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Infrarrojo, visible y chips: óptica y electrónica

Por Alberto Requena y Luis Manuel Tomás

Desde la aparición en escena de los láseres ha sido una constante la búsqueda de dispositivos capaces de emitir luz coherente de cualquier frecuencia

Publicado: Domingo, 16/9/2007 - 0:17  | 5134 visitas.

Imagen: Ecuador Ciencia
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En realidad el primer Laser fue un Maser, porque emitía en el rango de microondas. Pero con el tiempo el término luz ha ido incorporando un rango mayor y hoy dia se confunde luz con radiación, sea esta de cualquier parte del espectro electromagnético.

No es nada fácil conseguir efecto láser a cualquier frecuencia. El medio activo de un láser tiene unos niveles de energía concretos y el paso de uno a otro es el implicado en la emisión de radiación. Ello quiere decir que sintonizar cualquier frecuencia no es una tarea simple. De hecho han sido siempre soluciones externas las que se han propuesto para conseguir emisiones láser en cualquier frecuencia. Láseres de colorante primero, que empleaban compuestos colorantes orgánicos que disponen sus niveles de vibración muy próximos y es posible sintonizar en un rango de frecuencias y después mediante el empleo de óptica no lineal que permite que a partir de una longitud de onda emerjan otras diferentes. Con el advenimiento de los láseres de semicondutor, el abanico se ha ampliado notablemente y hoy la gama de frecuencias láser es bastante amplia.

Si enfocamos un láser rojo sobre un cristal no es de esperar que por el otro emerja una luz de color azul, pongamos por caso. Pero si la intensidad es muy elevada podría ocurrir. La combinación y redistribución de las ondas y energía que transportan pueden provocarlo. Así se han construído los osciladores paramétricos. Se alimentan con un láser de una sola frecuencia y variando el ángulo de incidencia sobre un cristal brirrefringente emergen dos longitudes de onda diferentes.

La cuestión estriba en que las intensidades requeridas hasta el presente para conseguir el efecto han sido muy elevadas y la cuestión era conseguir el efecto a partir de muy poca potencia. Vahala y Carmon, dos científicos de Caltech han encontrado la forma de producir un haz de luz visible a partir de una fuente infrarroja con una potencia inferior a un miliwatio. La radiación infrarroja se emplea en telecomunicaciones a través de fibra óptica y se dispone de tecnología adecuada para producirla, amplificarla y manipularla, en especial el infrarrojo cercano. Con este descubrimiento se consigue que la luz infrarroja no visible se pueda ver.

La óptica no lineal es operativa en regimen de alta intensidad. La analogía con el tráfico es inmediata. Cuando en una autovia hay poco tráfico no hay diferencia alguna si se duplica el número de vehículos, todos circulan plácidamente bajo una respuesta lineal, el flujo es el doble. Si el tráfico es muy denso y la autovía está al borde de su capacidad, los vehículos dejan de actuar de forma independiente y la respuesta ya no es lineal. Algo parecido ocurre con la luz. A elevadas intensidades es muy probable que los fotones choquen entre sí y produzcan otros fotones.

La óptica no lineal requiere usualmente intensidades de megavatios, pero la estrategia que se ha seguido ahora ha cambiado radicalmente. Siguiendo con la analogía, la congestión la han conseguido a partir de flujos mucho menores obligando a que el tráfico entre en una redonda sin salida. Han empleado una especie de donut, que es la forma que le han dado al resonador, que han construído con una sección como la de un cabello humano. Acumulan potencia de forma que un sólo miliwatio de luz infrarroja puede originar un flujo interno de 300 vatios, con lo que la amplificación es enorme. Con esta luz infrarroja atrapada en el interior la colisión de tres fotones infrarrojos puede generar luz visible al combinarse en un solo fotón de frecuencia triple, es lo que se denomina tercer armónico, por razones obvias.

El dispositivo triplica la frecuencia de la luz y opera en un amplio rango de frecuencias. Esto significa que se puede acceder al rango completo del visible, e incluso al ultravioleta. Es la primera vez que se consigue en un chip. Estamos ante una realización de enorme envergadura por la gran cantidad de aplicaciones de la luz coherente. Es un dispositivo óptico en un chip de silicio, accesible a la electrónica ordinaria de los ordenadores. Se abre la enorme puerta de la integración de la óptica y la electrónica sobre el mismo chip y el acceso a las técnicas de fabricación de gran escala y bajo coste de producción

Publicado originalmente en El Faro de Murcia (España)

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