Las ondas sonoras en el aire desvían intensos pulsos láser – Physics World

Investigadores alemanes han utilizado ondas ultrasónicas en el aire para manipular potentes rayos láser. La rejilla de Bragg acústico-óptica del equipo podría conducir a formas nuevas y útiles de manipular la luz.

Desde la detección de ondas gravitacionales hasta la fabricación de semiconductores, gran parte de la ciencia y la tecnología modernas se basan en el control preciso de la luz láser.

"Los elementos ópticos como rejillas, lentes o moduladores siempre han sido los ingredientes básicos detrás de dispositivos ópticos como láseres, microscopios y relojes atómicos, que han permitido muchos avances en diversos campos científicos", explica Christoph Heyl en DESYquien dirigió la investigación

Sin embargo, las demandas de mayor potencia, pulsos más cortos y un control más estricto sobre las propiedades de la luz láser están llevando incluso a los elementos ópticos más avanzados más allá de sus límites. Hoy en día, los investigadores tienen que adaptar sus métodos para evitar daños inducidos por la luz en los componentes ópticos y mitigar la absorción no deseada y los efectos no lineales que degradan la calidad de la luz láser.

Manipulación de densidad

Ahora Heyl y sus colegas han adoptado un enfoque novedoso para controlar la luz que promete evitar algunos de los problemas asociados con los componentes ópticos convencionales. Su técnica consiste en manipular la densidad del aire a escalas de longitud equivalentes a la longitud de onda de la luz.

"Empleamos campos de ultrasonido de alta intensidad para controlar y redirigir los rayos láser bajo un pequeño ángulo directamente en el aire ambiente, empleando el principio de modulación acústico-óptica", explica Heyl.

En su experimento, los investigadores montaron un transductor de ultrasonido frente a un reflector de sonido plano. Esto establece una onda de ultrasonido estacionaria de alta presión en el espacio de aire, una onda que presenta variaciones periódicas y bruscas en la densidad del aire. El índice de refracción del aire aumenta con la densidad, por lo que la onda estacionaria actúa como una rejilla de Bragg que puede desviar la luz mediante difracción óptica. Si bien esta técnica se utiliza para crear rejillas en medios sólidos como el vidrio, el equipo dice que esta es la primera vez que se hace usando aire.

Para utilizar su rejilla, Heyl y sus colegas colocaron un par de espejos opuestos, perpendiculares a la onda de ultrasonido estacionaria. Un haz de luz ingresa al dispositivo y se refleja hacia adelante y hacia atrás muchas veces antes de salir del dispositivo. Esto aumenta la distancia que recorre la luz a través de la rejilla de Bragg, mejorando el efecto de difracción.

Manejo de alta potencia

El equipo descubrió que alrededor del 50% de la luz incidente se desviaba y el resto se transmitía, preservando la calidad de la luz láser incidente. El equipo afirma que las simulaciones numéricas sugieren que este porcentaje podría aumentar significativamente en el futuro. Además, la rejilla puede soportar impulsos láser de gigavatios, aproximadamente mil veces más intensos que el límite superior de los dispositivos que emplean la modulación acústico-óptica de materiales sólidos.

Un pequeño detector de ultrasonido logra imágenes de súper resolución

"Nuestro enfoque evita las restricciones que los medios sólidos suelen imponer: incluyendo órdenes de magnitud de dispersión más baja, potencias máximas más altas y rangos de longitud de onda más amplios", explica el miembro del equipo Yannick Schrödel, estudiante de doctorado en DESY.

Basándose en estos resultados, el equipo predice una amplia gama de aplicaciones futuras para su rejilla óptica acústica de Bragg. "Nuestro método proporciona rutas directas hacia nuevos moduladores ópticos de amplitud y fase, interruptores, divisores de haz y muchos más elementos, implementados directamente utilizando rejillas a base de gas", dice Schrödel.

El equipo también espera con interés el desarrollo de otras nuevas tecnologías para manipular la luz. "Además, se podrían fabricar elementos ópticos más avanzados", continúa Schrödel. "Esto podría permitir nuevas e interesantes direcciones para la óptica ultrarrápida y otros campos que enfrentan límites en potencia óptica y cobertura espectral".

La rejilla de Bragg acústico-óptica se describe en Nature Photonics.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/