I segnali a microonde a basso rumore sono di importanza critica in numerose applicazioni come le telecomunicazioni ad alta velocità e l'elaborazione dati ultraveloce. Convenzionalmente, tali segnali sono generati con oscillatori a microonde ingombranti e delicati che non sono adatti per applicazioni outdoor. Ma recentemente, i fisici hanno esplorato una possibile alternativa:la generazione di microonde di alta qualità utilizzando pettini di frequenza di microrisonatori ottici.

Basandosi sull'elevata frequenza ottica e sulla purezza spettrale dei campi laser, i microrisonatori ottici possono generare microonde a basso rumore in modo compatto ed efficiente. Ma un microrisonatore di solito può generare solo microonde con una sintonizzabilità della frequenza molto limitata. Il motivo è che la frequenza delle microonde dipende dalle dimensioni del risonatore, che non è di per sé altamente sintonizzabile.

Pubblicazione in Progressi scientifici , ricercatori del laboratorio di Tobias Kippenberg all'EPFL, Trinity College Dublino (TCD), e la Dublin City University (DCU) hanno ora sviluppato una nuova tecnica per generare microonde variabili a basso rumore con un singolo microrisonatore ottico.

L'approccio inietta un pettine di frequenza del microrisonatore in un laser compatto la cui intensità è modulata da un oscillatore a microonde standard. Forzando la frequenza di modulazione a seguire strettamente una frequenza subarmonica della microonde prodotta dal pettine di frequenza del microrisuonatore, il team ha generato con successo nuove microonde le cui frequenze possono essere variate in modo significativo.

Inoltre, le microonde appena generate mostrano livelli di rumore di fase molto più bassi rispetto a quelli di un oscillatore a pettine di frequenza del microrisonatore e degli oscillatori a microonde standard. Questo meccanismo, chiamata divisione di frequenza, viene utilizzato per trasferire la purezza della frequenza di un segnale ottico nel dominio delle microonde.

La tecnica sviluppata consente il trasferimento della purezza spettrale tra diversi segnali a microonde. "Tradizionalmente, eseguire una perfetta divisione di frequenza delle microonde in modo variabile non è stato facile, " spiega il dottor Wenle Weng, che ha condotto lo studio. "Grazie al laser a semiconduttore a modulazione rapida sviluppato dai nostri colleghi di TCD e DCU, ora possiamo raggiungere questo obiettivo utilizzando un fotorilevatore a basso costo e un sistema di controllo moderato." Il laser a semiconduttore genera anche un pettine di frequenza secondario con emissioni spettrali più densificate che possono essere utili in molte applicazioni spettroscopiche.

I componenti chiave nella configurazione dell'esperimento di proof-of-concept, compreso il microrisonatore e il laser a semiconduttore, sono discreti e collegati con lunghe fibre. Il team sta ora lavorando all'integrazione e al confezionamento avanzato del dispositivo. Con la capacità di essere miniaturizzato e prodotto in serie, un oscillatore a microonde variabile e un generatore a pettine di frequenza come quello può rivoluzionare l'attuale mercato in espansione per le sorgenti portatili a microonde e pettine di frequenza a basso rumore.