Los pulsos láser ultracortos son unos de los eventos artificiales más breves. Su duración típica está en la escala del femtosegundo (1/1000000000000 s), aunque hay técnicas que permiten ir más lejos. Encontrar un patrón con el cual medirlos es misión imposible, así que la solución más ingeniosa y eficaz que se ha encontrado es utilizar el propio pulso para medirse a sí mismo.

La luz pulsada ultracorta, compuesta a veces de un amplio abanico de colores, se emite con formas muy diversas. Mediante la detección de procesos no lineales, se puede ver una huella de esas formas y medir los pulsos. En nuestro caso, utilizamos un proceso conocido como generación de segundo armónico, en el cual los fotones (partículas de luz) del pulso se unen de dos en dos para duplicar su energía.

Además, para obtener la huella adecuada (un mapa que esconde la forma del pulso), es necesario detectar este proceso mientras modificamos el pulso a medir, por ejemplo, haciendo que los distintos colores del pulso viajen “caminos ópticos” diferentes, lo que se conoce como dispersión, y hace que el pulso sea más largo. La técnica descrita, conocida como barrido de dispersión (d-scan, en inglés), fue desarrollada por investigadores de la Universidad de Oporto (Portugal) y la Universidad de Lund (Suecia).

El presente trabajo propone un algoritmo avanzado que es capaz de medir el pulso y a la vez obtener los “caminos ópticos” (dispersión) que han sido utilizados para obtener esa huella o traza. Por eso decimos que la regla utilizada, que mide esos caminos, no estaba calibrada antes de medir. Gracias a ello, será posible medir fácilmente los pulsos incluso en montajes poco accesibles en el laboratorio, o cuando se utilicen pulsos con un amplio rango de duraciones.

Puedes descubrir todos los detalles de este trabajo, colaboración entre la Universidad de Salamanca y la de Oporto, en el siguiente enlace:

Alonso, I. J. Sola & H. Crespo, Self-calibrating d-scan: measuring ultrashort laser pulses on-target using an arbitrary pulse compressor, Scientific Reports 8, Article number: 3264 (2018)

Los pulsos de luz ultracortos, y nos referimos a duraciones de unos pocos femtosegundos (1 femtosegundo = 0.000000000000001 segundo), son una herramienta muy útil en aplicaciones científicas variadas de gran impacto en la actualidad: distintos tipos de espectroscopia, microscopía con alta resolución temporal, generación de radiación de terahercio, análisis de propiedades eléctricas y magnéticas de los materiales a escalas de tiempo muy cortas, o aceleración de partículas con láser, por poner unos cuantos ejemplos.

La obtención de estos pulsos tan cortos no es tarea fácil, como puedes suponer. Para lograrlo en primer lugar hay que ensanchar el espectro del pulso (partir de luz de un solo color y convertirla en “luz blanca”) por algún mecanismo óptico no lineal y luego hay que lograr compensar la fase (hacer que todos los colores que componen la luz blanca se sincronicen en el tiempo). Una de las formas en las que podemos conseguirlo es hacer pasar un pulso láser por un tubo muy estrecho lleno de un gas, lo que conocemos como fibra hueca, y manipular el pulso a la salida de la fibra, que ya tiene un espectro muy grande, para lograr la compensación de la fase en la llamada etapa de post-compresión.

Este proceso depende de muchos factores y es más cercano a un trabajo artesanal que a una cadena de montaje que funcione sola. Por suerte, en uno de nuestros últimos trabajos, en colaboración con investigadores de la Universidade do Porto y de la empresa Sphere Ultrafast Photonics, hemos descubierto que, pese a todos los factores implicados, hay determinados aspectos que se repiten siempre que se alcanza un pulso post-comprimido de características óptimas. Además podemos dar una receta relativamente simple para diagnosticar de una forma muy visual, mediante una técnica llamada barrido de dispersión (d-scan), cuándo hemos alcanzado ese resultado óptimo.

Si se te da bien la cocina ultrarrápida, consulta la receta en el siguiente enlace:

E. Conejero Jarque, J. San Roman, F. Silva, R. Romero, W. Holgado, M. A. Gonzalez-Galicia, B. Alonso, I. J. Sola & H. Crespo, Universal route to optimal few- to single-cycle pulse generation in hollow-core fiber compressors, Scientific Reports 8, Article number: 2256 (2018)

Pocos vecinos resultan tan mal avenidos como los átomos de un gas, compartiendo un orificio nanométrico.

La manipulación de sistemas en el escala de la mil billonésima de metro (nanómetro) es el nuevo grial tecnológico. A estas escalas, los materiales presentan propiedades diferentes a las que estamos acostumbrados, cuyas posibilidades estamos sólo comenzando a vislumbrar. Las antenas nanométricas son estructuras semejantes a las corbatas de lazo, las célebres “pajaritas”. En el caso de las antenas, los lazos son metálicos y el punto de unión entre ambos no existe, sino que se encuentran separados por una distancia mil veces menor a grosor de un cabello humano. Este pequeño volumen intermedio (en inglés, gap) puede rellenarse de un gas, que en nuestro caso se trata del argón. La magia de estas pajaritas metálicas es que al iluminarlas son capaces de intensificar la intensidad de la luz en un factor mil, o incluso superior, en la zona del gap. Por tanto, utilizando un láser de intensidad moderada, sometemos al gas a una interacción equivalente a la de un láser super-intenso.

En una colaboración con investigadores de la Universidad de Santiago de Compostela y del Institut de Ciències Fotòniques, hemos simulado los efectos en los átomos de gas de la radiación intensa. En particular hemos investigado las características de la luz reemitida por éstos a frecuencias mayores que la del láser incidente. Este proceso, llamado generación de armónicos, es bien conocido en el caso en el que los átomos se encuentren libres, pero no lo es tanto en el caso en el que se encuentren confinados a un volumen nanoscópico. ¿Cuál es nuestro resultado más sorprendente? Pues bien, que átomos situados tan cerca uno de otro tienen, sin embargo, comportamientos muy diferentes. Son vecinos díscolos que, aún estando puerta con puerta, no llegan a entenderse. Nada bueno podemos esperar de una comunidad vecinal de estas características… ¿o sí?

M. Blanco, C. Hernández-García, A. Chacón, M. Lewenstein, M. T. Flores-Arias, and L. Plaja, Phase matching effects in high harmonic generation at the nanometer scale, 25, 14974-14985 (2017)