Si desea obtener el mayor beneficio de un haz de luz, ya sea para detectar un planeta distante o remediar una aberración en el ojo humano, debe poder medir la información frontal de su haz.
Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Rochester ha ideado una forma mucho más simple de medir los haces de luz, incluso los potentes y rápidos rayos láser pulsados que requieren dispositivos muy complicados para caracterizar sus propiedades.
El nuevo dispositivo brindará a los científicos una capacidad sin precedentes para ajustar incluso los pulsos de luz más rápidos para una gran cantidad de aplicaciones, dice Chunlei Guo, profesor de óptica, que ha utilizado rayos láser pulsados de femtosegundos para tratar superficies metálicas de manera notable. Ypodría volver obsoletos los instrumentos tradicionales para medir haces de luz.
"Este es un paso revolucionario hacia adelante", dice Guo. "En el pasado hemos tenido que caracterizar haces de luz con dispositivos interferométricos muy complicados y engorrosos, pero ahora podemos hacerlo con un solo cubo óptico. Es súper compacto, súper confiable y súper robusto ".
El dispositivo, desarrollado por Guo y Billy Lam, un estudiante de doctorado en su laboratorio, se describe en Luz natural: ciencia y aplicaciones . Llamado interferómetro de cizallamiento de inversión en cuña, consiste en un cubo de prisma, ensamblado a partir de dos prismas de ángulo recto.
-El cubo tiene dos entradas en ángulo y divide la viga en dos partes.
Cuando el haz sale del cubo, la luz reflejada desde la parte izquierda del haz y la luz transmitida desde la parte derecha del haz se emiten desde una cara del cubo. Por el contrario, la luz transmitida desde la parte izquierda del hazy la luz reflejada de la porción derecha se emite desde otra cara del cubo.
Esto crea un patrón de "interferencia" extremadamente estable para que Guo y su equipo midan todas las características espaciales clave de un haz de luz: su amplitud, fase, polarización, longitud de onda y, en el caso de haces pulsados, la duración delpulsos. Y no solo como un promedio a lo largo de todo el haz, sino en cada punto del haz.
Esto es especialmente importante en las aplicaciones de imágenes, dice Guo. "Si un rayo no es perfecto y hay un defecto en la imagen, es importante saber que el defecto se debe al rayo y no a una variación en elobjeto que estás imaginando ", dice Guo.
"Idealmente, debe tener un haz perfecto para hacer imágenes. Y si no lo hace, es mejor que lo sepa, y luego puede corregir sus mediciones. Los láseres ultrarrápidos son clave para registrar procesos dinámicos y tener un sistema extremadamente simple peroun dispositivo robusto para caracterizar rayos ultrarrápidos o cualquier tipo de rayos láser es sin duda importante "
Albert Michaelson demostró el primer interferómetro en la década de 1880, utilizando un divisor de haz y dos espejos. Los principios básicos siguen siendo los mismos en los interferómetros utilizados en la actualidad.
El divisor de haz envía la luz dividida en diferentes caminos ópticos hacia los espejos. Los espejos luego reflejan cada haz dividido hacia atrás para que se recombinen en el divisor de haz. Los diferentes caminos tomados por los dos haces divididos causan una diferencia de fase que crea una interferenciapatrón marginal. Este patrón es luego analizado por un detector para evaluar las características de la onda.
Este enfoque ha funcionado razonablemente bien para caracterizar los rayos láser de onda continua porque tienen un largo tiempo de "coherencia", lo que les permite interferir incluso después de dividirse, enviarse a lo largo de dos caminos de diferentes longitudes y luego recombinarse, dice Guo.
Sin embargo, dada la corta duración de un rayo láser pulsado de femtosegundo - aproximadamente una millonésima de billonésima de segundo - "El interferómetro simple como la placa de corte, donde los rayos reflejados desde la superficie delantera y trasera interfieren, ya no funciona", Dice Guo. Los rayos láser pulsados de femtosegundo perderían rápidamente su coherencia a lo largo de las vías no equidistantes de un interferómetro típico.
El cubo del prisma está diseñado de tal manera que elimina ese problema, dice. El cubo del prisma es el primer interferómetro de elemento único que puede caracterizar pulsos láser de femtosegundos o incluso más cortos.
Los pulsos láser de femtosegundo ofrecen dos ventajas. Su duración increíblemente corta es comparable a las escalas de tiempo en las que "ocurren muchos procesos fundamentales en la naturaleza", dice Guo. Esos procesos incluyen un electrón que se mueve alrededor del núcleo de un átomo, la vibración "reticular" deátomos y moléculas, y el desarrollo de proteínas biológicas. Por lo tanto, los últimos pulsos de femtosegundos proporcionan a los investigadores una herramienta para estudiar y manipular esos procesos.
Los pulsos láser de femtosegundo también son increíblemente potentes. "La potencia máxima de un pulso láser de femtosegundo en mi laboratorio es equivalente a toda la red eléctrica de América del Norte", dice Guo. Eso le permite a su laboratorio usar los pulsos láser para grabar superficies metálicas connuevas propiedades, por lo que se vuelven súper repelentes al agua o atraen el agua.
El laboratorio de Guo recibió recientemente subvenciones de $ 1.5 millones de la Fundación Bill y Melinda Gates, luego de tres subvenciones anteriores por un total de $ 600,000 de la fundación, para desarrollar tecnología de saneamiento con materiales extremadamente repelentes al agua o superhidrofóbicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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