(Phys.org)—Il National Institute of Standards and Technology (NIST) ha dimostrato un nuovo strumento su scala chip realizzato con nanotubi di carbonio che può semplificare le misurazioni assolute della potenza del laser, in particolare i segnali luminosi trasmessi dalle fibre ottiche nelle reti di telecomunicazioni.

Il dispositivo prototipo, una versione in miniatura di uno strumento chiamato radiometro criogenico, è un chip di silicio sormontato da tappetini circolari di nanotubi di carbonio in piedi su un'estremità. Il mini-radiometro si basa sul precedente lavoro del NIST utilizzando nanotubi, la sostanza più oscura conosciuta al mondo, per fare un ultraefficiente, rivelatore di potenza ottica ad alta precisione, e migliora la capacità del NIST di misurare la potenza laser fornita attraverso la fibra per i clienti di calibrazione.

"Questo è il nostro gioco per la leadership nelle misurazioni di potenza laser, ", afferma il capo del progetto John Lehman. "Questa è probabilmente la cosa più bella che abbiamo fatto con i nanotubi di carbonio. Non sono solo neri, ma hanno anche le proprietà di temperatura necessarie per rendere i componenti come i riscaldatori elettrici veramente multifunzionali."

Il NIST e altri istituti di metrologia nazionali in tutto il mondo misurano la potenza del laser tracciandola alle unità elettriche fondamentali. I radiometri assorbono energia dalla luce e la convertono in calore. Quindi viene misurata la potenza elettrica necessaria per provocare lo stesso aumento di temperatura. I ricercatori del NIST hanno scoperto che il mini-radiometro misura con precisione sia la potenza del laser (portata da una fibra ottica) che la potenza elettrica equivalente entro i limiti dell'imperfetta configurazione sperimentale. Le prove sono state eseguite ad una temperatura di 3,9 K, utilizzando la luce alla lunghezza d'onda delle telecomunicazioni di 1550 nanometri.

Le minuscole foreste circolari di alti, i nanotubi sottili chiamati VANTA ("array di nanotubi allineati verticalmente") hanno diverse proprietà desiderabili. Più importante, assorbono uniformemente la luce in un'ampia gamma di lunghezze d'onda e la loro resistenza elettrica dipende dalla temperatura. I versatili nanotubi svolgono tre diverse funzioni nel radiometro. Un tappetino VANTA funge sia da assorbitore di luce che da riscaldatore elettrico, e un secondo tappetino VANTA funge da termistore (un componente la cui resistenza elettrica varia con la temperatura). I tappetini VANTA sono cresciuti sul chip di silicio microlavorato, un design dello strumento facile da modificare e duplicare. In questa applicazione, i singoli nanotubi hanno un diametro di circa 10 nanometri e una lunghezza di 150 micrometri.

Al contrario, i normali radiometri criogenici utilizzano più tipi di materiali e sono più difficili da realizzare. Sono tipicamente assemblati a mano utilizzando una cavità verniciata con carbonio come assorbitore di luce, un filo elettrico come riscaldatore, e un semiconduttore come termistore. Per di più, questi strumenti devono essere modellati e caratterizzati ampiamente per regolare la loro sensibilità, mentre la capacità equivalente nel mini-radiometro del NIST è facilmente modellata nel silicio.

Il NIST prevede di richiedere un brevetto per il radiometro a scala di chip. Si prevede che semplici modifiche, come una migliore stabilità della temperatura, miglioreranno notevolmente le prestazioni del dispositivo. La ricerca futura potrebbe anche riguardare l'estensione della gamma di potenza del laser nel lontano infrarosso, e l'integrazione del radiometro in un potenziale dispositivo multiuso "NIST on a chip".