Los peines de frecuencia óptica son herramientas de alta precisión ampliamente utilizadas para medir y detectar diferentes frecuencias, también conocidas como colores, de luz. A diferencia de los láseres convencionales, que emiten una sola frecuencia, estos láseres emiten múltiples frecuencias simultáneamente. Las frecuencias igualmente espaciadasse parecen a los dientes de un peine. Los peines de frecuencia óptica se utilizan para todo, desde medir las huellas dactilares de moléculas específicas hasta detectar exoplanetas distantes.
Ahora, los investigadores de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard John A. Paulson SEAS están explorando la posibilidad de utilizar un peine de frecuencias infrarrojas para generar frecuencias de terahercios escurridizas. Estas frecuencias, que se encuentran en el espectro electromagnético entre las ondas de radioy luz infrarroja: hace mucho tiempo que prometieron transformar las comunicaciones y la detección, pero son muy difíciles de obtener. Al aprovechar un estado láser recientemente descubierto, los investigadores de SEAS han descubierto un peine de frecuencia infrarroja en un láser de cascada cuántica que ofrece una nueva forma de generar frecuencias de terahercios.
Apodado un peine de frecuencia armónica, este nuevo sistema produce un espectro de dientes con un espaciado decenas de veces mayor que los peines de frecuencia tradicionales. El espaciado grande pero preciso permite que estos modos de luz se unan para producir tonos de terahercios extremadamente puros.
La investigación se describe en Fotónica de la naturaleza .
"El descubrimiento del estado armónico de los láseres de cascada cuántica es sorprendente desde el punto de vista de la física láser", dijo Federico Capasso, profesor de física aplicada Robert L. Wallace y investigador senior de ingeniería eléctrica de Vinton Hayes y autor principal del"Hasta hace poco, se pensaba que los láseres multimodo normalmente durarían en todas las frecuencias posibles de la cavidad. En el estado armónico, se omiten muchas frecuencias de cavidad. Aún más notable es que este descubrimiento abre oportunidades imprevistas en regiones no utilizadas deel espectro electromagnético, los terahercios "
En los peines de frecuencia tradicionales, los dientes están separados por una pequeña frecuencia dictada por la longitud característica de la cavidad láser, lo que significa que los dientes se sientan muy juntos. Sin embargo, el peine de frecuencia armónica puede usar un múltiplo mayor de esa frecuencia.
"Con este nuevo régimen de peine podemos evitar las estrictas limitaciones establecidas por la longitud de la cavidad y alcanzar un grado de flexibilidad sin precedentes en el ámbito de los peines de frecuencia láser de cascada cuántica", dijo Marco Piccardo, becario postdoctoral en el laboratorio y compañía de Capasso-primer autor del artículo.
La clave de la investigación fue demostrar que estos dientes espaciados en gran medida eran equidistantes. Utilizando otro peine de referencia, el equipo pudo estudiar el espectro de peine de frecuencia armónica a muy alta resolución.
"Mostramos que las líneas son equidistantes con una incertidumbre de solo 300 hertzios, que cuantifica la precisión relativa de esta medición a cinco partes por billón", dijo Dmitry Kazakov, pasante investigador visitante en el grupo Capasso y coautor.del documento: "Es como si uno pudiera medir la distancia de la Tierra a la Luna y estar fuera en menos del grosor de un cabello humano".
La mayoría de los generadores de terahercios actuales utilizan sistemas ópticos grandes y complejos que funcionan a temperaturas cercanas a cero para producir frecuencias de terahercios. El peine de frecuencias armónicas funciona a temperatura ambiente, utiliza láseres cuánticos comerciales en cascada y se inicia automáticamente, lo que significa que el láser puede automáticamentecambie a este régimen cuando se inyecte corriente eléctrica en el dispositivo.
"Esto abre aplicaciones completamente nuevas para peines de frecuencia, especialmente en comunicaciones inalámbricas", dijo Capasso. "Prevemos que en un futuro próximo este régimen de peines permitirá una nueva clase de módem a escala de chip que opere a frecuencias de terahercios, acomodando eldemanda cada vez mayor de los consumidores de comunicación digital de alta velocidad de datos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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