Los láseres tienen una capacidad única para conducir con precisión, manipular, control, y sondear la materia utilizando una increíble variedad de métodos. Si bien a menudo operan entre bastidores, Los láseres son la columna vertebral de la ciencia y la tecnología revolucionarias, incluidos los avances en la investigación que fueron la base del Premio Nobel de Física 2018.

Una nueva arquitectura láser llamada modulador de luz universal, una nueva y fascinante herramienta para sondear y controlar la materia, será presentado durante el Congreso de Láser de la Optical Society (OSA), 4-8 de noviembre, en Boston. Fue desarrollado por el investigador principal Sergio Carbajo y el investigador asociado Wei Liu, ambos con el SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford.

Luz coherente, como el de un láser, puede incorporar una estructura mucho más compleja y sofisticada en la distribución electromagnética o de intensidad. "Algunos ejemplos son los haces de vectores cilíndricos, o distribuciones de intensidad tridimensionales funky que pueden parecerse, por ejemplo, un cono de galleta o un colador óptico, "dijo Carbajo.

Debido a estas características, el modulador de luz universal está preparado para abrir nuevas fronteras científicas y tecnológicas. El problema es que explotar la capacidad de diseñar o programar estructuras de luz complejas es difícil porque no hay muchas opciones confiables disponibles para generar esa estructura. Carbajo dijo.

"En la actualidad, Esto se hace principalmente mediante dispositivos externos, como moduladores de luz espacial que se utilizan popularmente en proyectores, pero todos tienen limitaciones de potencia media y potencia máxima, ", dijo Carbajo." Estos dispositivos pueden quemarse fácilmente y no pueden llegar a aplicaciones que requieren niveles de potencia sustanciales ".

El trabajo del grupo Carbajo elude esta limitación de energía mientras mantiene la capacidad de generar cualquier estructura de luz arbitraria. Incorporaron la capacidad de programar haces en la propia arquitectura láser. Esto une lo mejor de dos mundos:escala de potencia y estructura de luz.

"Nuestros pulsos de luz programables están hechos de haces compuestos, "Explicó Carbajo." Imagina un rayo láser hecho de muchos haces más pequeños en forma de panal, cada uno de los cuales se controla de forma independiente, aunque todos son coherentes entre sí. Pueden 'comunicarse' entre sí y 'conocer' el estado de cada uno y su relación respectiva. Cuando todos los haces están sincronizados, pueden generar colectivamente cualquier estructura. La advertencia aquí es que esta estructura se hace discreta por el número de vigas ".

Esta arquitectura programable es particularmente significativa dentro del régimen ultracorto (femtosegundo y más corto) porque puede inspirar nuevas formas de pensar sobre la luz con estructuras complejas capaces de impulsar esfuerzos científicos y tecnológicos. Las posibles nuevas aplicaciones incluyen telecomunicaciones de fibra óptica, micro-nano mecanizado y fabricación aditiva, trampa óptica, y ciencias de protones ultrarrápidas. "Puede cambiar las reglas del juego en casi todas las aplicaciones de la fotónica que requieren alta potencia, "Dijo Carbajo.

Los investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory están interesados ​​en utilizar estas fuentes de luz para adaptar y manipular los haces de electrones que se propagan a la velocidad de la luz. "Al hacerlo, podemos generar nuevos tipos de fuentes de electrones y rayos X para que podamos imprimir la estructura de la luz en el electrón o los rayos X ", dijo." Estos pueden convertirse en instrumentos científicos avanzados por sí mismos porque los haces de electrones y los rayos X heredaría la estructura de los fotones ópticos ".

A continuación, el grupo quiere explorar varios esfuerzos paralelos. "La primera ruta obvia es agregar más haces, que es requerido por un subconjunto de aplicaciones potenciales, "Carbajo dijo." Muchos, sin embargo, no necesita más que unas pocas vigas. En nuestro caso, tenemos 7 + 1:siete en un panal, más un conductor maestro. La segunda ramificación es actualizar nuestro sistema a poderes mucho más altos, que también permitirá una tercera ruta:una mejor conversión de los haces de femtosegundos fundamentales en otras longitudes de onda utilizando etapas de conversión no lineales, que crearía una luz estructurada ahora con una composición multicolor o hiperespectral y una auto-sincronicidad natural ".