Para capturar la acción en rápido movimiento en un entorno con poca luz, un fotógrafo utilizará la combinación de una velocidad de obturación rápida y una ráfaga de luz rápida.

Los físicos láser emplean el mismo principio:capturar un evento microscópico de corta duración al golpearlo con un pulso rápido de luz infrarroja. Por supuesto, mientras que la acción que un fotógrafo intenta capturar puede durar una centésima de segundo o dos, La ventana de oportunidad del físico podría durar unos pocos femtosegundos (mil billonésimas de segundo).

Pero para hacer un pulso de luz lo suficientemente corto como para capturar lo que un físico podría querer ver, digamos, el efecto de la vibración inducida por la luz en una molécula de la retina:necesita una fuente de luz que produzca una amplia gama de frecuencias. Y un grupo liderado por Jeffrey Moses, profesor asistente de física aplicada e ingeniería, ha desarrollado un proceso para generar y dar forma a pulsos de luz intensos en el infrarrojo medio (IR medio).

"Tenemos la capacidad de crear esta fuente de luz infrarroja media de banda ancha que es intensa, y tenemos la capacidad de darle forma con precisión, "dijo Moisés, cuyo grupo publicó un artículo en Fotónica de la naturaleza , "Generación y modelado de múltiples octavas de pulsos intensos de ciclo único en el infrarrojo medio, " 20 de Marzo.

Peter Krogen, Doctor. 'dieciséis, ahora un asociado de investigación en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, es el autor principal. Otros contribuyentes incluyeron al estudiante de doctorado Noah Flemens, miembro del Grupo de Moisés.

Las longitudes de onda del IR medio son de particular importancia para los científicos de materiales, farmacia, biólogos y físicos de materia condensada. Recientemente, El advenimiento de fuentes de infrarrojos medios de alta energía de pulso y ultracorta duración ha introducido una nueva gama de interacciones luz-materia no lineales, y el establecimiento de fuentes de infrarrojos medios que presenten no solo un ancho de banda extremo, sino también un control arbitrario de la forma del pulso, es de gran interés.

Un método para analizar fenómenos de corta duración es la espectroscopia de bomba-sonda. El primer rayo de luz láser actúa como "bomba, "para generar una reacción deseada en un material, y el segundo es la "sonda, "utilizado para analizar la reacción.

Para crear pulsos de luz lo suficientemente cortos como para capturar estos eventos, la luz debe contener una amplia gama de frecuencias dentro del espectro de infrarrojos. "Cuantas más frecuencias tenga, cuanto más corto sea el pulso que pueda hacer, "Dijo Moisés.

El problema, sin embargo, es que al dar forma a la luz para un propósito específico, pierde ancho de banda. Para superar ese problema, Moses y su grupo desarrollaron una forma de crear y dar forma a una banda ancha, pulso de luz infrarrojo cercano y cambia su "color" (frecuencia de onda) a infrarrojo medio mientras conserva su ancho de banda y forma. De hecho, el ancho de banda relativo de la onda de infrarrojo cercano, una medida de cuán corto se puede hacer un pulso en comparación con la duración más pequeña alcanzable en ese color, aumenta efectivamente cuando se convierte en una onda de infrarrojo medio.

El resultado:pulsos que duran solo un ciclo del período de onda, que está muy cerca del mínimo permitido por la naturaleza.

"Cuando pasamos por este proceso, tenemos un ancho de banda en el infrarrojo cercano que es inferior a una octava, "Moisés dijo, "y terminamos con un ancho de banda en el IR medio que es más de una octava". En longitudes de onda, una octava es la extensión entre una frecuencia y el doble de esa frecuencia.

Una aplicación particular de interés para el grupo es rastrear la forma en que fluye la energía de los electrones en un sistema, como la visión humana. Las moléculas de rodopsina en la retina absorben la luz y luego cambian de forma, de dobladas a rectas, y es este enderezamiento el que sirve para enviar una señal a través del nervio óptico al cerebro.

"El cambio en la configuración electrónica de estas moléculas ocurre durante decenas de femtosegundos, ", Dijo Moses." Creemos que tenemos la fuente de luz adecuada aquí para obtener mucha más información sobre lo que está sucediendo durante ese período de tiempo ultracorto ".

¿Y qué le puede decir esa información a un científico? Por una cosa, ese proceso es muy eficiente en humanos, pero hay otros procesos biológicos similares, que los teóricos creen que están regulados por un tipo similar de estructura, que son altamente ineficaces.

"Con esta herramienta, estamos tratando de desarrollar un método para estudiar este tipo de clase de estructuras que es responsable de la forma en que las moléculas responden a la luz, ", Dijo Moses." Esto podría ayudarnos a comprender algo que estamos fabricando y ayudarnos a hacer lo que hace de manera más eficiente ".