La interacción física entre sistemas acoplados, un fenómeno conocido como acoplamiento, puede generar efectos inesperados y únicos. En óptica, la interacción entre fuentes de luz acopladas, como los láseres, puede producir patrones de luz complejos que no se logran con un solo emisor. Un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard, Politecnico di Torino y TU Wien ha demostrado que un conjunto de láseres de anillo semiconductores acoplados puede generar patrones ópticos inéditos, imposibles de obtener con un solo láser. Su estudio, publicado en Physical Review Letters, podría abrir nuevas oportunidades en espectroscopía y sistemas láser en chip.
El trabajo se basa en estudios previos con láseres cuánticos en cascada (QCLs), para los que se observó la emisión espontánea de «pulsos oscuros de luz», conocidos como solitones de Nozaki-Bekki. Motivados por estos hallazgos, los investigadores exploraron cómo el acoplamiento fuerte entre múltiples láseres de este tipo podía dar lugar a nuevos estados de luz, combinando la dinámica rápida y no lineal de los QCLs con sistemas multirresonadores.
Para su experimento, emplearon láseres de anillo semiconductores acoplados en forma de resonadores especiales unidos en sus secciones rectas. En cada anillo, la luz puede circular en sentido horario o antihorario, permitiendo el intercambio de luz entre ellos. Cuando dos osciladores están fuertemente acoplados, sus frecuencias resonantes se separan o «hibridan», fenómeno que los investigadores confirmaron inyectando luz en uno de los anillos y midiendo la salida en el otro.
A diferencia de los métodos convencionales de acoplamiento entre osciladores, el equipo consiguió que las frecuencias de ambos láseres se sincronizaran formando dos peines de frecuencia distintos, cada uno correspondiente a un conjunto de modos hibridados. Sorprendentemente, un conjunto de frecuencias generó un pulso oscuro, mientras que el otro produjo un pulso brillante, un fenómeno nunca antes observado en un láser semiconductor en funcionamiento libre.
Este avance permitió a los investigadores generar pulsos de luz ultracortos y brillantes simplemente ajustando la polarización de cada láser en su sistema. Además, lograron la emisión de pulsos oscuros, lo que podría inspirar futuras investigaciones. Estas propiedades pueden aplicarse en espectroscopía de doble peine, técnica en la que ambos peines de frecuencia pueden analizar líneas de absorción de gases. Al mezclar las señales resultantes en un detector, la absorción óptica se convierte en una señal eléctrica utilizable.
Los hallazgos del equipo abren la posibilidad de diseñar nuevas tecnologías ópticas, como sistemas de comunicación avanzados, herramientas espectroscópicas y chips fotónicos. Los investigadores planean expandir su estudio a sistemas con más de dos láseres acoplados, explorando qué sucede al conectar tres o cuatro pistas de carreras, o incluso matrices de anillos. Este trabajo sienta las bases para nuevas investigaciones sobre estados coherentes de luz en sistemas multirresonadores.
Fuente: Phys.org
