Investigadores de la Universidad de California en San Diego han demostrado el primer láser del mundo basado en un fenómeno de física de ondas no convencional llamado estados ligados en el continuo. La tecnología podría revolucionar el desarrollo de láseres de superficie, haciéndolos más compactos y energéticamente eficientes para aplicaciones informáticas y de comunicaciones. Los nuevos láseres BIC también podrían desarrollarse como láseres de alta potencia para aplicaciones industriales y de defensa.

"Los láseres son omnipresentes en el mundo actual, desde simples punteros láser cotidianos hasta complejos interferómetros láser utilizados para detectar ondas gravitacionales. Nuestra investigación actual tendrá un impacto en muchas áreas de aplicaciones láser, "dijo Ashok Kodigala, un doctorado en ingeniería eléctrica estudiante de UC San Diego y primer autor del estudio.

"Debido a que no son convencionales, Los láseres BIC ofrecen propiedades únicas y sin precedentes que aún no se han realizado con las tecnologías láser existentes, "dijo Boubacar Kanté, profesor de ingeniería eléctrica en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego que dirigió la investigación.

Por ejemplo, Los láseres BIC se pueden sintonizar fácilmente para emitir haces de diferentes longitudes de onda, una característica útil para los láseres médicos diseñados para atacar con precisión las células cancerosas sin dañar el tejido normal. Los láseres BIC también se pueden fabricar para emitir haces con formas especialmente diseñadas (espiral, Donut o curva de campana), llamados rayos vectoriales, que podrían habilitar computadoras y sistemas de comunicación óptica cada vez más poderosos que pueden transportar hasta 10 veces más información que los existentes.

"Las fuentes de luz son componentes clave de la tecnología de comunicaciones de datos ópticos en los teléfonos móviles, ordenadores y astronomía, por ejemplo. En este trabajo, presentamos un nuevo tipo de fuente de luz que es más eficiente que lo que está disponible en la actualidad en términos de consumo de energía y velocidad, "dijo Babak Bahari, un doctorado en ingeniería eléctrica estudiante en el laboratorio de Kanté y coautor del estudio.

Los estados ligados en el continuo (BIC) son fenómenos que se ha predicho que existen desde 1929. Los BIC son ondas que permanecen perfectamente confinadas, o atado, en un sistema abierto. Las ondas convencionales en un sistema abierto se escapan, pero los BIC desafían esta norma:permanecen localizados y no escapan a pesar de tener vías abiertas para hacerlo.

En un estudio anterior, Kanté y su equipo demostraron, a frecuencias de microondas, que los BIC podrían usarse para atrapar y almacenar luz de manera eficiente para permitir una fuerte interacción luz-materia. Ahora, están aprovechando los BIC para demostrar nuevos tipos de láseres. El equipo publicó el trabajo el 12 de enero en Naturaleza .

Haciendo el láser BIC

El láser BIC en este trabajo está construido a partir de una delgada membrana semiconductora hecha de indio, galio, arsénico y fósforo. La membrana está estructurada como una matriz de cilindros de tamaño nanométrico suspendidos en el aire. Los cilindros están interconectados por una red de puentes de soporte, que proporcionan estabilidad mecánica al dispositivo.

Al alimentar la membrana con un rayo láser de alta frecuencia, los investigadores indujeron al sistema BIC a emitir su propio rayo láser de frecuencia más baja (a la frecuencia de las telecomunicaciones).

"Ahora, Esta es una demostración de prueba de concepto de que, de hecho, podemos lograr una acción láser con BIC, "Dijo Kanté.

"Y lo que es notable es que podemos lograr que el láser de superficie se produzca con matrices tan pequeñas como 8 × 8 partículas, ", dijo. En comparación, los láseres de superficie que se utilizan ampliamente en comunicaciones de datos y detección de alta precisión, llamados VCSEL (láseres emisores de superficie de cavidad vertical), necesitan arreglos mucho más grandes (100 veces) y, por lo tanto, más potencia para lograr el láser.

"El popular VCSEL puede ser reemplazado algún día por lo que llamamos el 'BICSEL':estado ligado en el continuo láser emisor de superficie, lo que podría dar lugar a dispositivos más pequeños que consuman menos energía, "Dijo Kanté. El equipo ha presentado una patente para el nuevo tipo de fuente de luz.

La matriz también se puede ampliar en tamaño para crear láseres de alta potencia para aplicaciones industriales y de defensa. El lo notó. "Un desafío fundamental en los láseres de alta potencia es el calentamiento y con las eficiencias previstas de nuestros láseres BIC, una nueva era de tecnologías láser puede ser posible, "Dijo Kanté.

El siguiente paso del equipo es fabricar láseres BIC que funcionen eléctricamente, en lugar de impulsado ópticamente por otro láser. "Un láser con bombeo eléctrico se puede transportar fácilmente fuera del laboratorio y puede funcionar con una fuente de batería convencional, "Dijo Kanté.