Nuevo dispositivo amplía los haces de luz 400 veces

Nuevo dispositivo amplía los haces de luz 400 veces
Al usar ondas de luz en lugar de corriente eléctrica para transmitir datos, los chips fotónicos (circuitos para la luz) han avanzado la investigación fundamental en muchas áreas, desde el cronometraje hasta las telecomunicaciones.

Pero para muchas aplicaciones, los rayos de luz estrechos que atraviesan estos circuitos deben ampliarse sustancialmente para poder conectarse con sistemas más grandes, fuera de chip.

Los haces de luz más amplios podrían aumentar la velocidad y la sensibilidad de los procedimientos de diagnóstico e imagen médica, los sistemas de seguridad que detectan trazas de sustancias químicas tóxicas o volátiles y los dispositivos que dependen del análisis de grandes grupos de átomos.

Los científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) han desarrollado un convertidor altamente eficiente que aumenta el diámetro de un haz de luz 400 veces.

El físico del NIST Vladimir Aksyuk y sus colegas, incluidos investigadores de la Universidad de Maryland NanoCenter en College Park, Maryland, y la Texas Tech University en Lubbock, describieron su trabajo en la revista Light: Science and Applications .

La losa mantiene el ancho estrecho de la luz en la dimensión vertical (de arriba a abajo), pero no proporciona tales restricciones para la dimensión lateral o lateral.

A medida que la brecha entre la guía de ondas y la losa cambia gradualmente, la luz en la losa forma un haz dirigido con precisión 400 veces más ancho que el diámetro de aproximadamente 300 nm del haz original.

En la segunda etapa de la expansión, que amplía la dimensión vertical de la luz, el haz que viaja a través de la losa encuentra una rejilla de difracción. Este dispositivo óptico tiene reglas o líneas periódicas, cada una de las cuales dispersa la luz.

El equipo diseñó la profundidad y el espaciado de las reglas para variar de modo que las ondas de luz se combinen, formando un único haz ancho dirigido casi en ángulo recto a la superficie del chip.

Es importante destacar que la luz permanece colimada, o precisamente paralela, durante todo el proceso de expansión de dos etapas, de modo que permanece en el objetivo y no se extiende.

El área del haz colimado ahora es lo suficientemente grande como para recorrer la larga distancia necesaria para probar las propiedades ópticas de grandes grupos difusos de átomos.

Trabajando con un equipo liderado por John Kitching de NIST en Boulder, Colorado, los investigadores ya han usado el convertidor de dos etapas para analizar con éxito las propiedades de unos 100 millones de átomos de rubidio gaseosos mientras saltaban de un nivel de energía a otro.

Esa es una importante prueba de concepto porque los dispositivos basados ​​en interacciones entre la luz y los gases atómicos pueden medir cantidades como el tiempo, la longitud y los campos magnéticos y tener aplicaciones en navegación, comunicaciones y medicina.

«Los átomos se mueven muy rápido, y si el haz que los controla es demasiado pequeño, se mueven dentro y fuera del haz tan rápido que se vuelve difícil medirlos» con un dispositivo, dijo Kitching. «Con rayos láser grandes, los átomos permanecen en el haz por más tiempo y permiten una medición más precisa de las propiedades atómicas», agregó. Tales mediciones podrían conducir a mejores estándares de longitud de onda y tiempo.

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