Senzill interferòmetre que pot detectar els polsos de llum més ràpids

Si es vol obtenir el major benefici d'un feix de llum, com per exemple, detectar un planeta llunyà o solucionar l'aberració a l'ull humà, cal mesurar la informació frontal del feix. Ara, un equip de recerca de la Universitat de Rochester (Nova York, EUA) ha dissenyat una manera molt més senzilla de mesurar feixos de llum, fins i tot làser superpotents que requereixen dispositius molt complicats per caracteritzar les seves propietats.
El nou dispositiu donarà als científics una capacitat sense precedents per detectar fins i tot els polsos de llum més ràpids per a una gran quantitat d'aplicacions. Aquest és un pas endavant revolucionari, ja que, en el passat s'han hagut de caracteritzar feixos de llum amb dispositius interferomètrics complexos, però ara es pot fer amb només un cub òptic. És súper compacte, súper fiable i súper robust.

El dispositiu, desenvolupat per Guo i Billy Lam, es descriu a Nature Light: Science and Applications, s'anomena interferòmetre de tall de reversió, que consisteix en un cub de prisma, muntat a partir de dos prismes d'angle recte. Aquest cub, té dues entrades angulars i divideix el feix en dues parts.
Quan el feix surt del cub, la llum reflectida de la part esquerra i la llum transmesa de la part dreta s'emeten des d'una cara del cub. Al contrari, la llum transmesa de la part esquerra i la llum reflectida de la part dreta s'emeten des d'una altra cara del cub.
Això crea un patró d'interferència extremadament estable que permet mesurar totes les característiques espacials clau d'un feix de llum: l'amplitud, la fase, la polarització, la longitud d'ona i, en el cas dels feixos polsants, la durada dels polsos. I no només com a mitjana al llarg de tota la guia, sinó a cada punt d'aquesta.
Això és especialment important en aplicacions d'imatges, donat a que si un raig no és perfecte, i hi ha un defecte a la imatge, és important saber que el defecte és a causa de la guia, i no a causa d'una variació en l'objecte que està representant imatges.

Idealment, caldrà tenir un feix perfecte per fer imatges, i es pot corregir-ne les mesures. Els làsers ultraviolats són clau per registrar processos dinàmics i tenir un dispositiu extremadament senzill però robust per caracteritzar guies amb feixos ultrarràpids o qualsevol tipus de guia làser.
Albert Michaelson va demostrar el primer interferòmetre en la dècada de 1880, utilitzant un divisor de feix i dos miralls. Els principis bàsics segueixen sent els mateixos en els interferòmetres que s'utilitzen actualment.
El divisor de feix envia la llum dividida per diferents camins òptics cap als miralls. Els miralls reflecteixen cada feix dividit de manera que es recombinen al divisor del feix. Els diferents camins presos per les dues guies dividides provoquen una diferència de fase que crea un patró de franja d'interferència. Aquest patró és llavors analitzat per un detector per avaluar les característiques de l'ona.
Aquest enfocament ha funcionat raonablement bé per caracteritzar rajos làser d'ona contínua perquè tenen un temps de coherència llarg, el que els permet interferir fins i tot després d'haver estat dividit, enviat a través de dos camins de diferent longitud, i després recombinats.
No obstant això, donada la curta durada d'un feix làser de polsos de femtosegons, aproximadament una milionèsima de mil·lèsima part d'un segon, un interferòmetre senzill com la placa de cisallament, on els feixos reflectits des de la cara frontal i posterior interfereixen, ja no funciona. Els raigs làser de polsos de femtosegons perdrien ràpidament la seva coherència a través de guies no equidistants d'un interferòmetre típic.

El cub del prisma està dissenyat de tal manera que elimina aquest problema. El cub del prisma és el primer interferòmetre d'un sol element que pot caracteritzar femtosegons o fins i tot pulsacions làser més curtes.
Els polsos làser de femtosegons ofereixen dos avantatges. La seva duració increïblement curta és comparable als períodes de temps en què es produeixen molts processos fonamentals a la natura. Aquests processos inclouen un moviment d'electrons al voltant del nucli d'un àtom, la vibració d'àtoms i molècules, i el desplegament de proteïnes biològiques. Així doncs, els últims impulsos de femtosegons proporcionen als investigadors una eina per estudiar i manipular aquests processos.
Els polsos làser femtosegons també són increïblement poderosos. La màxima potència d'un pols de làser de femtosegons en el laboratori equival a tota la potencia de la xarxa elèctrica d'Amèrica del Nord.

Font: Universitat de Rochester