- Investigadores de NIST presentan un peina de frecuencia óptica en chip, sin necesidad de equipos pesados.
- El nuevo método resuelve un obstáculo clave en el desarrollo de peinas de frecuencia compactas, generando señales estables sin consumo adicional de energía.
- Los relojes atómicos ópticos pueden apoyar los sistemas de navegación de vehículos cuando las señales GPS no están disponibles.
- La investigación aún necesita demostrar la capacidad de navegación independiente de la nueva peina de frecuencia óptica.
Los investigadores del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han presentado un dispositivo basado en un peina de frecuencia óptica en chip, que utiliza dos láseres para generar señales ópticas precisas, sin necesidad de los pesados equipos de estabilización requeridos en algunos diseños anteriores. El desarrollo de esta tecnología contribuye a la miniaturización de los relojes atómicos ópticos, haciéndolos más adecuados para su uso fuera del laboratorio. Este tipo de relojes podría eventualmente apoyar los sistemas de navegación de drones, submarinos y otros vehículos en situaciones donde las señales GPS no están disponibles o son interferidas. El dispositivo se basa en una pequeña estructura anular llamada microcavidad. La luz de los dos láseres circula dentro del anillo, generando una serie de frecuencias ópticas uniformemente espaciadas, que pueden ser utilizadas como referencia de medición de alta precisión.
Los investigadores, en colaboración con colegas del Instituto Conjunto de Investigación Cuántica (JQI) entre NIST y la Universidad de Maryland, han indicado que este método resuelve un obstáculo clave en el desarrollo de peinas de frecuencia compactas: la generación de señales estables de alta calidad sin necesidad de equipos adicionales. El funcionamiento de la peina de frecuencia óptica es similar a una regla óptica, al generar una serie de frecuencias precisamente espaciadas, lo que permite a los científicos medir la luz con una precisión excepcional. Estos dispositivos son componentes importantes de los relojes atómicos ópticos, que utilizan las vibraciones de los átomos en la frecuencia óptica para medir el tiempo. Los sistemas de peina de frecuencia tradicionales pueden requerir múltiples componentes para estabilizar su señal.
Nuevo método resuelve la estabilidad de la señal
Aunque los investigadores ya han desarrollado una versión miniaturizada utilizando microcavidades, mantener la calidad de señal requerida aún puede requerir equipos adicionales.
El método de NIST envía la luz de los dos láseres a la misma microcavidad. Su interacción genera las frecuencias uniformemente espaciadas necesarias para mediciones ópticas, evitando los problemas asociados con el hardware de estabilización adicional en los métodos de láser único anteriores. Los investigadores han fabricado un chip que contiene hasta 300 pequeñas microcavidades anulares, que proporcionan el entorno óptico necesario para generar la señal de peina. Según NIST, esta técnica de doble láser puede generar peinas de frecuencia de alta calidad, sin depender de configuraciones de laboratorio pesadas que limitan algunos diseños anteriores. La demostración se centra en los componentes de la peina de frecuencia, en lugar de un reloj atómico portátil completo.
NIST aún no ha informado sobre la finalización de un sistema de navegación utilizando el nuevo dispositivo.
Aplicaciones potenciales de los relojes atómicos ópticos
Los relojes atómicos ópticos pueden proporcionar una referencia temporal precisa para sistemas de navegación que no pueden depender completamente de señales de satélite. El GPS determina la ubicación utilizando señales de temporización precisas de los satélites, y cuando estas señales son bloqueadas, interferidas o intencionalmente enmascaradas, los vehículos pueden necesitar otros métodos para mantener una navegación confiable. Los relojes ópticos compactos podrían eventualmente contribuir a estos sistemas al proporcionar una referencia temporal estable, reduciendo la dependencia de señales externas. Las aplicaciones potenciales incluyen drones autónomos, submarinos y otros vehículos que operan en entornos donde la navegación por satélite es poco confiable. NIST también señala que la exploración mineral y las investigaciones de petróleo y gas son otros posibles usos para los relojes ópticos portátiles.
Sin embargo, esta investigación no ha demostrado que la nueva peina de frecuencia óptica pueda proporcionar navegación independiente sin GPS, y aún se requieren componentes adicionales de reloj y tecnologías de navegación.
El próximo desafío es convertir el rendimiento óptico demostrado en instrumentos prácticos que cumplan con los requisitos de tamaño, consumo de energía y confiabilidad de las plataformas móviles. Al reducir el hardware de soporte necesario para generar frecuencias ópticas estables, los investigadores han demostrado un componente que ayudará a hacer que los dispositivos de temporización de precisión sean más portátiles.
Potencial de navegación de los microchips ópticos
El avance de esta tecnología marca un paso importante hacia la miniaturización de los relojes atómicos ópticos, capaces de proporcionar referencias temporales precisas en situaciones donde no se puede depender de señales de satélite. A medida que la demanda de sistemas de navegación por parte de los vehículos aumenta, especialmente en áreas como la conducción autónoma y los submarinos, el desarrollo de esta nueva peina de frecuencia óptica contribuirá a mejorar la estabilidad y confiabilidad de la navegación. Aunque su capacidad de navegación independiente aún no ha sido demostrada, su potencial de aplicación es amplio y se espera que desempeñe un papel clave en diversos entornos en el futuro.