Presentaci

1
Peines de frecuencia
J. Mauricio López R.
CENTRO NACIONAL DE METROLOGÍA, CENAM
2
Más rápido
El periodo de oscilación del campo eléctrico de
la luz visible es tan rápido como cientos de THz,
lo que hace a la luz atractiva para usar las
oscilaciones de su campo eléctrico como el
tic-tac para construir nuevos relojes
The Nobel Prize in Physics 2005
Theodor W. Hänsch
John L. Hall
Theodor W. Hänsch
John L. Hall
3
En los últimos mil años
El perfeccionamiento de los relojes ha sido
dramático en los últimos mil años. El eje
vertical de la figura está en una escala
logarítmica y aún así el gráfico crece
exponencialmente. La escala de tiempo en el eje
horizontal es lineal.
4
Otras técnicas empiezan a rivalizar con los
relojes de Cesio
A inicios del siglo XXI la exactitud de medición
con técnicas de espectroscopia óptica rivalizan
con la exactitud de los relojes atómicos. Lo
anterior hace atractiva una nueva definición para
la unidad de tiempo en términos de una radiación
óptica
5
Se vislumbran nuevos horizontes (2000)
Los relojes atómicos de mayor exactitud en el
futuro serán relojes atómicos ópticos
6
La idea fundamental en el escalamiento hacia
ultra-altas frecuencias
La calibración de frecuencias ópticas se hace por
medio de escalamientos hacia ultra altas
frecuencias partiendo de la definición de la
unidad de tiempo del Sistema Internacional de
Unidades. Dicho escalamiento da como resultado
las llamadas cadenas de frecuencia
7
Un ejemplo cadena de frecuencias del NRC
El establecimiento de cadenas de frecuencia es un
trabajo sumamente complejo y costoso. El
desarrollo de una cadena de frecuencia para la
calibración de un color en el visible típicamente
toma el esfuerzo de 5 personas durante 5 años y
el equipo ocupa típicamente 5 laboratorios 20 m2
cada uno
8
Definición del metro en términos de la velocidad
de la luz y relojes atómicos (1983)
La calibración de algunas líneas de emisión (como
la de 633 nm de la molécila del Yodo) con cadenas
de frecuencia dieron lugar a una nueva definición
del metro en 1983 en términos de relojes atómicos
y la velocidad de la luz

• The 17th Conférence Générale des Poids et Mesures
  (CGPM),
• Decides
• The metre is the length of the path travelled by
  light in vacuum during a time interval of 1/299
  792 458 of a second.
• The definition of the metre in force since 1960,
  based upon the transition between the levels 2p10
  and 5d5 of the atom of krypton 86, is abrogated.

9
Aparece el arcoiris (2000)
La complejidad de las cadenas de frecuencia para
la calibración de frecuencias ópticas se vio
superada con la aparición de los peines de
frecuencia desarrollados por John Hall y Theodor
Hansch
John L. Hall
Theodor W. Hänsch
John L. Hall
The Nobel Prize in Physics 2005
10
La encantadora sencillez de los peines de
frecuencia
Tres son los elementos principales de un peine de
frecuencias un láser de bombeo, un generador de
pulsos ultracortos y una fibra de micro
estructura.
11
Generación de pulsos ultra-cortos (efecto Kerr AC)
Dispersión cromática y efecto Kerr
Intensidad
Parte frontal del pulso
Intensidad
Parte trasera del pulso
Parte frontal del pulso
Parte trasera del pulso
Tiempo
Tiempo
Efecto de ensanchamiento de pulso
Efecto de compresión de pulso
Índice de refracción
Índice de refracción
Tiempo
Tiempo
Dispersión cromática
Dispersión cromática anómala
12
Generación de pulsos ultra-cortos (efecto Kerr AC)
Dispersión cromática y efecto Kerr
La generación de los pulsos cortos se hace
utilizando el efecto Kerr AC en cristales de
Zafiro dopado con Titanio. El ancho de los pulsos
queda definido fundamentalmente por el material
utilizado y la intensidad en el láser de bombeo.
La repetición de los pulsos está definida por la
longitud de la cavidad de anillo en la que se
encuentra el TiSa
Trep
?t
13
El peine de frecuencia (transformada de Fourier)
La estructura del peine de frecuencias es
determinada por la transformada de Fourier del
tren de pulso cortos que emite la cavidad de
anillo. A menor la duración del pulso mayor es el
tamaño del peine de frecuencias
T.F.
Intensidad
Potencia
Frecuencia
Tiempo
T.F.
Intensidad
Potencia
Frecuencia
Tiempo
14
El peine de frecuencia (transformada de Fourier)
La estructura del peine de frecuencias es
determinada por la transformada de Fourier del
tren de pulso cortos que emite la cavidad de
anillo. A menor la duración del pulso mayor es el
tamaño del peine de frecuencias
T.F.
Intensidad
Potencia
Frecuencia
Tiempo
T.F.
Intensidad
Potencia
Frecuencia
Tiempo
15
El peine de frecuencia (transformada de Fourier)
La estructura del peine de frecuencias es
determinada por la transformada de Fourier del
tren de pulso cortos que emite la cavidad de
anillo. A menor la duración del pulso mayor es el
tamaño del peine de frecuencias
T.F.
16
(No Transcript)
17
Expansión del espectro a más de una octava
Microstructure Fiber
Se requiere una fibra óptica de micro estructura
para expandir el peine de frecuencias a más de
una octava. Lo anterior a efecto de poder
calibrar el peine de frecuencias
18
Calibración del peine de frecuencias
19
El espaciamiento entre los dientes del peine de
frecuencias es muy uniforme
20
Más fácil es difícil
THIS IS A SIMPLE IDEA! WHAT TOOK SO LONG?
Theodore Hansch
21
Calibración de láseres con peines de frecuencia
Los peines de frecuencia pueden ser utilzados en
la calibración de frecuencias ópticas. El proceso
de calibración de un láser es ahora realizado en
unas cuantas horas (este trabajo de calibración
puede tomar años utilizando cadenas de frecuencia)
22
5. La relación metro-segundo
23
The three practical approaches for realising the
metre which are listed in the mise en pratique
are (a) time how long light takes to travel
the distance (b) use the wavelength of a laser
which has a calibrated frequency. (c) use the
wavelength of one of the lasers listed in the
mise en pratique
24
Traceability
1. The CCL be responsible for (a). Validating
combs for uncertainties gt 10-11 using primary
wavelength standards. (b). CMCs for laser
frequency calibrations traceable to primary
wavelength standards. 2. The CCTF be responsible
for (a). Validating combs for uncertainties lt
10-11. (b). CMCs for laser frequency calibrations
traceable to the SI second.
25
Peines de frecuencia
Mauricio López R.
mauricio.lopez_at_cenam.mx
52 [phone]