuencia de resonador de microanillo o micropeine, podría conducir a mejores sensores de gases de efecto invernadero y también puede mejorar los sistemas de navegación global.
Gregory Moille y sus colegas del 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, informaron sus hallazgos en la edición del 14 de diciembre de 2021 de Comunicaciones de la naturaleza.
Un peine de frecuencia actúa como la versión óptica de una regla. Al igual que una regla, dividida en cientos de marcas espaciadas a una distancia conocida, mide un objeto de longitud desconocida, un peine de frecuencia presenta cientos de picos de frecuencia espaciados uniformemente y ultranítidos diferentes para medir con precisión la luz de una frecuencia desconocida (La herramienta es tan llamado así porque los picos de frecuencia se asemejan a los dientes de un peine.)
En las últimas dos décadas, los científicos del NIST y otras instituciones de investigación han demostrado que los micropeines pueden desempeñar un papel importante en la construcción de relojes ópticos de alta precisión, la calibración de detectores que analizan la luz de las estrellas para buscar planetas más allá del sistema solar y la detección de gases traza en el medio ambiente. .
Un tipo de micropeine ampliamente estudiado en el NIST 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 (millonésimas de 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 que circula comienza a variar en amplitud y puede formar diferentes patrones. Sin embargo, al ajustar cuidadosamente el láser, la luz dentro del microanillo forma un solitón, un pulso de onda solitario que conserva su forma mientras 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 separa y entra en la guía de ondas. Pronto, un tren completo de pulsos de onda llena la guía de ondas, con cada onda separada en el tiempo de su vecina por el mismo intervalo fijo: el tiempo que le tomó al solitón completar una vuelta alrededor del microanillo. El tren de pulsos de onda en la guía de ondas corresponde a un solo conjunto de frecuencias espaciadas uniformemente y forma los dientes del peine de frecuencia. El número y la amplitud de los dientes están determinados principalmente por el tamaño y la composición del anillo y la potencia y frecuencia del láser.
Recientemente, los científicos del NIST se preguntaron qué pasaría si produjeran un micropeine usando dos láseres, cada uno generando una frecuencia de luz diferente, en lugar de solo uno. Descubrieron que a través de una serie compleja de interacciones con la luz del solitón que circula en el resonador de microanillo, el segundo láser indujo dos nuevos juegos de dientes, o frecuencias espaciadas uniformemente, que son réplicas del juego de dientes original pero cambiado a frecuencias más altas y más bajas. . El conjunto de frecuencias más bajas se encuentra en la parte infrarroja del espectro, mientras que el otro está en frecuencias mucho más altas, cerca de la luz visible. El peine también conserva sus dientes originales, en frecuencias del infrarrojo cercano.
El rango extendido del micropeine permite una gran cantidad de aplicaciones en diferentes frecuencias. El sistema es la primera vez que los investigadores producen un micropeine estable que une una gama tan amplia de frecuencias de luz, dijo Srinivasan.
Además, el equipo descubrió que al variar la frecuencia del segundo láser, los nuevos juegos de dientes podían cambiarse fácilmente a frecuencias más altas o más bajas, independientemente de la forma o composición del resonador de microanillo. Esto hace que el sistema sea extremadamente versátil.
La hazaña puede permitir que un solo micropeine 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.
La cobertura más amplia también podría ayudar a los esfuerzos posteriores para estabilizar el micropeine, de modo que sus marcas permanezcan fijas en lugar de desviarse ligeramente de su conjunto original de colores. La estabilidad mejorada puede estimular el desarrollo de relojes atómicos ópticos portátiles lo suficientemente precisos como para ser empleados fuera del laboratorio, lo que conducirá a sistemas de navegación más exactos y precisos, dijo Moille.
Nuevo diseño para ‘regla óptica’ podría revolucionar relojes, telescopios, telecomunicaciones
Gregory Moille et al, micropeine de Kerr de banda ultraancha a través de la traducción espectral de solitones, Comunicaciones de la naturaleza (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-27469-0
Citación: Los científicos amplían enormemente las frecuencias generadas por una regla óptica en miniatura (23 de febrero de 2022) consultado el 24 de febrero de 2022 en https://phys.org/news/2022-02-scientists-greatly-frequencies-miniature-optical.html
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