La nueva arquitectura láser puede formar una estructura sofisticada para controlar la materia

• Los investigadores desarrollan una nueva arquitectura láser denominada modulador de luz universal para sondear y controlar la materia.
• Podría ser un punto de inflexión para todas las principales aplicaciones fotónicas que requieren alta potencia.

Los láseres se utilizan para varios propósitos, que incluyen alinear materiales, señalar objetos durante una presentación y los médicos para procedimientos cosméticos y quirúrgicos. Numerosas cosas que ve en su vida diaria se basan en tecnologías láser, como escáner de código de barras, unidades de disco óptico, fibra óptica, materiales de corte y soldadura, visualización de iluminación láser en entretenimiento y más.

Los láseres tienen capacidades increíbles para impulsar, controlar y sondear la materia con precisión utilizando diferentes metodologías. Aunque funcionan principalmente detrás de las cortinas, los láseres son la columna vertebral de la ciencia y la tecnología avanzadas. En 2018, el Premio Nobel de Física se otorgó a una tecnología láser revolucionaria, las pinzas ópticas, una técnica para atrapar nanopartículas entre dos rayos láser.

Recientemente, investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory y de la Universidad de Stanford desarrollaron una nueva arquitectura láser para sondear y controlar la materia. Lo llaman el modulador de luz universal.

El láser puede incorporar estructuras sofisticadas

Dado que el láser emite luz de manera coherente, puede incorporar una estructura mucho más compleja que cualquier otra fuente de luz en términos de intensidad y distribución electromagnética. Por ejemplo, podría tener distribuciones de intensidad tridimensionales únicas (un filtro óptico o un cono de waffle), o rayos vectoriales cilíndricos.

Debido a estas capacidades, el modulador de luz universal tiene el potencial de abrir nuevas puertas para aplicaciones avanzadas de fotónica. En la actualidad, no hay muchos métodos confiables disponibles para producir estructuras de luz complejas, por lo que explotar la capacidad para programar o diseñar tales estructuras es muy difícil.

Referencia:The Optical Society

Esto solo se hace mediante instrumentos externos como los moduladores de luz espacial utilizados en los proyectores. Sin embargo, estos instrumentos tienen limitaciones de potencia máxima y potencia media, y pueden explotar fácilmente, sin llegar a aplicaciones que requieren niveles de potencia significativos.

La nueva arquitectura láser evade esta limitación de potencia sin afectar la capacidad de producir estructuras de luz arbitrarias. Los investigadores desarrollaron una funcionalidad innovadora para diseñar haces en la propia arquitectura láser. Esto cumple los dos requisitos principales:estructura ligera y escala de potencia.

Modelado de haz con nueva arquitectura láser | Greg Stewart / SLAC

Han utilizado haces compuestos para construir estos pulsos de luz programables. Puede pensar en él como un rayo láser hecho de varios haces más cortos en forma de panal, cada uno de los cuales se puede controlar de forma independiente, a pesar de que todos son coherentes entre sí.

Pueden "divulgar" información entre ellos, incluido su estado y relación respectiva. Si todas las vigas están sincronizadas, juntas, pueden producir cualquier estructura.

Aplicaciones

El modulador de luz universal es extremadamente valioso dentro de los sistemas ultracortos (en escalas de tiempo de femtosegundos e incluso más cortos):puede dar lugar a un pensamiento completamente nuevo sobre cómo las luces con estructuras sofisticadas pueden usarse para impulsar los esfuerzos tecnológicos. Podría ser un punto de inflexión para todas las principales aplicaciones fotónicas que requieren alta potencia, mecanizado micro-nano, trampa óptica, telecomunicaciones de fibra óptica y ciencias de protones ultrarrápidas.

Los investigadores ahora están tratando de utilizar estas fuentes de luz para controlar los haces de electrones que viajan a la velocidad de la luz. Esto les ayudaría a crear nuevos tipos de fuentes de rayos X y electrones, e imprimir la estructura de la luz en los rayos X y el electrón.

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Además, planean explorar numerosos esfuerzos paralelos. Lo primero es integrar más haces y actualizar el modulador a una potencia mucho mayor. En segundo lugar, examinarán cómo convertir haces de femtosegundos en otras longitudes de onda utilizando métodos de conversión no lineales, que producirían luz estructurada con composición hiperespectral y auto-sincronicidad natural, o con varios colores.