Allargare i confini dell’optomeccanica quantica

L’optomeccanica – l’interazione tra la luce e il modo meccanico – è uno dei settori più interessanti e in crescita della fisica di oggi. La ricerca è già entrata nel reame dove è possibile osservare il moto meccanico dei sistemi mesoscopici a livello quantico.

Con il finanziamento dell’UE, gli scienziati del progetto OQL (“Optomechanics at the quantum level”) hanno sfruttato microrisonatori che sono diventati attualmente un’importante piattaforma per studiare gli effetti optomeccanici a livello quantico. Usando una gamma di dimensioni da cento micrometri a un paio di millimetri di diametro, i microrisonatori si possono usare per produrre pettini di frequenza.

Un pettine di frequenza è una fonte di luce il cui spettro consiste in una successione di impulsi ottici al femtosecondo. La frequenza CEO (carrier-envelope offset) e la spaziatura fra i denti – ovvero, il ritmo di ripetizione – sono i parametri chiave che determinano tutte le frequenze che si verificano in un pettine di frequenze.

OQL ha dato un contributo rivoluzionario alla produzione di un pettine di frequenze di microrisonatore auto-referenziato che è stato a lungo uno degli obiettivi della comunità della ricerca. L’impegno degli scienziati per produrre impulsi solitone ad alta energia è risultato in uno spettro abbastanza ampio che copre due terzi di un’ottava e che è stato centrato a 1 550 nm.

Questo progresso ha permesso loro di continuare a misurare la frequenza CEO usando uno schema interferometrico 2f-3f autoreferenziale. Rigenerando otticamente la luce generata con due laser a trasferimento di energia a frequenze diverse, gli scienziati hanno verificato la coerenza dello spettro generato. Hanno poi bloccato la fase del primo laser al pettine di frequenze generato e la fase del secondo laser al primo. Questo ha permesso di misurare direttamente per la prima volta in assoluto il micro risonatore CEO.

I risultati ottenuti dal progetto hanno implicazioni importanti per molte applicazioni che richiedono misurazioni precise di frequenze ottiche assolute, come per esempio negli orologi atomici ottici. Oltre alla spettroscopia e alle telecomunicazioni, un’altra interessante applicazione è la possibilità di creare segnali di microonde di rumore a fase ultra bassa che potrebbero superare ampiamente le fonti fotoniche a microonde commerciali.