Régua de luz vai melhorar medições do espaço e do tempo

O microrressonador em forma de anel, pequeno o suficiente para caber em um chip, opera com potência laser muito baixa e é fabricado com materiais semicondutores.

Pentes de frequência

Da mesma forma que as marcas de escala em uma régua são usadas para medir comprimentos com grande precisão, um dispositivo conhecido como pente de frequência a laser, com centenas de frequências definidas, emitidas com espaçamento uniforme, pode ser usado para medir as cores das ondas de luz com precisão ainda maior.

Devidamente miniaturizados, esses "micropentes" prometem agora melhorar muito a precisão de medições não apenas de distância, mas também de tempo e até da própria luz, que deve ter comprimentos de onda específicos para cada aplicação.

Estas novas versões em miniatura desses pentes - assim denominados porque seu conjunto de frequências uniformemente espaçadas se assemelha aos dentes de um pente - estão possibilitando uma nova geração de relógios atômicos, um grande aumento no número de sinais viajando através de fibras ópticas e a capacidade de identificar pequenas mudanças de frequência na luz das estrelas que sugerem a presença de planetas.

A versão mais recente de um micropente, criada por pesquisadores do Instituto Nacional de Padronização e Tecnologia (NIST) e da Universidade da Califórnia em Santa Barbara (UCSB), é pequena o suficiente para caber em um chip.

Régua de luz para distâncias e para o tempo

Gregory Moille e seus colegas demonstraram que o micropente, fabricado com os semicondutores arseneto de alumínio e gálio, tem duas propriedades essenciais que o tornam especialmente promissor: Ele opera com uma potência tão baixa que não precisa de um amplificador e pode ser controlado para produzir um conjunto de frequências extraordinariamente constante - exatamente o que é necessário para usar o pente de microchip como uma ferramenta sensível para medir frequências com precisão extraordinária.

Em baixas temperaturas, a equipe alcançou o chamado regime de sólitons, pulsos individuais de luz que nunca mudam de forma, frequência ou velocidade, circulando continuamente dentro do microrressonador, um pequeno disco de semicondutor.

Com esses sólitons, todos os dentes do pente de frequência estão em fase um com o outro, permitindo seu uso como uma régua para medir as frequências empregadas em relógios ópticos, na síntese de frequência ou medições de distância baseadas em laser.

Embora alguns sistemas criogênicos recentemente desenvolvidos sejam pequenos o suficiente para serem usados fora do laboratório, o objetivo final é operar o dispositivo em temperatura ambiente.

Bibliografia:

Artigo: Dissipative Kerr Solitons in a III-V Microresonator
Autores: Gregory Moille, Lin Chang, Weiqiang Xie, Ashutosh Rao, Xiyuan Lu, Marcelo Davanço, John E. Bowers, Kartik Srinivasan
Revista: Laser & Photonics Reviews
DOI: 10.1002/lpor.202000022

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