(PhysOrg.com) - Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) demonstraram um dispositivo protótipo capaz de medições absolutas de potência óptica fornecida através de uma fibra óptica.

O dispositivo é o primeiro radiômetro criogênico acoplado a fibra do mundo que conecta medições de energia de fibra óptica diretamente a unidades elétricas fundamentais e padrões nacionais. Ele usa uma floresta microscópica de nanotubos de carbono - o material mais escuro do mundo - para medir valores que são cerca de um milésimo dos níveis normalmente alcançados com um radiômetro criogênico sem capacidade de entrada direta de fibra. Com melhorias no controle de temperatura e velocidade, o dispositivo pode atender às necessidades de calibrações ultraprecisas em potência ultrabaixa em telecomunicações, dispositivos médicos e outras indústrias.

Potência ótica e energia são rastreáveis ​​até unidades elétricas fundamentais. Os radiômetros absorvem a energia óptica e a convertem em calor. Em seguida, a energia elétrica necessária para induzir o mesmo aumento de temperatura é medida. Como o aquecimento óptico e elétrico não são exatamente equivalentes, as incertezas de medição podem ser relativamente grandes do ponto de vista da metrologia.

A demonstração também é um passo para converter a radiometria de uma prática clássica baseada em unidades elétricas em uma prática quântica baseada em partículas únicas de luz (fótons).

“Temos muitos clientes que solicitam medições de potência óptica em fibra, principalmente para comunicações ópticas, "disse o líder do projeto, John Lehman." Além disso, nossas medições de fóton único são feitas em fibra. "

O novo radiômetro tem cerca de 70 milímetros (mm) de comprimento e incorpora uma fibra óptica de 1,45 mm de espessura coberta por uma cavidade de captura de luz em uma extremidade com o absorvedor de nanotubos e um aquecedor. Os nanotubos ultra-escuros são cultivados em um minúsculo pedaço de silício microusinado em forma de X. A absorção de luz era tão alta que era difícil determinar as incertezas da medição; Lehman viajou para uma instalação especial no National Physical Laboratory (o equivalente britânico do NIST) para fazer algumas medições.

Experimentos e cálculos indicam que o novo radiômetro pode medir um nível de potência de 10 nanowatts com uma incerteza de 0,1 por cento. Por comparação, medições típicas de potência óptica fornecida por meio de fibra têm uma incerteza de 3 por cento ou mais em níveis de potência semelhantes. Mais importante, esses dispositivos comerciais contam com uma série de calibrações para estabelecer a rastreabilidade aos padrões nacionais.

O NIST visa desenvolver um padrão quântico absoluto para potência óptica e energia com base em fótons únicos. O esforço inclui o desenvolvimento de fontes e detectores abrangendo uma ampla gama de medições de potência óptica, de contagens de um único fóton a trilhões de fótons. Fótons individuais já são usados ​​em sistemas de comunicação quântica, que oferecem recursos inovadores, como a detecção de sinais ópticos extremamente fracos e o fornecimento de garantias quânticas de segurança.