Un grupo de investigadores de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia acaba de publicar un informe sobre el desarrollo de un dispositivo triplicador en miniatura para generar pulsos láser de femtosegundos en el espectro UV. El dispositivo tiene una eficiencia tres veces mayor que las configuraciones utilizadas anteriormente, y cabe en la punta de un dedo, gracias a un paquete de software único desarrollado en Varsovia durante la etapa de diseño.

Con nuevas tecnologías, los láseres cubren un espectro creciente, pero algunas longitudes de onda todavía no son fácilmente accesibles. Esto incluye la banda ultravioleta (UV) alrededor de 300 nm, especialmente si se necesitan duraciones de pulso cortas y / o intensidades altas. A menudo, Los pulsos UV se generan a través de procesos no lineales, como la generación de segundos armónicos o la generación de frecuencia de suma, en el que se forman nuevos fotones con mayor energía y un nuevo color sumando la energía de los fotones de pulso fundamentales. La eficiencia de estos procesos es baja, sin embargo.

Durante muchos años, Se utilizaron modelos analíticos de propagación de luz o simulaciones numéricas simples para diseñar convertidores de frecuencia. Permitieron a los científicos modificar los parámetros del dispositivo, normalmente uno a la vez. Este enfoque dio como resultado el estancamiento de las eficiencias de conversión de láseres de femtosegundos infrarrojos no amplificados al tercer armónico UV en alrededor del 10 por ciento.

"Fue como venir al laboratorio, ajustando una perilla aquí, una perilla allí, mientras mira la potencia de salida UV y trata de maximizarla. Y el 10 por ciento es lo mejor que se puede obtener con este enfoque, "dice Michal Nejbauer, del equipo de investigadores de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, Polonia.

Pero el aumento de la potencia computacional combinado con ingeniosos trucos de programación permitió la optimización global del proceso de conversión de frecuencia de infrarrojos a UV por primera vez.

"Nuestro recién desarrollado, paquete de simulación de código abierto, llamado Húsar, permite que incluso un usuario sin experiencia cree un complejo, tridimensional, Simulaciones precisas de la propagación e interacción de múltiples impulsos utilizando bloques simples:parámetros de impulsos de entrada, propiedades materiales de los medios y los procesos involucrados, "explica Tomasz Kardas, quién desarrolló el software. "Una vez que definamos los parámetros de pulso de entrada, como la energía, duración y perfil espacial del haz, Básicamente, comenzamos a buscar el mejor diseño en un gran espacio de parámetros:los espesores de cristal no lineales, el tamaño del haz, la posición de la cintura de la viga, etc. Y, para nuestra sorpresa, una vez que encontramos estos valores óptimos, construyó el dispositivo y midió su rendimiento, los pulsos de UV de salida fueron exactamente los simulados. Este tipo de acuerdo cuantitativo entre lo que se ve en la pantalla y lo que se mide en el laboratorio es bastante poco común en la óptica no lineal ".

Pero al triplicar la eficiencia del proceso en un factor de tres, por encima del 30 por ciento, fue solo el primer paso. Los investigadores también apuntaron a la miniaturización. En lugar de utilizar varios componentes montados en la mesa de laboratorio, su tercer generador de armónicos (triplicador) es solo un pequeño bloque de cristales apilados.

"De hecho, el soporte de metal de una pulgada que mantiene todos los elementos juntos es la mayor parte de toda la configuración, "explica Pawel Wnuk, que asumió un papel de liderazgo en los experimentos de caracterización de dispositivos. Como resultado, el prototipo tripler tiene un volumen total alrededor de 1000 veces más pequeño que los diseños tradicionales.