(PhysOrg.com) -- I ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) hanno dimostrato un prototipo di dispositivo capace di misurazioni assolute della potenza ottica erogata attraverso una fibra ottica.

Il dispositivo è il primo radiometro criogenico accoppiato a fibra al mondo che collega le misurazioni della potenza della fibra ottica direttamente alle unità elettriche fondamentali e agli standard nazionali. Utilizza una foresta microscopica di nanotubi di carbonio, il materiale più scuro al mondo, per misurare valori che sono circa un millesimo dei livelli tipicamente raggiunti con un radiometro criogenico privo di capacità di input diretto in fibra. Con miglioramenti nel controllo della temperatura e nella velocità, il dispositivo potrebbe soddisfare le esigenze di calibrazioni ultraprecise a potenza ultrabassa nelle telecomunicazioni, dispositivi medici e altri settori.

La potenza e l'energia ottica sono riconducibili a unità elettriche fondamentali. I radiometri assorbono l'energia ottica e la convertono in calore. Quindi viene misurata la potenza elettrica necessaria per indurre lo stesso aumento di temperatura. Poiché il riscaldamento ottico ed elettrico non sono esattamente equivalenti, le incertezze di misura possono essere relativamente grandi da un punto di vista metrologico.

La dimostrazione è anche un passo verso la conversione della radiometria da una pratica classica basata su unità elettriche a una pratica quantistica basata su singole particelle di luce (fotoni).

"Abbiamo molti clienti che richiedono misure di potenza ottica in fibra, principalmente per comunicazioni ottiche, ", afferma il responsabile del progetto John Lehman. "Inoltre, le nostre misurazioni a singolo fotone vengono eseguite in fibra".

Il nuovo radiometro è lungo circa 70 millimetri (mm) e incorpora una fibra ottica spessa 1,45 mm ricoperta da una cavità che intrappola la luce a un'estremità con l'assorbitore di nanotubi e un riscaldatore. I nanotubi ultra scuri sono cresciuti su un minuscolo pezzo di silicio microlavorato a forma di X. L'assorbimento della luce era così elevato che era difficile determinare le incertezze di misurazione; Lehman si è recato in una struttura speciale presso il National Physical Laboratory (l'equivalente britannico del NIST) per effettuare alcune misurazioni.

Esperimenti e calcoli indicano che il nuovo radiometro può misurare un livello di potenza di 10 nanowatt con un'incertezza dello 0,1 percento. A confronto, le misurazioni tipiche della potenza ottica erogata attraverso la fibra hanno un'incertezza del 3% o più a livelli di potenza simili. Ma ancora più importante, questi dispositivi commerciali si basano su una serie di calibrazioni per stabilire la tracciabilità agli standard nazionali.

Il NIST mira a sviluppare uno standard quantistico assoluto per la potenza ottica e l'energia basata su singoli fotoni. Lo sforzo include lo sviluppo di sorgenti e rivelatori che coprono un'ampia gamma di misurazioni di potenza ottica, dai conteggi dei singoli fotoni ai trilioni di fotoni. I singoli fotoni sono già utilizzati nei sistemi di comunicazione quantistica, che offrono nuove funzionalità come il rilevamento di segnali ottici estremamente deboli e la fornitura di garanzie quantistiche sulla sicurezza.