Hoy en día, los láseres modernos pueden generar pulsos de luz extremadamente cortos, que pueden usarse para una amplia gama de aplicaciones, desde la investigación de materiales hasta el diagnóstico médico. Para este propósito, es importante medir la forma de la onda de luz láser con alta precisión.Hasta ahora, esto requería una configuración experimental grande y compleja. Ahora se puede hacer con un pequeño cristal con un diámetro de menos de un milímetro. El nuevo método ha sido desarrollado por el MPI para Óptica Cuántica en Garching, LMU Munich yTU Wien Viena. El avance ahora ayudará a aclarar detalles importantes sobre la interacción de la luz y la materia.
Mirando la luz con electrones
Se investigaron pulsos de luz extremadamente cortos con una duración del orden de femtosegundos 10-15 segundos. "Para crear una imagen de tales ondas de luz, se debe hacer que interactúen con los electrones", dice el profesor Joachim Burgdörferdel Instituto de Física Teórica de la Universidad de Viena. "La reacción de los electrones al campo eléctrico del láser nos proporciona información muy precisa sobre la forma del pulso de luz".
Anteriormente, la forma común de medir un pulso láser infrarrojo era agregar un pulso láser mucho más corto con una longitud de onda en el rango de rayos X. Ambos pulsos se envían a través de un gas. El pulso de rayos X ioniza átomos individuales, se liberan electrones, que luego son acelerados por el campo eléctrico del pulso láser infrarrojo. Se registra el movimiento de los electrones, y si el experimento se lleva a cabo muchas veces con diferentes cambios de tiempo entre los dos pulsos, la forma del pulso láser infrarrojo puede eventualmenteser reconstruido. "El esfuerzo experimental requerido para este método es muy alto", dice el profesor Christoph Lemell TU Viena. "Se necesita una configuración experimental complicada, con sistemas de vacío, muchos elementos ópticos y detectores".
Medición en pequeños cristales de óxido de silicio
Para evitar tales complicaciones, la idea nació para medir los pulsos de luz no en un gas sino en un sólido: "En un gas, primero tiene que ionizar los átomos para obtener electrones libres. En un sólido es suficiente dar a los electrones lo suficienteenergía para que puedan moverse a través del sólido, impulsado por el campo láser ", dice Isabella Floss TU Vienna. Esto genera una corriente eléctrica que se puede medir directamente.
Para este propósito se utilizan pequeños cristales de óxido de silicio con un diámetro de unos pocos cientos de micrómetros. Son golpeados por dos pulsos láser diferentes: el pulso que se debe investigar puede tener cualquier longitud de onda que vaya desde la luz ultravioleta y los colores visibles hasta largosde onda infrarroja. Mientras este pulso láser penetra en el cristal, se dispara otro pulso infrarrojo al objetivo ". Este segundo pulso es tan fuerte que los efectos no lineales en el material pueden cambiar el estado de energía de los electrones para que se vuelvan móviles.Esto sucede en un momento muy específico, que se puede ajustar y controlar con mucha precisión ", explica Joachim Burgdörfer.
Tan pronto como los electrones pueden moverse a través del cristal, son acelerados por el campo eléctrico del primer haz. Esto produce una corriente eléctrica que se mide directamente en el cristal. Esta señal contiene información precisa sobre la forma del pulso de luz.
Muchas aplicaciones posibles
En TU Wien, el efecto se estudió teóricamente y se analizó en simulaciones por computadora. El experimento se realizó en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Garching. "Gracias a la estrecha cooperación entre la teoría y el experimento, hemos podido demostrar que"El nuevo método funciona muy bien, en un amplio rango de frecuencia, desde ultravioleta a infrarrojo", dice Christoph Lemell. "La forma de onda de los pulsos de luz ahora se puede medir mucho más fácilmente que antes, con la ayuda de un sistema mucho más simple y compactopreparar."
El nuevo método abre muchas aplicaciones interesantes: debería ser posible caracterizar con precisión nuevos materiales, responder preguntas físicas fundamentales sobre la interacción de la luz y la materia, e incluso analizar moléculas complejas, por ejemplo, para detectar de manera confiable y rápidaenfermedades mediante el examen de pequeñas muestras de sangre.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Original escrito por Florian Aigner. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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