(Phys.org) - L'Institut national des normes et de la technologie (NIST) a présenté un nouvel instrument à l'échelle de la puce composé de nanotubes de carbone qui peut simplifier les mesures absolues de la puissance laser, notamment les signaux lumineux transmis par fibres optiques dans les réseaux de télécommunications.

L'appareil prototype, une version miniature d'un instrument appelé radiomètre cryogénique, est une puce de silicium surmontée de tapis circulaires de nanotubes de carbone se tenant debout. Le mini-radiomètre s'appuie sur les travaux antérieurs du NIST utilisant des nanotubes, la substance connue la plus sombre du monde, faire un ultra-efficace, détecteur de puissance optique très précis, et améliore la capacité du NIST à mesurer la puissance laser fournie par la fibre pour les clients d'étalonnage.

"C'est notre jeu pour le leadership dans les mesures de puissance laser, " dit le chef de projet John Lehman. " C'est sans doute la chose la plus cool que nous ayons faite avec les nanotubes de carbone. Ils ne sont pas seulement noirs, mais ils ont également les propriétés de température nécessaires pour rendre les composants tels que les radiateurs électriques vraiment multifonctionnels. »

Le NIST et d'autres instituts nationaux de métrologie dans le monde mesurent la puissance laser en la traçant jusqu'aux unités électriques fondamentales. Les radiomètres absorbent l'énergie de la lumière et la convertissent en chaleur. Ensuite, la puissance électrique nécessaire pour provoquer la même augmentation de température est mesurée. Les chercheurs du NIST ont découvert que le mini-radiomètre mesure avec précision à la fois la puissance laser (qui lui est apportée par une fibre optique) et la puissance électrique équivalente dans les limites de la configuration expérimentale imparfaite. Les tests ont été effectués à une température de 3,9 K, utilisant la lumière à la longueur d'onde des télécommunications de 1550 nanomètres.

Les minuscules forêts circulaires de grands, les nanotubes minces appelés VANTA (« réseaux de nanotubes alignés verticalement ») ont plusieurs propriétés souhaitables. Plus important encore, ils absorbent uniformément la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde et leur résistance électrique dépend de la température. Les nanotubes polyvalents remplissent trois fonctions différentes dans le radiomètre. Un tapis VANTA sert à la fois d'absorbeur de lumière et de chauffage électrique, et un deuxième tapis VANTA sert de thermistance (un composant dont la résistance électrique varie avec la température). Les tapis VANTA sont cultivés sur la puce de silicium micro-usinée, une conception d'instrument facile à modifier et à dupliquer. Dans cette application, les nanotubes individuels ont un diamètre d'environ 10 nanomètres et une longueur de 150 micromètres.

Par contre, les radiomètres cryogéniques ordinaires utilisent plus de types de matériaux et sont plus difficiles à fabriquer. Ils sont généralement assemblés à la main en utilisant une cavité peinte avec du carbone comme absorbeur de lumière, un fil électrique comme élément chauffant, et un semi-conducteur comme thermistance. Par ailleurs, ces instruments doivent être modélisés et caractérisés en profondeur pour ajuster leur sensibilité, alors que la capacité équivalente du mini-radiomètre du NIST est facilement modelée dans le silicium.

Le NIST envisage de déposer une demande de brevet sur le radiomètre à puce. Des changements simples tels qu'une stabilité de température améliorée devraient améliorer considérablement les performances de l'appareil. Les recherches futures pourraient également porter sur l'extension de la plage de puissance du laser dans l'infrarouge lointain, et l'intégration du radiomètre dans un dispositif potentiellement polyvalent « NIST sur une puce ».