Hace solo unas décadas, encontrar un canal en particular en la radio o la televisión significaba marcar un botón con la mano y luego hacer pequeños ajustes para afinar la señal correcta. Ese ya no es el caso, gracias a algo llamado radiofrecuenciasintetizador, que genera frecuencias de señal precisas.
Si bien el control de radiofrecuencia se ha dominado desde hace mucho tiempo, el control de frecuencia óptica todavía existe en la antigua era del "botón del sintonizador". Esto se debe a que las frecuencias ópticas son mucho más altas 200 millones de megahercios que las frecuencias de radio 100 megahercios.La frecuencia absoluta, o color, de la luz emitida por un láser con precisión es difícil porque las frecuencias del láser tienden a derivar como lo hacían las estaciones de radio.
Los sintetizadores de frecuencia óptica proporcionan un rendimiento sin precedentes, pero hasta ahora han sido grandes, caros y requieren mucha energía. Para abordar estas limitaciones, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA lanzó en 2014 el programa Sintetizador Óptico Digital Directo en Chip DODOS.
Ahora, un equipo de científicos de la Universidad de California en Santa Bárbara, incluido John Bowers, profesor de ingeniería eléctrica e informática, su colega Luke Theogarajana y cuatro estudiantes de posgrado investigadores de la UCSB, ha producido avances significativos en la fotónica integrada y la óptica no lineal basada en chipsHabilitar componentes en miniatura de bajo consumo para un sintetizador óptico. Sus hallazgos aparecen en la revista Naturaleza .
"Tomamos algo que ocupaba un banco óptico completo, pesaba 50 libras y usamos un kilovatio de potencia y lo hicimos órdenes de magnitud más eficiente al integrar los elementos clave en los circuitos integrados fotónicos de silicio", dijo Bowers, Fred Kavli Chair de UCSB enNanotecnología y director del Instituto de Eficiencia Energética del campus.
Los sintetizadores de frecuencia óptica han demostrado ser extremadamente valiosos en una variedad de esfuerzos científicos, desde buscar en los cielos planetas lejanos hasta detectar químicos a través de espectroscopía láser sensible y permitir la detección y el alcance de la luz de alta precisión LIDAR mediante el uso de la luz como reglapara medir la distancia
"El desarrollo de la síntesis de frecuencia óptica ha mejorado significativamente nuestra capacidad de medir con precisión y precisión el tiempo y el espacio", dijo Gordon Keeler, el gerente del programa DARPA líder de DODOS. "Sin embargo, nuestra capacidad para aprovechar la tecnología ha sido limitada. A través de DODOS, estamos creando tecnologías que permitirán un despliegue más amplio y desbloquearán numerosas aplicaciones. El objetivo es reducir las capacidades de laboratorio hasta el tamaño de un cubo de azúcar para usar en aplicaciones como LIDAR, comunicaciones coherentes, detección química y metrología de precisión ".
Combinando un par de peines de frecuencia, varios láseres en miniatura y otros componentes optoelectrónicos compactos, los investigadores pudieron replicar las capacidades de un sintetizador de frecuencia óptica de mesa en tres microchips, cada uno de menos de 5 mm x 10 mm de tamaño.
Theogarajan y sus estudiantes diseñaron y desarrollaron circuitos integrados eléctricos para controlar el sintetizador, que puede sintonizar más de 50 nanómetros y ofrecer una estabilidad de frecuencia de 7 x 10-13 después de un segundo de promedio, igualando la del reloj de referencia de entrada. AEl reloj estable es importante.
"Cuanto más preciso sea el reloj, mejor podrá resolver la distancia o la velocidad o navegar", explicó Bowers. "El GPS tiene una cierta resolución. Su teléfono lo ubicará a unos pocos metros. Pero si tuviera un mejor, un reloj más estable, podría triangular con mayor precisión y obtener una mejor resolución. Se llama PNT, por 'navegación y sincronización de precisión' ".
Los científicos crearon los dos peines de frecuencia en miniatura haciendo circular la luz láser generada con láseres de "bomba" de un solo color alrededor de pistas de carreras ópticas fabricadas en chips de silicio. Hacerlo correctamente puede producir muchos colores adicionales, produciendo un espectro que se parece a un peine para el cabello dondecada "diente" es un color o frecuencia individual. Esta es una desviación significativa de la versión de mesa de un sintetizador de frecuencia óptica, que utiliza fibra óptica, espejos especializados y grandes componentes mecánicos construidos a mano para lograr un efecto similar.
El programa DODOS está entrando en su fase final, durante la cual los investigadores trabajarán para integrar los componentes individuales con la electrónica y fabricarán un dispositivo compacto empaquetado adecuado para su uso en futuros sistemas ópticos militares y comerciales. El sintetizador podría tener aplicaciones en navegación, espectroscopía yastronomía.
El objetivo, señaló Bowers, es hacer que este láser en miniatura muy preciso no cueste casi nada.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por James Badham. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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