(PhysOrg.com) - Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) har visat en prototypenhet som kan mäta absoluta mätningar av optisk effekt som levereras genom en optisk fiber.

Enheten är världens första fiberkopplade kryogena radiometer som länkar mätningar av optisk fibereffekt direkt till grundläggande elektriska enheter och nationella standarder. Den använder en mikroskopisk skog av kolnanorör - världens mörkaste material - för att mäta värden som är ungefär en tusendel av de nivåer som vanligtvis uppnås med en kryogen radiometer som saknar direkt fiberinmatningsförmåga. Med förbättringar i temperaturkontroll och hastighet, enheten skulle kunna möta behoven av ultraprecisa kalibreringar vid ultralåg effekt inom telekommunikation, medicintekniska produkter och andra industrier.

Optisk kraft och energi kan spåras till grundläggande elektriska enheter. Radiometrar absorberar optisk energi och omvandlar den till värme. Därefter mäts den elektriska effekt som behövs för att inducera samma temperaturökning. Eftersom optisk och elektrisk uppvärmning inte är exakt likvärdiga, mätosäkerheter kan vara relativt stora ur metrologisk synvinkel.

Demonstrationen är också ett steg mot att omvandla radiometri från en klassisk praxis baserad på elektriska enheter till en kvantpraxis baserad på enstaka ljuspartiklar (fotoner).

"Vi har många kunder som efterfrågar optiska effektmätningar i fiber, främst för optisk kommunikation, " säger projektledaren John Lehman. "Också, våra enfotonmätningar görs i fiber."

Den nya radiometern är cirka 70 millimeter (mm) lång och innehåller en 1,45 mm tjock optisk fiber täckt av en ljusfångande hålighet i ena änden med nanorörsabsorbenten och en värmare. De ultramörka nanorören odlas på en liten X-formad bit av mikrobearbetad kisel. Ljusabsorptionen var så hög att det var svårt att fastställa mätosäkerheter; Lehman reste till en speciell anläggning vid National Physical Laboratory (den brittiska motsvarigheten till NIST) för att göra några mätningar.

Experiment och beräkningar visar att den nya radiometern kan mäta en effektnivå på 10 nanowatt med en osäkerhet på 0,1 procent. Som jämförelse, typiska mätningar av optisk effekt levererad genom fiber har en osäkerhet på 3 procent eller mer vid liknande effektnivåer. Mer viktigt, dessa kommersiella enheter är beroende av en serie kalibreringar för att fastställa spårbarhet till nationella standarder.

NIST syftar till att utveckla en absolut kvantstandard för optisk kraft och energi baserad på enstaka fotoner. Arbetet inkluderar utveckling av källor och detektorer som spänner över ett brett utbud av optiska effektmätningar, från enstaka fotoner till biljoner fotoner. Enstaka fotoner används redan i kvantkommunikationssystem, som erbjuder nya funktioner som att upptäcka extremt svaga optiska signaler och ge kvantgarantier för säkerhet.