ICAL - ‘Optica’ publica el artículo que “demuestra la generación de luz de alta frecuencia con una estructura única” y que “permitirá explorar escenarios inéditos en la interacción de la luz con la materia”

La Universidad de Salamanca lidera la “pionera” investigación internacional sobre luz estructurada ultravioleta, recién publicada por la prestigiosa revista ‘Optica’, en la que “se demuestra la generación de luz de alta frecuencia con una estructura única que conecta una geometría espiral con múltiples direcciones de vibración”. El trabajo recibió financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) dentro del programa de investigación e innovación de la Unión Europea Horizonte 2020.

El estudio, 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, se enmarca dentro del proyecto europeo ‘ERC Attostructura’. La demostración de esta configuración única de luz ultravioleta resulta de una propuesta teórica desarrollada por Alba de las Heras, Julio San Román, Javier Serrano, Luis Plaja y Carlos Hernández-García del Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Usal, demostrada posteriormente en los laboratorios colaboradores de Francia y Estados Unidos.

Según la información aportada por la Usal, una de las “permanentes prioridades” en el ámbito de la óptica es controlar las propiedades de la luz. “Moldear la luz hasta conseguir la estructura idónea para cada aplicación supone un gran reto, ya que es necesario ajustar múltiples parámetros de manera simultánea”, explicaron los autores del trabajo y miembros del Departamento de Física Aplicada de la institución académica a Comunicación Usal.

En palabras de los científicos, “la generación de luz vectorial helicoidal de alta frecuencia supone una nueva herramienta disponible para explorar escenarios inéditos en la interacción de la luz con la materia”. En particular, las singularidades de los vórtices vectoriales “abren perspectivas prometedoras en ámbitos diversos como el magnetismo ultrarrápido, los materiales topológicos, la nanotecnología o las técnicas de imagen de alta resolución”, destacaron.

Tecnología láser

Las ondas electromagnéticas se caracterizan por propiedades como la rapidez, dirección y estado de las oscilaciones, así como por su distribución en el espacio. Estas magnitudes definen la frecuencia, polarización y fase del campo electromagnético. Ahora bien, el desarrollo de la tecnología láser ha permitido que “podamos estructurar un haz de luz, es decir, crear una distribución espacial de fase y con diferentes polarizaciones”.

Mientras que estructurar la luz visible es relativamente sencillo, en el régimen de la radiación ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma, es mucho más complicado, “debido a que la mayoría de los de los dispositivos convencionales no son eficientes para estas radiaciones de alta frecuencia. Por tanto, existe una falta de elementos ópticos para manipular la luz en ese rango espectral, más allá de la luz visible”, subrayaron los investigadores de la Usal.

Configuración única

La investigación teórica y experimental publicada en la revista ‘Optica’ demuestra la producción de un tipo de haz láser en el ultravioleta extremo con “un diseño especial en fase y en polarización”. La distribución de fase presenta una estructura helicoidal característica de los vórtices de luz o “remolinos de luz”, objeto de varios trabajos anteriores del grupo de Grupo de Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca.

Los autores explicaron que “la idea fundamental era controlar las propiedades de la luz ultravioleta actuando sobre la luz infrarroja inicial, gracias a que toda la información está codificada en las leyes físicas de conservación”. De hecho, en este estudio se descubre también “una nueva cantidad conservada en el proceso de generación de armónicos, la carga topológica de 'Pancharatnam', que incluye en su definición tanto el espín como el momento angular orbital del haz de luz”.