Para domar el caos en potentes láseres de semiconductores, lo que causa inestabilidades, los científicos han introducido otro tipo de caos.
Los láseres semiconductores de alta potencia se utilizan en el procesamiento de materiales, la obtención de imágenes biomédicas y la investigación industrial, pero la luz emitida que producen se ve afectada por inestabilidades, lo que la hace incoherente.
Las inestabilidades en el láser son causadas por filamentos ópticos; estructuras ligeras que se mueven aleatoriamente y cambian con el tiempo, causando caos. Eliminar estas inestabilidades ha sido un objetivo en la física, pero las estrategias previas para reducir los filamentos generalmente han implicado reducir el poder deel láser
Esto significa que ya no se puede usar para muchas aplicaciones prácticas de alta potencia, como en el cine láser 3D ultrabrillante o como elementos en sistemas láser extremadamente brillantes utilizados en reactores de fusión.
En cambio, los investigadores tuvieron que elegir entre un potente láser semiconductor con baja calidad de salida y un láser coherente pero mucho menos potente.
Ahora, un equipo de investigación del Imperial College de Londres, la Universidad de Yale, la Universidad Tecnológica de Nanyang y la Universidad de Cardiff han presentado una nueva solución.
Su técnica, publicada hoy en ciencia , utiliza el 'caos cuántico' para evitar que los filamentos del láser, que conducen a la inestabilidad, se formen en primer lugar. Al crear el caos cuántico onda en la cavidad utilizada para crear el láser, el láser permanece estable.
El profesor Ortwin Hess, del Departamento de Física de Imperial, aportó gran parte de la teoría, simulación e interpretación del nuevo sistema. Dijo: "La forma en que los filamentos ópticos, que causan la inestabilidad del láser, crecen y resisten el control es parael láser se parece un poco al comportamiento rebelde de los tornados. Una vez que se forman, se mueven caóticamente, causando destrucción a su paso.
"Sin embargo, es más probable que los tornados se formen y se muevan sobre un país plano. Por ejemplo, en Estados Unidos se forman con frecuencia en la hermosa Oklahoma, pero no tan a menudo en las colinas de Virginia Occidental. Las colinas parecen ser una diferencia clave: evitanlos tornados no pueden formarse o moverse.
"De la misma manera, al crear un paisaje óptico 'montañoso' dentro de nuestros láseres utilizando el caos cuántico, no permitimos que los filamentos, nuestros tornados ópticos, se formen o crezcan sin control".
El sistema láser, fabricado en la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, ha sido probado experimentalmente en la Universidad de Yale. El equipo ahora está trabajando para explorar y adaptar aún más la emisión de luz, como mejorar la direccionalidad del láser.
Sin embargo, dicen que el avance ya debería permitir que los láseres de semiconductores funcionen a mayor potencia con alta calidad de emisión, y que la misma idea podría aplicarse a otros tipos de láseres.
Los láseres emiten luz coherente que puede enfocarse en un haz estrecho. Para producir y amplificar la luz, se hace rebotar alrededor de una cavidad a través de materiales de ganancia especiales. Sin embargo, cuando se encienden grandes láseres semiconductores, este rebote hacia adelante y hacia atrás crea filamentos- secciones de la luz que rápidamente comienzan a actuar caóticamente.
Para crear un tipo diferente de caos, el paisaje caótico cuántico, el equipo diseñó una nueva forma de cavidad para el láser. La mayoría de las cavidades tienen forma de cuboides, pero al usar una cavidad en forma de D, el equipo pudoinducir el caos cuántico en la luz que rebota.
Este caos cuántico actúa en una escala más pequeña que la longitud de onda de la luz, creando las 'colinas' ópticas que ayudan a disipar los 'tornados' ópticos.
El profesor Hui Cao, de la Universidad de Yale, dijo: "Usamos cavidades caóticas o desordenadas para interrumpir la formación de estructuras autoorganizadas, como filamentos que conducen a inestabilidades".
El equipo obtuvo información sobre los procesos y las formas de cavidad que probablemente creen este tipo de caos cuántico a partir de teorías y experimentos en nanofotónica y nanoplasmónica, estudiando la luz y los metales a escalas de milmillonésimas de metro.
El profesor Hess agregó: "He estado trabajando en la dinámica espacio-temporal y cuántica en láseres desde mi doctorado, por lo que es gratificante volver ahora con el conocimiento adquirido de la nanofotónica y la nanoplasmónica".
"La relación también funciona al revés: con sistemas como este podemos ofrecer nuevas ideas sobre nanofotónica y nanoplasmónica, y unir a las comunidades de nanociencia y láser".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Imperial College de Londres . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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