Láseres de alto rendimiento de próxima generación

La Red de Espacio Profundo (DSN) de la NASA, una especie de sistema GPS para el espacio, se basa en relojes atómicos para una precisión extrema. Cualquier sistema de navegación moderno debe cronometrar con precisión las señales de radio para triangular una ubicación. Pero la necesidad de precisión es aún mayor en el espacio, donde las grandes distancias pueden agravar incluso los errores más pequeños.

Los avances realizados por Lute Maleki, ex investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, CA, y sus colegas del JPL para el espacio ahora han llevado a algunos de los láseres y osciladores más refinados del mundo para aplicaciones como comunicaciones, telémetros para autos sin conductor, y campos emergentes como la computación cuántica.

En la década de 1980, mientras trabajaba para mejorar la tecnología del reloj atómico para el DSN, Maleki estableció lo que se conoció como el grupo de Ciencias y Tecnologías Cuánticas del JPL para desarrollar nuevas capacidades utilizando la física cuántica que gobierna las partículas más elementales, como los fotones o los átomos que vibran. en un reloj El equipo desarrolló un tipo de reloj atómico mejor y más económico y también, por primera vez, envió señales de reloj atómico a través de cables de fibra óptica a antenas a casi 20 millas de distancia.

A principios de la década de 1990, Maleki y otro miembro de su laboratorio terminaron inventando un nuevo tipo de oscilador. “Tenía un problema de estabilidad que no podía resolver, y le dije que lo convirtiera en un oscilador para resolverlo, e inventamos el oscilador optoelectrónico”, dijo Maleki.

Los osciladores son cruciales no solo para el cronometraje sino también para las comunicaciones, donde permiten que dos o más dispositivos acuerden una frecuencia precisa para enviar y recibir información. Mientras que todos los osciladores anteriores habían usado una corriente eléctrica para generar su vibración, este usaba luz láser. Desde entonces, el oscilador optoelectrónico se ha vuelto crítico para varias aplicaciones, como radar, ingeniería espacial y comunicaciones inalámbricas.

Sin embargo, para asegurar una frecuencia constante, el oscilador necesita un resonador. En ese momento, generalmente era una fibra óptica que podía transportar una señal de salida a una buena distancia, idealmente una milla más o menos, y hacerla circular de regreso, lo que permitía que el sistema realizara un seguimiento de su propia frecuencia de salida y cancelara el ruido, explicó Maleki. . Era un sistema voluminoso.

Esto condujo a su segundo invento fundacional:el uso de un resonador óptico en modo de galería susurrante. En ese momento, la NASA tenía poco uso para él, pero Maleki confiaba en que había un mercado.

Fundó OEwaves (OE significa optoelectrónica) en 1999 con cerca de 30 patentes del trabajo de la NASA de su equipo, con licencia a través del Instituto de Tecnología de California, que administra el JPL.

La empresa tardó un tiempo en encontrar su equilibrio en un panorama tecnológico cambiante, pero sus productos, que incluyen los láseres de semiconductores de menor ruido disponibles, han descubierto la apertura de nuevos mercados en los últimos años. Uno está en las “estructuras inteligentes”, un concepto que existe desde hace décadas pero que está comenzando a ponerse en práctica, especialmente en Asia. Los sensores de fibra óptica integrados en edificios, puentes, vías férreas y otras estructuras pueden detectar tensión o deformación, pero esto requiere láseres de bajo ruido para revelar pequeñas variaciones en la longitud de onda.

Maleki dijo que también espera una mayor demanda en los mercados de telefonía celular y comunicaciones, a medida que avanzan hacia frecuencias más altas, que transportan información de manera más eficiente pero requieren una fidelidad extremadamente alta.

Y en 2014, OEwaves escindió una empresa llamada Strobe Inc. para desarrollar la tecnología Li-DAR para automóviles autónomos. Un sistema LiDAR utiliza señales láser reflejadas para construir un mapa tridimensional de su entorno, que muchas empresas de vehículos autónomos consideran una tecnología habilitadora. La subsidiaria de GM, Cruise Automation, compró Strobe en 2017.

Maleki dijo que la misma tecnología que comenzó en JPL permitió a Strobe desarrollar sistemas LiDAR pequeños y eficientes que podían cambiar rápidamente la frecuencia, una técnica llamada "chirrido", usando solo el resonador. El chirrido ayuda a medir tanto la distancia como la velocidad de los objetos circundantes. Y todo el sistema podría colocarse en un circuito fotónico integrado, lo que reduciría aún más los costos.

Varias universidades y empresas también están comprando componentes láser para investigar futuros dispositivos cuánticos para comunicaciones, computación y otras aplicaciones.

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