(PhysOrg.com) -- Des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont démontré un prototype d'appareil capable de mesurer de manière absolue la puissance optique délivrée par une fibre optique.

L'appareil est le premier radiomètre cryogénique à couplage de fibres au monde qui relie directement les mesures de puissance des fibres optiques aux unités électriques fondamentales et aux normes nationales. Il utilise une forêt microscopique de nanotubes de carbone - le matériau le plus sombre du monde - pour mesurer des valeurs qui sont environ un millième des niveaux généralement atteints avec un radiomètre cryogénique dépourvu de capacité d'entrée directe par fibre. Avec des améliorations du contrôle de la température et de la vitesse, l'appareil pourrait répondre aux besoins d'étalonnages ultraprécis à ultrabasse puissance dans les télécommunications, dispositifs médicaux et autres industries.

La puissance optique et l'énergie sont traçables aux unités électriques fondamentales. Les radiomètres absorbent l'énergie optique et la convertissent en chaleur. Ensuite, la puissance électrique nécessaire pour induire la même augmentation de température est mesurée. Parce que le chauffage optique et électrique ne sont pas exactement équivalents, les incertitudes de mesure peuvent être relativement importantes d'un point de vue métrologique.

La démonstration est également une étape vers la conversion de la radiométrie d'une pratique classique basée sur des unités électriques à une pratique quantique basée sur des particules uniques de lumière (photons).

« Nous avons de nombreux clients qui demandent des mesures de puissance optique en fibre, principalement pour les communications optiques, " dit le chef de projet John Lehman. " De plus, nos mesures de photons uniques sont effectuées en fibre."

Le nouveau radiomètre mesure environ 70 millimètres (mm) de long et comprend une fibre optique de 1,45 mm d'épaisseur coiffée d'une cavité de piégeage de la lumière à une extrémité avec l'absorbeur de nanotubes et un élément chauffant. Les nanotubes ultra-sombres sont cultivés sur un minuscule morceau de silicium micro-usiné en forme de X. L'absorption lumineuse était si élevée qu'il était difficile de déterminer les incertitudes de mesure; Lehman s'est rendu dans une installation spéciale du National Physical Laboratory (l'équivalent britannique du NIST) pour effectuer quelques mesures.

Des expériences et des calculs indiquent que le nouveau radiomètre peut mesurer un niveau de puissance de 10 nanowatts avec une incertitude de 0,1 %. Par comparaison, les mesures typiques de la puissance optique délivrée par la fibre ont une incertitude de 3 % ou plus à des niveaux de puissance similaires. Plus important, ces appareils commerciaux reposent sur une série d'étalonnages pour établir la traçabilité aux normes nationales.

Le NIST vise à développer une norme quantique absolue pour la puissance optique et l'énergie basée sur des photons uniques. L'effort comprend le développement de sources et de détecteurs couvrant un large éventail de mesures de puissance optique, du nombre de photons uniques à des milliards de photons. Les photons uniques sont déjà utilisés dans les systèmes de communication quantique, qui offrent de nouvelles capacités telles que la détection de signaux optiques extrêmement faibles et la fourniture de garanties quantiques sur la sécurité.