Los físicos del Laboratorio de Física de Attosegundos de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Múnich y del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) han desarrollado un nuevo tipo de detector que permite determinar con precisión el perfil de oscilación de las ondas de luz.

La luz es difícil de controlar. Las ondas de luz se propagan con una velocidad de casi 300, 000 km por segundo, y el frente de onda oscila varios cientos de billones de veces en ese mismo intervalo. En el caso de la luz visible, la distancia física entre picos sucesivos de la onda de luz es inferior a 1 micrómetro, y los picos están separados en el tiempo por menos de 3 millonésimas de mil millonésimas de segundo ( <3 femtosegundos). Trabajar con luz hay que controlarlo, y eso requiere un conocimiento preciso de su comportamiento. Incluso puede ser necesario conocer la posición exacta de las crestas o valles de la onda de luz en un instante dado. Investigadores del Laboratorio de Física de Attosegundos (LAP) de la LMU de Múnich y del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica están ahora en condiciones de medir la ubicación exacta de dichos picos en pulsos ultracortos únicos de luz infrarroja con la ayuda de un dispositivo recientemente desarrollado. detector.

Tales pulsos que abarcan solo unas pocas oscilaciones de la onda, se puede utilizar para investigar el comportamiento de moléculas y sus átomos constituyentes, y el nuevo detector es una herramienta muy valiosa en este contexto. Los pulsos de láser ultracortos permiten a los científicos estudiar procesos dinámicos a niveles moleculares e incluso subatómicos. Usando trenes de estos pulsos, primero es posible excitar las partículas objetivo y luego filmar sus respuestas en tiempo real. En intensos campos de luz, sin embargo, es fundamental conocer la forma de onda precisa de los pulsos. Dado que el pico del campo de luz oscilante (portador) y el de la envolvente del pulso pueden cambiar entre sí entre diferentes pulsos láser, es importante conocer la forma de onda precisa de cada pulso.

El equipo de LAP, que fue dirigido por el Dr. Boris Bergues y el profesor Matthias Kling, jefe del Grupo de imágenes ultrarrápidas y nanofotónica, ahora ha logrado un avance decisivo en la caracterización de las ondas de luz. Su nuevo detector les permite determinar la 'fase, "es decir, las posiciones precisas de los picos de los pocos ciclos de oscilación dentro de cada pulso, a tasas de repetición de 10, 000 pulsos por segundo. Para hacerlo el grupo generó pulsos de láser polarizados circularmente en los que la orientación del campo óptico que se propaga gira como la manecilla de un reloj, y luego enfocó el pulso giratorio en el aire ambiente.

La interacción entre el pulso y las moléculas en el aire da como resultado una breve ráfaga de corriente eléctrica, cuya dirección depende de la posición del pico de la onda de luz. Analizando la dirección exacta del pulso actual, los investigadores pudieron recuperar la fase del 'desplazamiento de la envolvente del portador, "y reconstruir así la forma de la onda de luz. A diferencia del método empleado convencionalmente para la determinación de fase, que requiere el uso de un aparato de vacío complejo, la nueva técnica funciona en aire ambiente y las mediciones requieren muy pocos componentes adicionales. "Es probable que la simplicidad de la configuración asegure que se convierta en una herramienta estándar en tecnología láser, "explica Matthias Kling.

"Creemos que esta técnica también se puede aplicar a láseres con tasas de repetición mucho más altas y en diferentes regiones espectrales, "dice Boris Bergues." Nuestra metodología es de particular interés en el contexto de la caracterización de pulsos láser extremadamente cortos con altas tasas de repetición, como los generados en la Extreme Light Infrastructure (ELI) de Europa, "añade el profesor Matthias Kling. Cuando se aplica a las últimas fuentes de pulsos láser ultracortos, este nuevo método de análisis de formas de onda podría allanar el camino hacia avances tecnológicos, además de permitir nuevos conocimientos sobre el comportamiento de las partículas elementales "en la vía rápida".