La misurazione accurata delle frequenze della luce è necessaria per il cronometraggio. È anche una componente fondamentale in molti esperimenti e tecnologie scientifiche, dalla difesa militare alla rilevazione dell'inquinamento atmosferico, prove di fisica fondamentale per l'individuazione di esopianeti. "Ci sono poche imprese umane che sono sia più fondamentali che più importanti per la tecnologia, "dice Curtis Menyuk, professore di Informatica e Ingegneria Elettrica all'UMBC.
Dalla sua invenzione nel 2000, uno speciale dispositivo di misurazione chiamato pettine di frequenza ottica è emerso come un potente strumento per completare queste misurazioni. Un pettine di frequenza è costituito da molte frequenze regolarmente spaziate che sono come i denti di un pettine. Questi denti funzionano come le linee di un righello, rendendo possibile misurare le frequenze con una precisione e una velocità senza precedenti. I pettini di frequenza si sono dimostrati così importanti che metà del Premio Nobel per la fisica nel 2005 è stato assegnato a John Hall e Theodor Hänsch per averli sviluppati e aver dimostrato la loro utilità.
Però, "Una difficoltà con la maggior parte dei sistemi a pettine è che richiedono costosi, apparecchiature laser, " dice Menyuk. Nel 2009, un gruppo di ricerca in Svizzera ha dimostrato che è possibile utilizzare piccoli risonatori di dimensioni millimetriche, chiamati microrisonatori, per generare pettini di frequenza. Ciò ha portato a uno sforzo mondiale per sviluppare questi pettini per le applicazioni. Negli Stati Uniti, questo sforzo è stato sostenuto da NSF, NASA, e DARPA.
Però, questo sforzo ha affrontato sfide significative, pure. Una sfida è che il potere di ogni "dente" del pettine è troppo debole senza un'amplificazione significativa, che richiede un grande, sistema esterno. Un'altra sfida è generare il pettine in primo luogo, "che richiede ancora un elaborato sistema di avvio, " Menyuk spiega. "Di conseguenza, il sistema non è compatto, che vanifica lo scopo dell'uso dei microrisonatori."
Un nuovo giornale in ottica , co-autore di Menyuk, il suo studente laureato Zhen Qi, e i loro colleghi della Technological University of Pereira e della Purdue University, descrivere un approccio che può potenzialmente risolvere entrambi questi problemi utilizzando nuove forme d'onda luminose.
Tutti i sistemi a pettine di frequenza fino ad oggi hanno utilizzato speciali onde luminose chiamate solitoni, che Menyuk studia da più di trent'anni. Lui, Qi, ei loro coautori hanno suggerito che forme di luce insolite note come onde cnoidali o rulli di Turing si adattano meglio dei solitoni alle piccole dimensioni dei microrisonatori. Hanno dimostrato teoricamente che i pettini che utilizzano queste forme d'onda possono essere ottenuti semplicemente accendendo la fonte di alimentazione per il microrisonatore, a differenza dei pettini di solitoni, e produrre denti a pettine molto più potenti, il che risolverebbe entrambe le principali sfide che ostacolano lo sviluppo dei microrisonatori.
"Lo sviluppo di successo di compact, i pettini di frequenza su chip amplieranno notevolmente la gamma di applicazioni per i pettini di frequenza, " dice Menyuk. "In particolare, aumenterebbero notevolmente la rapidità con cui i dati potrebbero essere sincronizzati su distanze, abilitando applicazioni che in questo momento possiamo solo immaginare."
