«Filmar» la luz polarizada en el espacio y el tiempo
La luz solar y casi todas las demás formas de iluminación natural y artificial se componen de ondas luminosas cuyos vectores de campo eléctrico vibran en un plano perpendicular a la dirección de propagación. Si la dirección del vector de campo eléctrico está bien definida —es decir, no fluctúa aleatoriamente a lo largo del tiempo—, se polariza la luz. La fuente más común de luz polarizada es un láser. «A diferencia de la frecuencia y la duración temporal de los impulsos luminosos que produce un láser, la polarización es una propiedad menos intuitiva aunque fundamental de la luz, que puede determinar en gran medida el modo de interacción de la luz y la materia. Por ejemplo, un haz de luz con una polarización concreta puede transmitirse perfectamente a través del vidrio, sin reflexión. La luz normal (no polarizada) siempre experimenta una cierta reflexión parcial, que nos permite, por ejemplo, detectar una puerta o una ventana de cristal aunque sean transparentes», explica Helder Crespo, coordinador de FastMeasure, proyecto financiado a través del programa Marie Skłodowska-Curie y dirigido por Benjamín Alonso, beneficiario de una beca.
Una nueva técnica de medición deja atrás las limitaciones actuales
Como cantidad vectorial, el campo eléctrico de la luz tiene tanto magnitud como dirección. «En el caso más simple de los impulsos láser ultracortos, la orientación espacial del campo eléctrico de los impulsos es constante a lo largo del tiempo. Sin embargo, un número de aplicaciones cada vez mayor dependen de orientaciones del campo eléctrico que varían a lo largo del tiempo», añade Crespo. «Nuestro objetivo clave era desarrollar una técnica para caracterizar los haces vectoriales de los láseres ultrarrápidos cuya polarización depende de las coordenadas espaciales y temporales simultáneamente». Esta caracterización es técnicamente muy difícil y ha estado fuera del alcance de las técnicas de medición de impulsos tradicionales muchas décadas. En particular, las mediciones de la polarización se topan con la dificultad fundamental de determinar la fase relativa entre las dos componentes ortogonales del campo eléctrico. Es sencillo cuando no hay diferencia de fase entre las dos componentes ortogonales y la onda luminosa se polariza linealmente, pero si las componentes del campo eléctrico son diferentes y no están en fase, la onda se polariza elípticamente. Para solventar este problema y medir la fase completa del haz, los investigadores aplicaron una técnica basada en la interferometría dual. Específicamente, utilizaron la interferometría para determinar la fase relativa de las dos componentes ortogonales y un acoplador de fibra óptica para determinar la fase de una componente. El primer interferómetro comprendía una placa birrefringente que retrasaba los componentes vectoriales del campo eléctrico. De este modo, contribuyó a crear una trayectoria óptica común para las componentes interferentes, lo que también redujo en gran medida la sensibilidad al ruido ambiental. Mediante esta configuración novedosa, los investigadores pudieron captar las componentes del campo eléctrico ultrarrápido que alternaban su orientación de oscilación. Por ejemplo, una rotación a derechas podía convertirse en una oscilación lineal y luego ese movimiento transformarse en una rotación a izquierdas. «Tomar imágenes de la polarización de la luz tanto en el espacio como en el tiempo podría acelerar los avances de las pinzas ópticas, herramientas altamente eficientes para estudiar diversos sistemas biológicos», señala Crespo. El trabajo del proyecto se ha publicado en Communications Physics.
Impulsos láser ultracortos más estables y fiables
Otra línea de investigación se orientó hacia el desarrollo de una técnica estrechamente relacionada —la primera de su especie— con la que medir las propiedades de coherencia y las inestabilidades asociadas de la cadena de impulsos láser ultrarrápidos. Las actividades del proyecto son especialmente pertinentes para el desarrollo de nuevas fuentes de láser de fibra, las cuales, debido a la falta de linealidad, están más limitadas que otras comparables de mayor tamaño en términos de potencia media y pico. La labor de los investigadores se ha documentado en Scientific Reports.
Palabras clave
FastMeasure, luz, campo eléctrico, fase, polarización, orientación, impulsos láser ultrarrápidos, láseres ultrarrápidos, pinzas ópticas
