Supercontinuo: luz láser blanca

Por Francisco R. Villatoro, el 12 diciembre, 2008. Categoría(s): Ciencia • Dinámica no lineal • Física • Óptica • Physics • Science

El láser ha revolucionado los últimos 50 años de tecnología. Es un tipo de luz de color muy puro (su espectro en frecuencia es muy delgado) y permite concentrar mucha energía en un solo color. Si queremos luz aparentemente blanca necesitamos tres fuentes láser, de colores rojo, verde y azul, siendo este último color el más caro tecnológicamente. El resultado parece blanco, pero en realidad es la suma de tres espectros de frecuencia delgados colocados alrededor de tres frecuencias (colores) dados. Por contra, la luz blanca del Sol es un espectro prácticamente plano para todas las frecuencias (colores) visibles. ¿Se puede construir un láser que genere luz blanca “solar”? Sí, gracias a un fenómeno no lineal llamado supercontinuo, descubierto a finales de los 1960 por Alfano y Shapiro.

Hay una relación muy sencilla entre la duración de un pulso en tiempo y el ancho de su espectro de frecuencias (colores puros del arco iris que lo forman). Un pulso corto tiene un espectro ancho. Un espectro delgado correponsde a un pulso largo. El espectro más delgado posible, un frecuencia pura, correponde a una onda plana distribuida por todo el espacio. La luz de un láser corresponde a un espectro bastante delgado, siendo luz coherente, produciendo un haz bien colimado. En un medio no lineal ciertos pulsos de corta duración (solitones) se vuelven inestables (inestabilidad de modulación) y evolucionan descomponiéndose (fisión de solitones) en pulsos aún más cortos, es decir, incrementando la anchura de su espectro, ensanchando su número de colores. Cuando el espectro es suficientemente ancho tenemos luz blanca. El fenómeno de fisión ha de parar y lo hace gracias a un efecto de Raman (Raman-induced self-frequency shift). Si el pulso original era coherente y de alta energía, tendremos luz blanca coherente de alta energía. La fuente ideal de luz blanca en muchas aplicaciones prácticas.

dibujo20081211supercontinuoLa óptica no lineal reserva muchas sorpresas. Entre ellas que el supercontinuo se puede autogenerar incluso a partir de ruido, espontáneamente gracias a la inestabilidad de modulación, aunque en este caso se genera luz blanca incoherente (por contra a la luz láser blanca, que es coherente). ¿Podría controlarse este proceso espontáneo de alguna manera para que produjera luz coherente? Sorprendentemente sí, utilizando un pulso láser “semilla”, que “deriva” el supercontinuo incoherente generado espontáneamente a partir de ruido hacia un supercontinuo coherente. La gran ventaja de la coherencia, como en el caso láser, es qeu se se consigue mayor potencia (hasta 30 dB más en este caso). El trabajo es D. R. Solli, C. Ropers, B. Jalali, “Active Control of RogueWaves for Stimulated Supercontinuum Generation,” Physical Review Letters 101: 233902, 5 December 2008 .

El fenómeno mostrado en este artículo es similar al que controla un transistor semiconductor (salvando las distancias). Una señal (de potencia) pequeña controla una señal de mayor potencia (la generación espontánea del supercontinuo a partir del ruido). Ahora mismo la generación de luz láser blanca mediante supercontinuo es muy cara (requiere láseres potentes, más caros de los habituales, y un medio fuertemente no lineal adecuado, normalmente fibra óptica no lineal, que es más cara que la convencional). Quizás avances en la línea de este artículo podrán abaratar los costes y permitirnos utilizar de forma práctica estas fuentes de luz blanca “casi mágicas.” Si es así, asistiremos a toda una revolución en fotónica.



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