Un equip internacional liderat per la Universitat formula una teoria que permetrà dissenyar làsers basats en la física quàntica
Un equip d’investigació de cinc països coordinat per Germán J. de Valcárcel Gonzalvo, catedràtic d’Òptica de la Universitat de València, ha desenvolupat una nova teoria
La investigació, publicada aquest dijous en la revista Nature Communications, obri les portes al disseny de nous tipus de làsers, especialment amb materials semiconductors, des de la teoria quàntica, que descriu en particular les interaccions entre els electrons de la matèria i la radiació lluminosa.
Els làsers polsats mode-locked (ML) troben gran varietat d’aplicacions en tècniques medicoquirúrgiques, de microscòpia, espectroscòpia o telecomunicacions, així com en experiments de ciència bàsica que permeten la investigació de fenòmens fonamentals. Són importants també en metrologia de precisió basada en pintes de freqüències òptiques (un tipus de radiació utilitzada, entre d’altres, en tecnologies GPS o en teledetecció), les quals van valdre el Premi Nobel en Física a John L. Hall i Theodor W. Hänsch en l’any 2005.
Els orígens del làsers ML es remunten pràcticament al mateix naixement del làser en 1960, si bé no és fins a l’any 1975 quan es disposa d’una teoria senzilla i predictiva del seu comportament, explica Germán de Valcárcel. Aquest marc, anomenat equació mestra, va ser desenvolupat per Hermann A. Haus i ha estat aplicat amb gran èxit a multitud de tipus de làser ML.
L’equip d’investigació d’Espanya, França, Itàlia, Nova Zelanda i Regne Unit ha treballat sobre les limitacions d’aquesta teoria, que, entre d’altres, no pot explicar el comportament d’aquests làsers quan la resposta del medi amplificador és ràpida respecte a la freqüència de repetició dels polsos.
Per a superar aquesta situació, els investigadors han dut a terme un conjunt d’experiments amb làsers basats en semiconductors que confirmen les prediccions teòriques de la seua proposta —l’equació mestra coherent—, la qual també permet explicar els efectes coherents quàntics observats per altres grups en experiments anteriors.
“La nova teoria obri les portes a explotar la rica fenomenologia d’aquests efectes en el disseny de nous tipus de làser ML, que podrien donar lloc a noves funcionalitats i usos, especialment en àrees com la metrologia de precisió o les comunicacions òptiques”, ha explicat Germán de Valcárcel.
El treball forma part dels objectius del projecte «Dinàmica no lineal i fluctuacions quàntiques de cavitats òptiques» (Projecte d’Investigació d’Excel·lència FIS2017-89988P del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats) del qual Germán de Valcárcel és investigador principal juntament amb Eugenio Roldán, i en el qual participen Fernando Silva i Adolfo Esteban-Martín, tots ells professors i membres del grup d’Òptica Quàntica, Òptica No Lineal i Física del Làser de la Universitat de València.
