El chip microcomb de NIST usa dos láseres para relojes atómicos portátiles
Un compacto peine de frecuencias ópticas desarrollado con la Universidad de Maryland elimina el voluminoso hardware de estabilización para avanzar hacia la navegación sin GPS.
Por Giovanni Sapere
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Investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y del Joint Quantum Institute han demostrado un peine de frecuencias ópticas basado en chip impulsado por dos láseres. Esta innovación de hardware genera frecuencias de referencia estables sin el equipo externo de alto consumo energético que antes confinaba estos instrumentos a los laboratorios. El desarrollo marca un paso crítico hacia la miniaturización de relojes atómicos ópticos para vehículos autónomos, prospección de recursos y entornos donde la temporización por satélite no está disponible.
Dos láseres sustituyen al voluminoso hardware de laboratorio
El recién demostrado peine de frecuencias ópticas funciona como una regla de alta precisión para la luz, generando frecuencias uniformemente espaciadas para medir señales ópticas con extrema exactitud. Según informa Interesting Engineering, los sistemas de peine convencionales dependen de complejo hardware de soporte para mantener estables las salidas ópticas. Al dirigir la luz de dos láseres hacia la misma cavidad óptica, los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología eliminaron la necesidad de esos voluminosos instrumentos externos de control. Este avance técnico representa una notable innovación en fotónica, al abordar una barrera de larga data en la miniaturización de instrumentos ópticos.
Arquitectura de microresonador en un solo chip
En el corazón de la invención hay una estructura microscópica en forma de anillo llamada microresonador. Según Interesting Engineering, la luz que circula por el anillo establece las interacciones ópticas necesarias para producir el peine de frecuencias. El equipo colaborativo de NIST y el Joint Quantum Institute, una asociación de investigación con la Universidad de Maryland, fabricó chips de prueba que albergan hasta 300 microresonadores. Cada pequeño anillo proporciona el entorno óptico necesario para generar señales limpias, lo que permite a cada inventor implicado explorar configuraciones de dispositivos escalables en un solo chip semiconductor.
Temporización de precisión más allá de las señales satelitales
El desarrollo apunta a los relojes atómicos ópticos, que registran el tiempo mediante las rápidas vibraciones de los átomos en frecuencias ópticas. Los sistemas de navegación por satélite como el GPS dependen de una temporización sincronizada para calcular posiciones geográficas, pero esas señales pueden ser perturbadas, interferidas o bloqueadas bajo tierra y bajo el agua, como destaca Interesting Engineering. Relojes ópticos compactos equipados con el nuevo diseño de chip podrían proporcionar referencias de temporización a bordo para drones autónomos, submarinos y vehículos de exploración minera. Al abordar las limitaciones de potencia y tamaño de los peines de frecuencias anteriores, la invención ofrece un camino hacia sistemas de posicionamiento autónomos que funcionan sin conectividad externa.
Desafíos de ingeniería en el camino hacia el despliegue
Aunque los chips experimentales demuestran el concepto de dos láseres, Interesting Engineering subraya que la demostración abarca solo el componente de peine de frecuencias y no un reloj atómico funcional. Para construir sistemas de campo desplegables, un inventor o un equipo de ingeniería aún debe integrar el chip con paquetes de referencia atómica, controladores láser y circuitos electrónicos de control. La investigación futura se centrará en traducir estos hitos de laboratorio en hardware robusto que satisfaga las exigencias de tamaño, potencia y durabilidad de las plataformas de transporte móviles.
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