03.11.2021 - Universität Bayreuth

Separados sólo por cuatrillonésimas de segundo: destellos ultracortos de luz combinados con precisión y rapidez

Los destellos ultracortos de luz que duran menos de una cuatrillonésima de segundo están adquiriendo una importancia tecnológica cada vez mayor. En las fuentes láser se pueden crear pares y grupos de destellos de luz en lugar de destellos individuales. Al igual que los átomos unidos químicamente en una molécula, se acoplan entre sí y sus cortos intervalos temporales pueden poseer una notable estabilidad. Investigadores de las Universidades de Bayreuth y Constanza han revelado ahora la causa del acoplamiento estable de los destellos de luz ultracortos y han encontrado una forma de controlar su espaciado con gran precisión y rapidez. Presentan los resultados de su investigación en la revista "Optica".

Los destellos de luz inferiores a una cuatrillonésima de segundo también se denominan pulsos de femtosegundo. Hoy en día se utilizan para investigar materiales energéticos, en la fabricación de componentes en 3D o como bisturíes de precisión en medicina. En los láseres, estos destellos se crean como solitones, paquetes estables de ondas de luz. Los hallazgos sobre su acoplamiento que ahora se han publicado se obtuvieron en un resonador láser. Éste contiene un anillo de fibras de vidrio que permite que los solitones circulen sin cesar. En estos sistemas se suelen observar destellos de femtosegundos acoplados, las llamadas moléculas de solitones. Mediante el uso de espectroscopia de alta resolución en tiempo real, el equipo de investigación consiguió seguir la dinámica de dos destellos acoplados en tiempo real durante muchos cientos de miles de órbitas. A partir de estos datos, los científicos pudieron demostrar que son las reflexiones ópticas dentro del resonador láser las que acoplan los solitones individuales en el tiempo y el espacio. Las distancias de acoplamiento pudieron predecirse a partir de las diferencias de tiempo de tránsito dentro del resonador y, finalmente, pudieron ajustarse con precisión desplazando los elementos ópticos.

Además, el nuevo estudio muestra cómo se puede aflojar rápidamente la unión entre dos solitones y crear una nueva unión. Ahora es posible, por ejemplo, alternar específicamente entre destellos de luz que se producen por parejas y tienen intervalos temporales diferentes. "Basándonos en los resultados de nuestra investigación, ahora es posible cambiar las moléculas de solitones con sólo pulsar un botón. Esto abre nuevas perspectivas para la aplicación técnica de los pulsos de femtosegundos, especialmente en la espectroscopia y el procesamiento de materiales", afirma Luca Nimmesgern B.Sc., primer autor del estudio y estudiante de máster en física de la Universidad de Bayreuth.

Los resultados obtenidos en el resonador láser pueden trasladarse a diversas fuentes de láser de pulso ultracorto. En consecuencia, es posible generar destellos de luz acoplados en otros sistemas láser y cambiar sus distancias sin mucho esfuerzo. "Desde los primeros informes sobre pares de pulsos en láseres de fibra hace más de 20 años, se han propuesto diferentes explicaciones sobre la estabilidad de las moléculas de solitones en los láseres. Los modelos habituales se han visto contradichos por numerosas observaciones, pero se siguen utilizando hoy en día. Nuestro nuevo estudio ofrece ahora, por primera vez, una explicación precisa y compatible con los datos medidos. En cierto modo, proporciona una pieza del rompecabezas que hace comprensibles multitud de datos anteriores. Ahora, la compleja física del láser puede utilizarse específicamente para generar secuencias de solitones a alta velocidad", afirma Georg Herink, catedrático de Dinámica Ultrarrápida de la Universidad de Bayreuth y coordinador del trabajo de investigación. El coautor, el Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer, de la Universidad de Constanza, cuyo grupo de investigación lleva años desarrollando láseres de fibra como herramienta para la espectroscopia, añade: "Basándonos en nuestros nuevos hallazgos, podemos esperar la realización de aplicaciones tecnológicas versátiles". En la Universidad de Bayreuth se ha puesto en marcha recientemente un proyecto de investigación de la DFG con el objetivo de comprender en detalle las interacciones entre los solitones ultracortos en las fuentes de láser, y hacerlos utilizables para futuras aplicaciones del láser.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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