Microcombs têm áreas de aplicação muito diferentes - eles podem nos ajudar a descobrir planetas fora do nosso sistema solar, bem como rastrear doenças em nossos corpos. Novos resultados de pesquisa na Chalmers University of Technology, na Suécia, agora fornecem uma compreensão mais profunda de como funciona a largura da linha nos pentes, algo que, entre outras coisas, permitirá medições ainda mais precisas no futuro. E a descoberta foi feita quase por coincidência.
Uma régua feita de luz é a descrição simplificada de um micropente. Em suma, o princípio é baseado em um laser que envia luz que circula dentro de uma pequena cavidade, o chamado microrressonador. Lá, a luz é dividida em uma variedade de cores ou frequências. As frequências estão localizadas com precisão, semelhantes às marcações em uma régua.

Hoje, praticamente todas as medições ópticas podem ser vinculadas a frequências de luz, e isso dá aos micropentes uma infinidade de diferentes áreas de aplicação - desde instrumentos de calibração que medem sinais a distâncias de anos-luz, até identificar e acompanhar nossa saúde através do ar que nós expiramos.

Novos insights sobre as linhas do pente de frequência

"Os pentes de frequência a laser revolucionaram a pesquisa que depende da metrologia de frequência", diz Victor Torres Company, professor do Departamento de Microtecnologia e Nanociência, MC2, da Chalmers University of Technology.

Uma questão-chave ao trabalhar com micropentes é quão estreitas são as linhas de pente de frequência. A visão predominante até alguns anos atrás era que as linhas não podem ser mais estreitas do que a luz de entrada do laser. Quando os pesquisadores começaram a examinar isso mais profundamente, descobriu-se que as linhas localizadas mais distantes do laser são um pouco mais largas do que as linhas localizadas no centro. As fontes de ruído no micro ressonador foram pensadas como a razão para isso.

Quando Fuchuan Lei, pesquisador do MC2, testou essas teorias e executou os experimentos com dispositivos fabricados nas instalações do Laboratório de Nanofabricação MC2, ele descobriu que algumas das linhas eram de fato mais estreitas do que a luz da própria fonte de laser. Ele rastreou todas as fontes de ruído que podem influenciar a largura da linha ou a pureza das linhas, repetiu os experimentos e continuou a receber o mesmo resultado.

Uma nova teoria em vigor

“Não entendemos o porquê, mas com base nesses resultados desenvolvemos um modelo teórico que explica o que aconteceu, fizemos simulações e confirmamos por meio de experimentos que nosso modelo estava correto”, diz Victor Torres Company. "Antes, não estava claro como os diferentes mecanismos de ruído afetariam a largura das linhas do pente no micropente."

"No começo, pensamos que algo deveria estar errado, mas uma vez que colocamos nossa teoria em prática, tudo ficou claro", diz Fuchuan Lei.

O quão estreitas são as marcações em um micropente tem um grande significado em como ele pode ser usado. Um micropente com marcações estreitas permite medições ainda mais precisas, e é por isso que entender por que as linhas são mais estreitas é uma questão fundamental no desenvolvimento de micropentes. A Victor Torres Company compara-a a réguas de diferentes tipos de materiais.

Possível medir com mais precisão

"Imagine que você desenharia marcadores com um pouco de giz versus se você faria isso com um lápis. Você pode definir uma grade, você pode definir o espaçamento, mas com um lápis você pode medir com mais precisão porque então você tem sua régua com muito bem. marcas definidas", diz.

O que originalmente era uma curiosidade interessante descoberta pelos pesquisadores, veio a revelar os mecanismos físicos do que faz com que as linhas no micropente variem em largura de linha.

“Graças à nossa pesquisa e publicação, quem trabalha com o projeto desse tipo de dispositivo vai entender como as diferentes fontes de ruído afetam os diferentes parâmetros e o desempenho do microcomb”, diz Victor Torres Company.

O artigo, "Optical linewidth of soliton microcombs", foi publicado em Nature Communications . + Explorar mais

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