Aunque es fundamental para diversas aplicaciones, como cortar y soldar, cirugía y transmisión de bits a través de fibra óptica, los láseres tienen algunas limitaciones, a saber, solo producen luz en rangos de longitud de onda limitados. Ahora, investigadores del laboratorio Ginzton de la Universidad de Stanford han modificado fuentes de luz similares, llamados osciladores paramétricos ópticos, para superar este obstáculo.

Hasta ahora, estas fuentes de luz menos conocidas se han limitado principalmente al laboratorio porque su configuración deja poco margen de error, incluso un pequeño empujón podría desalinear a uno. Sin embargo, tras una decisión contraria a la intuición, los investigadores pueden haber encontrado una solución a esta debilidad que podría conducir a Fuentes de pulsos de luz más eficientes y de menor costo.

Su trabajo, publicado el 1 de febrero en Cartas de revisión física , demuestra una nueva forma de producir pulsos de femtosegundos (pulsos medidos en cuadrillonésimas de segundo) en rangos de longitud de onda deseables utilizando esta fuente de luz. La tecnología podría conducir a una mejor detección de contaminantes y enfermedades simplemente escaneando el aire o la respiración de alguien.

Una innovación contraria a la intuición

La fuente de luz que estudian estos investigadores consiste en un paso inicial en el que los pulsos de luz de un láser tradicional pasan a través de un cristal especial y se convierten en un rango de longitud de onda al que es difícil acceder con los láseres convencionales. Luego, una serie de espejos hacen rebotar los pulsos de luz en un circuito de retroalimentación. Cuando este bucle de retroalimentación se sincroniza con los pulsos láser entrantes, los pulsos recién convertidos se combinan para formar una salida cada vez más fuerte.

Tradicionalmente, la gente no podía convertir gran parte de los pulsos de luz iniciales en la salida deseada con tal artilugio. Pero para ser eficaz en aplicaciones del mundo real, el grupo tuvo que aumentar ese porcentaje.

"Necesitábamos una mayor eficiencia de conversión para demostrar que era una fuente que valía la pena estudiar, "dijo Alireza Marandi, un miembro del personal en el laboratorio de Ginzton. "Así que acabamos de decir, 'OK, ¿Cuáles son las perillas que tenemos en el laboratorio? Giramos uno que hizo que los espejos reflejaran menos luz, que estaba en contra de las pautas estándar, y la eficiencia de conversión se duplicó ". Los investigadores publicaron sus resultados experimentales iniciales hace dos años en Optica.

Aumentar la potencia en un diseño convencional generalmente da como resultado dos resultados indeseables:los pulsos se alargan y la eficiencia de conversión disminuye. Pero en el nuevo diseño, donde los investigadores disminuyeron significativamente la reflectividad de sus espejos, ocurrió lo contrario.

"Estábamos pensando en este régimen basado en las pautas de diseño estándar, pero el comportamiento que veíamos en el laboratorio era diferente, "dijo Marc Jankowski, autor principal del artículo y estudiante de posgrado en el laboratorio de Ginzton. "Observamos una mejora en el rendimiento, y no pudimos explicarlo ".

Después de más simulaciones y experimentos de laboratorio, El grupo descubrió que la clave no era solo hacer que los espejos fueran menos reflectantes, sino también alargar el ciclo de retroalimentación. Esto alargó el tiempo que tardaron los pulsos de luz en completar su ciclo y debería haberlos ralentizado demasiado. Pero la reflectividad más baja, combinado con el retraso de tiempo, provocó que los pulsos interactuaran de formas inesperadas, lo que los volvió a sincronizar con sus socios entrantes.

Esta sincronización no anticipada duplicó con creces el ancho de banda de la salida, lo que significa que puede emitir un rango más amplio de longitudes de onda dentro del rango al que es difícil acceder con los láseres convencionales. Para aplicaciones como detectar moléculas en el aire o en el aliento de una persona, las fuentes de luz con mayor ancho de banda pueden resolver moléculas más distintas. En principio, los pulsos que produce este sistema podrían comprimirse a tan solo 18 femtosegundos, que se puede utilizar para estudiar el comportamiento de moléculas.

La decisión de reducir la reflectividad del espejo tuvo la sorprendente consecuencia de hacer más robusto un dispositivo que antes era tan delicado. más eficiente y mejor para producir pulsos de luz ultracortos en rangos de longitud de onda que son de difícil acceso con los láseres tradicionales.

Salir del laboratorio

El próximo desafío es diseñar el dispositivo para que quepa en la palma de una mano.

"Hablas con personas que han trabajado con esta tecnología durante los últimos 50 años y son muy escépticos acerca de sus aplicaciones en la vida real porque piensan en estos resonadores como una disposición muy fina que es difícil de alinear y requiere mucho mantenimiento, "dijo Marandi, quien también es coautor del artículo. "Pero en este régimen de funcionamiento, estos requisitos son muy relajados, y la fuente es súper confiable y no necesita el cuidado extenso que requieren los sistemas estándar ".

Esta flexibilidad de diseño recién descubierta facilita la miniaturización de dichos sistemas en un chip, lo que podría dar lugar a muchas aplicaciones nuevas para la detección de moléculas y la teledetección.

"A veces, cambia por completo su comprensión de los sistemas que cree que conoce, ", Dijo Jankowski." Eso cambia la forma en que interactúas con ellos, cómo los construyes, cómo los diseñas y qué tan útiles son. Hemos trabajado en estas fuentes durante años y ahora hemos obtenido algunas pistas que realmente ayudarán a sacarlas del laboratorio al mundo ".