Si desea obtener el mayor beneficio de un rayo de luz, ya sea para detectar un planeta distante o remediar una aberración en el ojo humano, debe poder medir la información del frente del rayo.

Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Rochester ha ideado una forma mucho más sencilla de medir haces de luz, incluso potentes, rayos láser pulsados ​​superrápidos que requieren dispositivos muy complicados para caracterizar sus propiedades.

El nuevo dispositivo brindará a los científicos una capacidad sin precedentes para ajustar incluso los pulsos de luz más rápidos para una gran cantidad de aplicaciones. dice Chunlei Guo, profesor de óptica, que ha utilizado rayos láser pulsados ​​de femtosegundos para tratar superficies metálicas de manera notable. Y podría volver obsoletos los instrumentos tradicionales para medir los haces de luz.

"Este es un paso revolucionario hacia adelante, "dice Guo." En el pasado tuvimos que caracterizar los haces de luz con muy complicados, dispositivos interferométricos engorrosos, pero ahora podemos hacerlo con un solo cubo óptico. Es super compacto, super confiable, y super robusto ".

El dispositivo, desarrollado por Guo y Billy Lam, un doctorado estudiante en su laboratorio, se describe en Nature Light:ciencia y aplicaciones . Llamado interferómetro de cizallamiento inverso en cuña, consta de un prisma cúbico, ensamblado a partir de dos prismas en ángulo recto.

-El cubo tiene dos entradas en ángulo y divide la viga en dos partes.

Cuando el rayo sale del cubo, la luz reflejada de la parte izquierda del rayo y la luz transmitida de la parte derecha del rayo se emiten desde una cara del cubo. En cambio, la luz transmitida de la parte izquierda del haz y la luz reflejada de la parte derecha se emiten desde otra cara del cubo.

Esto crea un patrón de "interferencia" extremadamente estable para que Guo y su equipo midan todas las características espaciales clave de un haz de luz:su amplitud, fase, polarización, longitud de onda, y, en el caso de haces pulsados, la duración de los pulsos. Y no solo como un promedio a lo largo de todo el haz, pero en cada punto de la viga.

Esto es especialmente importante en aplicaciones de imágenes, Dice Guo. "Si una viga no es perfecta, y hay un defecto en la imagen, es importante saber que el defecto se debe a la viga, y no debido a una variación en el objeto que está imaginando, "Dice Guo.

"Idealmente, debe tener un haz perfecto para tomar imágenes. Y si no lo haces es mejor que lo sepas y luego puedes corregir tus medidas. Los láseres ultrarrápidos son clave para registrar procesos dinámicos, y tener un dispositivo extremadamente simple pero robusto para caracterizar rayos ultrarrápidos o cualquier tipo de rayos láser es seguramente importante ".

Albert Michaelson demostró el primer interferómetro en la década de 1880, utilizando un divisor de haz y dos espejos. Los principios básicos siguen siendo los mismos en los interferómetros que se utilizan en la actualidad.

El divisor de haz envía la luz dividida en diferentes caminos ópticos hacia los espejos. Luego, los espejos reflejan cada rayo dividido hacia atrás para que se recombinen en el divisor de rayos. Las diferentes trayectorias tomadas por los dos haces divididos provocan una diferencia de fase que crea un patrón de franjas de interferencia. Este patrón luego es analizado por un detector para evaluar las características de la onda.

Este enfoque ha funcionado razonablemente bien para caracterizar los rayos láser de onda continua porque tienen un tiempo de "coherencia" prolongado, permitiéndoles interferir incluso después de haber sido divididos, enviado por dos caminos de diferentes longitudes, y luego recombinado, Dice Guo.

Sin embargo, dada la corta duración de un rayo láser pulsado de femtosegundos, aproximadamente una millonésima de mil millonésima de segundo, un interferómetro simple como la placa de corte, donde los rayos reflejados desde la superficie frontal y posterior interfieren, ya no funciona ", dice Guo. Los rayos láser pulsados ​​de femtosegundos perderían rápidamente su coherencia a lo largo de las vías no equidistantes de un interferómetro típico.

El cubo de prisma está diseñado de tal manera que elimina ese problema, él dice. El prisma cúbico es el primer interferómetro de un solo elemento que puede caracterizar femtosegundos o incluso pulsos de láser más cortos.

Los pulsos de láser de femtosegundos ofrecen dos ventajas. Su duración increíblemente corta es comparable a las escalas de tiempo en las que "ocurren muchos procesos fundamentales en la naturaleza, "Dice Guo. Esos procesos incluyen un electrón que se mueve alrededor del núcleo de un átomo, la vibración "reticular" de átomos y moléculas, y el desdoblamiento de proteínas biológicas. Entonces, Los últimos pulsos de femtosegundos proporcionan a los investigadores una herramienta para estudiar y manipular esos procesos.

Los pulsos de láser de femtosegundos también son increíblemente poderosos. "La potencia máxima de un pulso láser de femtosegundos en mi laboratorio es equivalente a toda la red eléctrica de América del Norte, "Dice Guo. Eso permite a su laboratorio utilizar los pulsos de láser para grabar superficies metálicas con nuevas propiedades, por lo que se vuelven súper repelentes al agua o atraen el agua.