Los físicos láser del Laboratorio de Física de Attosegundos dirigido por el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y la Universidad Ludwig-Maximilian tienen, por primera vez, genera solitones disipativos en pasivo, resonadores de espacio libre.

Los solitones son las más estables de todas las ondas. En condiciones que dan como resultado la dispersión de todas las demás formas de onda, un solitón continuará imperturbable en su camino solitario, sin cambiar su forma o velocidad en lo más mínimo. Las propiedades autoestabilizantes de los solitones explican su inmensa importancia para el campo de la óptica láser. en particular para la generación de pulsos de luz ultracortos. Un equipo dirigido por el Dr. Ioachim Pupeza en el Laboratorio de Física de Attosegundos (LAP) en Munich, que está dirigido conjuntamente por el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) y la Universidad Ludwig-Maximilian (LMU), ahora ha generado solitones ópticos en resonadores pasivos de espacio libre por primera vez. La técnica permite comprimir pulsos láser mientras aumenta su potencia máxima, abriendo nuevas aplicaciones para cavidades de mejora de espacio libre en la exploración de dinámica ultrarrápida y en espectroscopia de precisión.

El joven ingeniero John Scott Russell observó por primera vez la formación de una ola de agua solitaria en un canal de Edimburgo en 1834. Lo siguió a caballo, y descubrió que se propagaba a una velocidad constante por millas sin cambiar su forma. Incluso construyó un tanque de agua en su jardín para investigar el fenómeno. Pero no podría haber anticipado el significado posterior de esta forma de onda de "solitón" para las ramas de la física más allá del área de la dinámica de fluidos. Hoy dia, Los solitones ópticos son un componente indispensable de la tecnología láser, especialmente en la investigación de óptica cuántica y dinámica ultrarrápida.

Los físicos del Laboratorio de Física de Attosegundos dirigido por MPQ y LMU ahora tienen, por primera vez, logró producir solitones ópticos temporales en un resonador pasivo de espacio libre. Para hacerlo acoplaron pulsos de láser infrarrojo de 350 femtosegundos con una longitud de onda de 1035 nanómetros y una tasa de repetición de 100 MHz, en un resonador óptico pasivo de nuevo diseño compuesto por cuatro espejos y una fina placa de zafiro.

"El paso del campo electromagnético del pulso óptico provoca un cambio no lineal en el índice de refracción del cristal, "explica Nikolai Lilienfein, primer autor del artículo publicado. "Esto da como resultado un cambio de fase dinámico, que compensa completamente la dispersión que se produce en el resonador, mientras que al mismo tiempo se amplía el espectro del pulso ". Dado que las pérdidas de potencia que inevitablemente ocurren en el resonador son compensadas simultáneamente por la fuente láser acoplada interferométricamente, en principio, un solitón puede circular ad infinitum en el resonador. Además, los investigadores desarrollaron un método altamente eficiente para controlar la entrada de energía al solitón de la cavidad. En combinación, Estas medidas permitieron al equipo comprimir la duración de los pulsos de entrada en casi un orden de magnitud a 37 femtosegundos mientras aumentaba su potencia máxima en un factor de 3200.

Esta tecnología de resonador de mejora abre nuevas oportunidades para la generación de trenes de pulsos de attosegundos ultravioleta extrema (XUV) de alta precisión (un attosegundo dura una mil millonésima de mil millonésima de segundo). Esto, a su vez, puede permitir a los investigadores caracterizar la dinámica de los procesos subatómicos, y en particular observar los movimientos de los electrones, con mayor detalle de lo que era posible hasta ahora.

"Durante los últimos años, hemos podido hacer que las ventajas únicas de los resonadores de mejora estén disponibles para experimentos en física de attosegundos. Esta nueva técnica abre un camino hacia avances significativos adicionales en la potencia del pulso y la estabilidad que se pueden lograr con tales sistemas, mientras que al mismo tiempo reduce la complejidad de la configuración experimental, "dice el Dr. Ioachim Pupeza, líder del grupo responsable del nuevo trabajo en el LAP. Estas mejoras también serían beneficiosas en el contexto de la espectroscopia de peine de frecuencia XUV, que es fundamental para el desarrollo de una nueva generación de relojes ópticos basados ​​en transiciones cuánticas en núcleos atómicos.