Un equipo internacional de físicos láser del equipo attoworld en LMU y el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica ha logrado un control sin precedentes sobre los pulsos de luz en el rango de longitud de onda del infrarrojo medio.

Los pulsos de luz infrarroja ultracortos son la clave para una amplia gama de aplicaciones tecnológicas. El campo de luz infrarroja oscilante puede excitar las moléculas de una muestra para que vibren a frecuencias específicas o impulsar corrientes eléctricas ultrarrápidas en los semiconductores. Cualquiera que tenga la intención de explotar la forma de onda oscilante de los pulsos de luz ultracortos, por ejemplo, para impulsar procesos electroópticos de vanguardia, se enfrenta a la misma pregunta:cómo controlar mejor la forma de onda. Se ha demostrado la generación de pulsos ultracortos con formas de onda ajustables en diferentes rangos de longitud de onda como el UV-visible y el infrarrojo cercano. Los físicos del equipo attoworld de la LMU, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) y el Centro Húngaro de Huellas Dactilares Moleculares (CMF) ahora han logrado generar pulsos infrarrojos medios ultracortos y controlar con precisión sus formas de onda de campo eléctrico. Con este manipulador de forma de onda infrarroja a mano, se abren nuevas posibilidades de control óptico para aplicaciones biomédicas y electrónica cuántica.

La base de la nueva fuente de infrarrojo medio es un sistema láser estabilizado que genera pulsos de luz con una forma de onda definida con precisión en longitudes de onda del infrarrojo cercano. Los pulsos consisten en una sola oscilación de la onda de luz y, por lo tanto, solo duran unos pocos femtosegundos. Cuando estos pulsos se envían a un cristal no lineal adecuado, se puede inducir la generación de pulsos infrarrojos de longitud de onda larga aprovechando los complejos procesos de mezcla de frecuencias. De esta forma, el equipo logró producir pulsos de luz con una cobertura espectral excepcionalmente grande de más de tres octavas ópticas, de 1 a 12 micrómetros. Los investigadores no solo pudieron comprender y simular la física subyacente de los procesos de mezcla, sino que también desarrollaron un nuevo enfoque para controlar con precisión las oscilaciones de la luz infrarroja media generada mediante el ajuste de los parámetros de entrada del láser.

Las formas de onda ajustables resultantes pueden, por ejemplo, desencadenar selectivamente ciertos procesos electrónicos en sólidos, lo que podría permitir lograr velocidades de procesamiento de señales electrónicas mucho más altas en el futuro. "Sobre esta base, uno podría imaginar el desarrollo de la electrónica controlada por luz", explica Philipp Steinleitner, uno de los tres autores principales del estudio. "Si los dispositivos optoelectrónicos operaran a las frecuencias de la luz generada, se podría acelerar la electrónica actual en al menos un factor de 1000".

Los físicos de attoworld están prestando especial atención al uso de la nueva tecnología de luz para la espectroscopia de moléculas. Cuando la luz del infrarrojo medio pasa a través de una muestra líquida, por ejemplo sangre humana, las moléculas de la muestra comienzan a oscilar y, a su vez, emiten ondas de luz características. La detección de la respuesta molecular proporciona una huella digital única que depende de la composición exacta de la muestra. "Con nuestra tecnología láser, hemos ampliado significativamente el rango de longitud de onda controlable en el infrarrojo", dice Nathalie Nagl, también primera autora del estudio. "Las longitudes de onda adicionales nos brindan la oportunidad de analizar con mayor precisión cómo se compone una mezcla de moléculas", continúa.

En el grupo attoworld, los colegas del equipo Broadband Infrared Diagnostics (BIRD) dirigido por Mihaela Zigman y el equipo de CMF Research dirigido por Alexander Weigel están particularmente interesados ​​en medir las huellas dactilares moleculares infrarrojas precisas de muestras de sangre humana. La visión es identificar firmas características que permitan diagnosticar enfermedades como el cáncer. Un tumor en desarrollo, por ejemplo, provoca cambios pequeños y muy complejos en la composición molecular de la sangre. El objetivo es detectar estos cambios y permitir el diagnóstico temprano de enfermedades midiendo la huella digital infrarroja de una simple gota de sangre humana.

"En el futuro, nuestra tecnología láser permitirá a nuestros colegas detectar cambios previamente indetectables en biomoléculas específicas como proteínas o lípidos. Por lo tanto, aumenta la confiabilidad de los futuros diagnósticos médicos utilizando tecnología láser infrarroja", dice Maciej Kowalczyk, también primer autor del estudio. estudiar.

La investigación fue publicada en Nature Photonics . + Explora más

Sentido de la luz infrarroja