Una ilustración del resonador Kerr de fibra óptica, que los investigadores de Rochester usaron con un filtro espectral para crear pulsos láser de alto chirrido. El patrón de arcoíris en primer plano muestra cómo los colores de un pulso de láser sonoro se separan en el tiempo. Crédito: Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw
Investigadores de la Universidad de Rochester describen los primeros pulsos altamente chirriados creados mediante el uso de un filtro espectral en un resonador Kerr.
El Premio Nobel de Física 2018 fue compartido por investigadores que fueron pioneros en una técnica para crear pulsos de láser ultracortos pero de energía extremadamente alta en la Universidad de Rochester.
Ahora, los investigadores del Instituto de Óptica de la Universidad han producido esos mismos pulsos de alta potencia, conocidos como pulsos de chirrido, de una manera que funciona incluso con equipos económicos y de calidad relativamente baja. El nuevo trabajo podría allanar el camino para:
- Mejores sistemas de telecomunicaciones de alta capacidad
- Calibraciones astrofísicas mejoradas utilizadas para encontrar exoplanetas
- Relojes atómicos aún más precisos
- Dispositivos precisos para la medición de contaminantes químicos en la atmósfera
En un artículo en óptica, los investigadores describen la primera demostración de pulsos de gran chirrido creados mediante el uso de un filtro espectral en un resonador Kerr, un tipo de cavidad óptica simple que funciona sin amplificación. Estas cavidades han despertado un gran interés entre los investigadores porque pueden admitir "una gran cantidad de comportamientos complicados, incluidos útiles estallidos de luz de banda ancha", dice el coautor William Renninger, profesor asistente de óptica.
Al agregar el filtro espectral, los investigadores pueden manipular un pulso láser en el resonador para ampliar su frente de onda separando los colores del haz.
El nuevo método es ventajoso porque "a medida que amplía el pulso, está reduciendo el pico del pulso, y eso significa que puede poner más energía general en él antes de que alcance un pico de potencia alto que cause problemas", dice Renninger.
El nuevo trabajo está relacionado con el enfoque utilizado por Premios Nobel Donna Strickland '89 (PhD) y Gerard Mourou, quienes ayudaron a marcar el comienzo de una revolución en el uso de la tecnología láser cuando fueron pioneros en la amplificación de pulso chirrido mientras realizaban investigaciones en el Laboratorio de Energía Láser de la Universidad.
El trabajo aprovecha la forma en que se dispersa la luz a su paso por las cavidades ópticas. La mayoría de las cavidades anteriores requieren una rara dispersión "anómala", lo que significa que la luz azul viaja más rápido que la luz roja.
Sin embargo, los pulsos chirriados viven en cavidades de dispersión "normales" en las que la luz roja viaja más rápido. La dispersión se llama “normal” porque es el caso mucho más común, lo que aumentará mucho el número de cavidades que pueden generar pulsos.
Las cavidades anteriores también están diseñadas para tener una pérdida de menos del uno por ciento, mientras que los pulsos chirridos pueden sobrevivir en la cavidad a pesar de una pérdida de energía muy alta. “Estamos mostrando pulsos con chirridos que se mantienen estables incluso con más del 90 por ciento de pérdida de energía, lo que realmente desafía la sabiduría convencional”, dice Renninger.
“Con un filtro espectral simple, ahora estamos usando pérdida para generar pulsos en sistemas de dispersión normal y con pérdida. Entonces, además de mejorar el rendimiento energético, realmente abre qué tipos de sistemas se pueden usar”.
Otros colaboradores incluyen al autor principal Christopher Spiess, Qiang Yang y Xue Dong, todos asistentes de investigación graduados actuales y anteriores en el laboratorio de Renninger, y Victor Bucklew, ex asociado postdoctoral en el laboratorio.
“Estamos muy orgullosos de este artículo”, dice Renninger. “Ha tardado mucho en llegar”.
Referencia: "Solitones disipativos chirridos en resonadores ópticos accionados" por Christopher Spiess, Qian Yang, Xue Dong, Victor G. Bucklew y William H. Renninger, 10 de junio de 2021, óptica.
DOI: 10.1364/OPTICA.419771
La Universidad de Rochester y el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería de los Institutos Nacionales de Salud apoyaron este proyecto con fondos.
