Investigadores de la Universidad de Rochester han ideado una nueva forma mucho más simple de medir los haces de luz y caracterizar sus propiedades, proporcionando una capacidad sin precedentes para afinar incluso los pulsos más rápidos para una gran cantidad de aplicaciones.

El dispositivo, desarrollado por el profesor de óptica Chunlei Guo y el estudiante de doctorado Billy Lam, se describe en la revista científica Nature Light: Science and Applications.

“Se trata de un avance revolucionario”, comenta el profesor de Óptica y autor principal de la investigación Chunlei Guo. “En el pasado hemos tenido que caracterizar los haces de luz con dispositivos inferferómetricos muy complicados e incómodos, pero ahora podemos hacerlo con un solo cubo óptico, super compacto, fiable y robusto“.

El “instrumento” consiste en un cubo, ensamblado a partir de dos prismas en ángulo recto, que tiene dos ángulos de entrada dividiendo el haz 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 se emiten desde una cara del cubo. Por el contrario, la luz transmitida desde la parte izquierda del haz y la luz reflejada desde la parte derecha se emiten desde la otra cara del cubo.

Esto crea un extremadamente estable patrón de “Interferencia” que permite medir todas las características claves de un haz de luz: amplitud, fase, polarización, longitud de onda y, en el caso de los haces pulsados, la duración de los pulsos. Y no solo como un promedio a lo largo de todo el haz, sino en cada punto del mismo.

La medición de los haces de luz

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 del haz envía la luz dividida en diferentes caminos ópticos hacia los espejos. Los espejos entonces reflejan cada haz dividido hacia atrás para que se recombinen en el divisor de haz. Las diferentes trayectorias tomadas por los dos haces divididos provocan una diferencia de fase que crea un patrón marginal de interferencia. Este patrón luego es analizado por un detector para evaluar las características de la onda.

Este enfoque ha funcionado razonablemente bien para caracterizar haces de láser de onda continua porque tienen un largo tiempo de «coherencia», lo que les permite interferir incluso después de ser divididos, enviados a lo largo de dos trayectos de diferentes longitudes y luego recombinados, dice Guo.

Sin embargo, dada la corta duración de un rayo láser pulsado de femtosegundos, aproximadamente una millonésima de una milmillonésima de segundo, «el interferómetro simple,, donde los haces reflejados desde la superficie frontal y posterior interfieren, ya no funciona».. Los haces de láser pulsado de femtosegundo perderían rápidamente su coherencia a lo largo de las vías no equidistantes de un interferómetro típico.

El cubo está diseñado de tal manera para eliminar ese problema. El cubo prismático es el primer interferómetro de un solo elemento que puede caracterizar los pulsos de láser de femtosegundo o incluso más cortos. 

Créditos portada:  J. Adam Fenster/University of Rochester