Ensanchando las fronteras de la optomecánica cuántica

La optomecánica, o interacción entre la luz y el movimiento mecánico, es uno de los campos más fascinantes y de desarrollo más rápido de la física actual. La investigación ya ha llegado a un grado en el que es posible observar el movimiento de sistemas mesoscópicos en el nivel cuántico.

Gracias a la financiación de la Unión Europea para el proyecto «Optomechanics at the quantum level» (OQL), un equipo de científicos sacó provecho a los microrresonadores, hoy en día erigidos en una plataforma importante para estudiar los efectos optomecánicos en el nivel cuántico. Utilizando un rango de tamaños de cientos de micras a algunos milímetros de diámetro, se pueden usar microrresonadores para obtener peines de frecuencias.

Un peine de frecuencias es una fuente de luz cuyo espectro consiste en un tren de pulsos ópticos de femtosegundos. La frecuencia de desplazamiento de la envolvente portadora (CEO) y el espaciado de los dientes (a saber, la velocidad de repetición) son los parámetros clave que determinan todas las frecuencias que aparecen en un peine de frecuencias.

OQL realizó una aportación pionera para obtener un peine de frecuencias óptico con microrresonador autorreferenciado que era un objetivo pendiente desde hacía mucho tiempo en la comunidad investigadora. Los amplios esfuerzos de los científicos para obtener pulsos de solitones de alta energía dieron como resultado un espectro lo suficientemente amplio como para abarcar dos tercios de una octava centrado en 1 550 nm.

Esta innovación permitió continuar con las mediciones de la frecuencia de la CEO utilizando un esquema de autoreferenciación 2f-3f interferométrico. Heterodinando ópticamente la luz generada por dos láseres de transferencia de energía de frecuencias distintas, los científicos verificaron la coherencia del espectro generado. A continuación, bloquearon la fase del primer láser con el peine de frecuencias y generado y la frecuencia del segundo láser con el primero, lo cual permitió medir directamente la CEO del microrresonador directamente por primera vez.

El logro del proyecto tiene implicaciones importantes para muchas aplicaciones que requieren medir con precisión las frecuencias ópticas absolutas, como en el caso de relojes atómicos ópticos. Además de la espectroscopia y las telecomunicaciones, otra aplicación interesante es la posibilidad de generar señales de microondas de ruido de muy baja fase que podrían superar ampliamente las fuentes fotónicas de microondas comerciales.