Cuando los rayos de pulsos láser ultracortos que se ejecutan en la misma dirección se cruzan entre sí en un ángulo notable, se producen varias interacciones entre los pulsos. Estos fenómenos físicos son complicados, y su descripción matemática se vuelve computacionalmente compleja. Para realizar las simulaciones oportunas, se deben involucrar grupos de computadoras enteros. La última versión del software Hussar permite realizar los cálculos incluso en una computadora portátil normal.

Los pulsos de luz que duran una millonésima de una mil millonésima de segundo ahora juegan un papel clave en muchos experimentos y sistemas de medición. Cuando hay más de un rayo láser con pulsos, sus interacciones mutuas dan lugar a efectos interesantes. Desafortunadamente, el modelado de estos efectos tiene, hasta aquí, ha sido difícil. Cuando las vigas superpuestas corren de forma colineal, el modelado de su influencia mutua se puede lograr sin aproximaciones, con relativa rapidez y eficacia. Sin embargo, en muchas aplicaciones, los pulsos de láser ultracortos tienen que converger en ángulo. La descripción matemática de los fenómenos que ocurren se vuelve tan complicada que, para que las simulaciones se terminen en un tiempo razonable, se deben involucrar agrupaciones enteras de computadoras. Ahora, gracias al software Hussar del Laser Center del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia (IPC PAS) y la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, cualquiera puede realizar las simulaciones adecuadas incluso en una computadora ordinaria.

"Los cambios introducidos en la última versión del programa Hussar son radicales. Experimentos, que hasta ahora no podía ser simulado ni siquiera por grandes centros láser, ahora se puede diseñar, y después de cierto tiempo, probablemente también realizado por investigadores de laboratorios mucho más pequeños, "dice el Dr. Tomasz Kardas (IPC PAS), autor del software.

Hasta ahora, describir con precisión la interacción de dos o más haces convergentes de pulsos electromagnéticos ultracortos, se utilizó el método FDTD (dominio de tiempo de diferencia finita), utilizando ecuaciones de Maxwell completas. En términos de cálculo, FDTD consume mucho tiempo:una sola simulación lleva a las supercomputadoras muchos días. La situación se vio agravada por el hecho de que incluso después de la participación de clusters computacionales los resultados obtenidos en un tiempo aceptable fueron para volúmenes pequeños, a menudo sólo tiene un tamaño de micrómetros. Por estas razones, los que se ocupan de los ópticos láser utilizaron los llamados métodos unidireccionales, especialmente aquellos que usan la ecuación conocida como NLSE (Ecuación de Schrödinger no lineal) y la menos conocida pero más precisa UPPE (Ecuación de propagación de pulso unidireccional).

Estas ecuaciones permitieron simulaciones de propagación de pulsos a largas distancias incluso del orden de metros. Simultáneamente, también imponían una seria limitación:los haces superpuestos tenían que estar prácticamente co-alineados (se podrían obtener resultados aproximados para una desviación del haz que no exceda un grado).

"Por un tiempo, hemos estado desarrollando nuestro propio software que simula sin aproximaciones lo que sucede cuando los pulsos de láser de femtosegundos se superponen, naturalmente, teniendo en cuenta los denominados fenómenos no lineales. Como otros, estábamos limitados a vigas colineales por razones computacionales. Afortunadamente, Recientemente hemos podido mejorar significativamente la descripción matemática y utilizar un enfoque unidireccional para el modelado de vigas en sus encrucijadas. Hemos aprovechado la ocasión para crear algunas herramientas interesantes como, por ejemplo, Algoritmo de rotación de campo eléctrico de pulsos que es mil veces más rápido que la interpolación generalmente utilizada para este propósito, "explica el Dr. Kardas y enfatiza que las pruebas del software modernizado eran posibles, entre otros, gracias a la cooperación con el Centro Interdisciplinario de Modelado Matemático y Computacional de la Universidad de Varsovia.

La última versión del programa Hussar permite diseñar, por ejemplo, un dispositivo para la fluorescencia resuelta en el tiempo. Dichos dispositivos utilizan el hecho de que cuando los pulsos de un láser de femtosegundos ingresan al interior de un cristal no lineal junto con una señal de fluorescencia de una semana, aparece un tercer rayo, siendo la frecuencia la suma de ambas frecuencias de los haces primarios. Por lo tanto, la señal de fluorescencia se puede sumar con el pulso de activación, que proporciona una información exacta sobre el momento de la aparición de la fluorescencia. Los procesos descritos, sin embargo, se vuelven particularmente eficientes cuando el ángulo entre los impulsos que interactúan es de aproximadamente 20 grados. La simulación de tales sistemas fue más allá de las capacidades del software existente. Ahora, sin embargo, usando el programa Hussar, Se pueden modelar vigas que se cruzan en ángulos de hasta 140 grados.

El software mejorado permite el diseño de experimentos ópticos que debían mejorarse en los laboratorios mediante costosos experimentos iterativos. Por ejemplo, si uno de los pulsos es muy fuerte, cambia el entorno del medio por el que viaja. Como resultado, el segundo pulso se comporta como si pasara a través de una lente inducida por el primer pulso y, en consecuencia, comienza a enfocar. Este fenómeno permite crear instantáneas ultrarrápidas, con un tiempo de "obturación" del orden de femtosegundos. Un experimento de este tipo ahora puede diseñarse y realizarse con una sola iteración en un pequeño laboratorio óptico. Por otra parte, Hussar también puede ayudar con grandes proyectos ópticos como el diseño de amplificadores paramétricos no colineales. Estos instrumentos pueden aumentar la potencia de los láseres de laboratorio incluso a valores contados en petavatios. Hay posibilidades igualmente interesantes con respecto a los sistemas ópticos con tres o más haces. Se utilizan aparatos con este tipo de construcción, entre otros, en espectroscopía bidimensional de 2-D-IR y eco de fotones.