En su nivel más básico, un láser aleatorio es precisamente lo que su nombre implica; aleatorio. Es aleatorio en el espectro de luz que produce y en la forma en que se emite la luz, haciendo lo que podría ser una fuente láser extremadamente versátil, casi inútil para la mayoría de las aplicaciones prácticas.

Entonces, ¿Cómo controlas algo de la aleatoriedad para hacer dispositivos útiles? Es una pregunta que ha llevado a un equipo de investigadores de la Universidad de Nuevo México a un descubrimiento que está llevando la tecnología láser al siguiente nivel.

"Ha sido increíble ver cómo ha progresado este proyecto, "dijo Behnam Abaie, un doctorado estudiante en el Centro de Materiales de Alta Tecnología de la UNM (CHTM). "Cuando llegué a trabajar con el profesor [Arash] Mafi, Sabía que este proyecto tenía el potencial de ser muy exitoso, pero nunca lo esperé ".

Abaie es el primer autor del artículo, 'El láser aleatorio en una fibra óptica de localización Anderson', publicado recientemente en Nature's Light:Science &Applications. El artículo proporciona un análisis técnico de cómo el equipo de investigación, dirigido por el director interino de CHTM, Arash Mafi, es capaz de controlar de manera confiable estos extremadamente poderosos, pero antes incontrolable, láseres.

"Nuestro éxito al poder controlar estos láseres aleatorios aborda problemas de hace una década que han impedido que estos láseres se conviertan en dispositivos convencionales, "dijo Mafi, quien también es profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de la UNM. "Es una contribución muy emocionante".

Los láseres tradicionales constan de tres componentes principales:una fuente de energía, ganancia media y cavidad óptica. La fuente de energía se proporciona a través de un proceso llamado "bombeo" y se puede suministrar a través de una corriente eléctrica u otra fuente de luz. Esa energía luego pasa a través del medio de ganancia que contiene propiedades que amplifican la luz. La cavidad óptica, un par de espejos a cada lado del medio de ganancia, hace rebotar la luz de un lado a otro a través del medio, amplificándolo cada vez. El resultado es un dirigido, rayo de luz intenso llamado láser.

Láseres aleatorios, en comparación, realizar usando una bomba, un medio de ganancia muy desordenado pero sin cavidad óptica. Son extremadamente útiles debido a su simplicidad y amplias características espectrales, lo que significa que un solo láser aleatorio puede producir un rayo de luz que contiene múltiples espectros, una propiedad muy beneficiosa para ciertas aplicaciones como la imagen biomédica. Sin embargo, dada su naturaleza, Los láseres aleatorios son difíciles de controlar de manera confiable debido a su salida multidireccional y fluctuación caótica.

El equipo de UNM, en colaboración con investigadores de la Universidad de Clemson y la Universidad de California en San Diego, ha podido superar estos obstáculos de manera eficiente, una victoria que esperan que continúe impulsando el uso de láseres aleatorios hacia adelante.

"Nuestro dispositivo tiene todas las excelentes cualidades de un láser aleatorio, más estabilidad espectral y es altamente direccional, ", dijo Mafi." Es un desarrollo maravilloso ".

Los investigadores pueden lograr estos resultados mediante la fabricación y el uso de una fibra óptica de localización Anderson de vidrio única. La fibra está hecha de un 'cuarzo satinado', un vidrio artesanal extremadamente poroso que generalmente solo se usa para calibrar la maquinaria que dibuja fibra óptica. Cuando se tira en varillas largas, el material poroso forma docenas de canales de aire microscópicos en cada fibra.

"El vidrio que estamos usando para estas fibras ópticas es en realidad un material que normalmente desechamos porque es muy poroso, "dijo Abaie." Pero, son esos agujeros en el vidrio los que están creando los canales que controlan el láser ".

Una vez que se llena con un medio de ganancia y se bombea con un láser verde de un solo color, el láser aleatorio se vuelve menos aleatorio y altamente controlable, gracias a un fenómeno conocido como Localización Anderson.

"Aún queda mucho por aprender acerca de la localización Anderson, pero es emocionante para nosotros ser parte de este desarrollo, ", dijo Mafi." Para poder fabricar dispositivos que utilicen este fenómeno, está llevando la ciencia a otro nivel ".

Mafi y su equipo de investigación son algunos de los principales expertos en localización Anderson. En 2014, publicaron un artículo sobre un dispositivo diferente capaz de transmitir imágenes utilizando el fenómeno. Esa investigación fue nombrada uno de los diez avances más importantes del año en Physics World.

Avanzando Mafi dice que esperan ampliar el espectro de este nuevo dispositivo y hacerlo más eficiente, creando una fuente de iluminación de amplio espectro que se puede utilizar en todo el mundo.