Moldeando estructuras complejas en la luz de alta frecuencia

La prestigiosa revista Optica acaba de publicar un nuevo artículo en el que se demuestra la generación de luz de alta frecuencia con múltiples direcciones de vibración y una estructura de fase espiral. La investigación es fruto de una colaboración teórico-experimental internacional entre el Grupo de Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca, la Universidad Paris-Saclay y la Colorado School of Mines, y se enmarca dentro del proyecto europeo ERC ATTOSTRUCTURA. 

Una de las grandes ventajas de la luz láser es que podemos moldear sus propiedades espaciales para explorar nuevos escenarios en la interacción luz-materia y también para optimizar algunas aplicaciones como las técnicas de imagen o las comunicaciones ópticas.

En este trabajo organizamos la distribución de la fase (o de los estados de oscilación) en forma de hélice, que es la característica de los vórtices ópticos o “remolinos de luz”. Además, configuramos distintas polarizaciones (direcciones de oscilación) en un único haz láser. Las formas de luz que combinan ambas propiedades se denominan vórtices ópticos vectoriales. 

En el régimen de alta frecuencia resulta más complicado estructurar la luz láser, debido a que la mayoría de los de los dispositivos convencionales no son eficientes para la radiación ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma. Sin embargo, podemos eludir este problema gracias a la generación de armónicos de orden elevado. Este proceso de óptica no lineal, en el que un láser visible o infrarrojo de alta intensidad interacciona con los átomos de un gas, nos permite transferir las propiedades hacia el ultravioleta lejano o los rayos X. 

La investigación publicada en Optica demuestra que podemos generar vórtices ópticos vectoriales en el ultravioleta lejano con este proceso de conversión no lineal, gracias a las leyes físicas de conservación en la generación de armónicos de orden alto. Nuestra propuesta teórica de una nueva cantidad conservada, la carga topológica de Pancharatnam, en la generación de armónicos de orden elevado ha sido confirmada experimentalmente en el laboratorio de Paris-Sacla.