Exoplaneter til medicinske tests:Små frekvensapparater åbner nye applikationer

Nøjagtig måling af lysfrekvenser er påkrævet til tidtagning. Det er også en kritisk komponent i mange videnskabelige eksperimenter og teknologier, fra militært forsvar til at opdage luftforurening, test af grundlæggende fysik til påvisning af exoplaneter. "Der er få menneskelige virksomheder, der både er mere fundamentale og vigtigere for teknologi, "siger Curtis Menyuk, professor i datalogi og elektroteknik ved UMBC.

Siden opfindelsen i 2000, en særlig måleenhed kaldet en optisk frekvenskam er dukket op som et kraftfuldt værktøj til at fuldføre disse målinger. En frekvenskam består af mange frekvenser med regelmæssig afstand, der ligner tænderne i en kam. Disse tænder fungerer som linjerne i en lineal, gør det muligt at måle frekvenser med enestående nøjagtighed og hastighed. Frekvenskamme har vist sig så vigtige, at halvdelen af ​​Nobelprisen i fysik i 2005 blev tildelt John Hall og Theodor Hänsch for at udvikle dem og demonstrere deres nytteværdi.

Imidlertid, "Et problem med de fleste kamsystemer er, at de kræver dyre, laserbaseret udstyr, "siger Menyuk. I 2009, en forskergruppe i Schweiz viste, at det er muligt at bruge bittesmå millimeterstore resonatorer, kaldet mikroresonatorer, at generere frekvenskamme. Det førte til en verdensomspændende indsats for at udvikle disse kamme til applikationer. I USA, denne indsats er blevet støttet af NSF, NASA, og DARPA.

Imidlertid, denne indsats har stået over for betydelige udfordringer, også. En udfordring er, at kraften for hver "tand" i kammen er for svag uden væsentlig forstærkning, som kræver en stor, eksternt system. En anden udfordring er at generere kammen i første omgang, "hvilket igen kræver et udførligt opstartssystem, "Menyuk forklarer." Som et resultat, systemet er ikke kompakt, som besejrer formålet med at bruge mikroresonatorer. "

Et nyt papir i Optica , medforfatter af Menyuk, hans kandidatstuderende Zhen Qi, og deres kolleger ved Technological University of Pereira og Purdue University, beskrive en tilgang, der potentielt kan løse begge disse problemer ved hjælp af nye lysbølgeformer.

Alle frekvenskamsystemer til dato har brugt specielle lysbølger kaldet solitons, som Menyuk har studeret i mere end tredive år. Han, Qi, og deres medforfattere foreslog, at usædvanlige lysformer kendt som cnoidale bølger eller Turing-ruller er bedre tilpasset end solitons til den lille størrelse af mikroresonatorerne. De demonstrerede teoretisk, at kamme ved hjælp af disse bølgeformer kan opnås ved blot at tænde for strømkilden til mikroresonatoren, i modsætning til soliton kamme, og giver langt mere kraftfulde kamtænder - hvilket ville løse begge de store udfordringer med at nedbryde mikroresonatorudviklingen.

"Den vellykkede udvikling af kompakte, on-chip frekvenskamme vil i høj grad udvide anvendelsesområdet for frekvenskamme, "Menyuk siger." Især de ville øge hastigheden, hvormed data kunne synkroniseres på tværs af afstande, muliggøre applikationer, som vi lige nu kun kan forestille os. "