Nueva fuente de luz coherente

Físicos de EEUU han creado una nueva fuente de luz coherente utilizando cristales de sal común. Las fuentes de luz coherente han sido hasta ahora y durante los últimos 50 años el láser común y los láseres de electrones libres. Las aplicaciones de esta nueva fuente de luz pueden llegar ser importantes en medicina.
La luz coherente es una luz un poco especial. Todos sus fotones tienen la misma frecuencia, o lo que es lo mismo, cada tipo de láser tiene un color específico. Es lo que llamamos monocromático. Además todos ellos parecen ponerse de acuerdo y oscilan exactamente de la misma manera, las crestas y valles de sus ondas coinciden (están en fase) y no se producen interferencias destructivas. La luz láser es por esta razón tan potente e intensa.
Las aplicaciones del láser son innumerables, desde los lectores de CD o DVD, pasando por la posibilidad de poder medir distancias con precisión (incluso la distancia de la Tierra a la Luna), hasta las últimas aplicaciones de óptica adaptativa en Astronomía o en cirugía ocular.
Ahora Evan Reed y sus colegas del MIT y del Lawrence Livermore National Laboratory proponen una nueva fuente de este tipo de luz basada en un mecanismo totalmente distinto al láser común. En el láser (siglas en inglés de luz amplificada mediante emisión estimulada de radiaciones) la luz se produce por emisión estimulada de radiación en el que un fotón dentro de una cavidad estimula la emisión de otros fotones iguales a él cuando se encuentra con un átomo excitado energéticamente. Este efecto en cascada es como el efecto dominó, que además es amplificado por unos espejos y produce finalmente la radiación coherente.
En este nuevo sistema la luz coherente sería producida por una onda de choque en un material cristalino. Su frecuencia está en la región del Terahercio y podría brindarnos un nuevo sistema para estudiar las propiedades cristalinas.
El ancho de banda es muy estrecho por lo que se puede considerar monocromática, y todos los fotones están en fase, dos condiciones para la coherencia.
El equipo utilizó una simulación computacional para predecir las condiciones en las que el fenómeno se presentaría y posteriormente realizaron unos experimentos en los que un choque mecánico en un material piezoeléctrico cristalino consistente en cloruro sódico (principal constituyente de la sal común) producía ondas de choque que finalmente daban lugar a la luz coherente.

En la figura se muestra la emisión coherente de luz de 22Thz en una simulación basada en dinámica molecular en la que una onda de choque atraviesa un cristal de cloruro sódico. A la izquierda se muestra la emisión en función del tiempo mientras que la onda se propaga. A la derecha se muestra la radiación generada en función de su posición dentro del cristal bajo influencia de la onda de choque. Esto indica que la señal coherente de frecuencia 22 THz es generada en el frente de ondas (entre las líneas de puntos). Foto: Lawrence Livermore Lab.

Los investigadores sólo esperaban encontrarse con un destello de luz incoherente pero se encontraron con la sorpresa de luz coherente de entre 1THz y 100THz emergiendo del cristal.
Según el equipo de investigadores la onda de choque hace que los átomos del cristal se muevan de manera sincronizada según esa se mueve a lo largo del cristal. La onda induce oscilaciones tipo dipolo en el material que son las que finalmente producen la radiación observada. La frecuencia observada viene determinada por la velocidad de propagación del frente de ondas y la periodicidad de la estructura cristalina del material.
Esta es la primera vez que se observa luz coherente en un experimento de este tipo.
Según los investigadores este fenómeno se debería de observar en una amplia variedad de materiales y ya planean realizar los experimentos oportunos.
Este descubrimiento no es una curiosidad de laboratorio pues la gama de frecuencias en las que se genera luz coherente (equivalente a una gama de longitudes de onda que va del milímetro a las diez micras en el infrarrojo extremo) no es alcanzada por los láseres convencionales y hay una demanda de ella en ciencias biomédicas y en aplicaciones tecnológicas.
Esta radiación puede traspasar los tejidos humanos sin dañarlos y puede ser utilizada para poder diagnosticar anomalías internas en lugar de los rayos X, pero sin los peligros inherentes de estos últimos.

Referencia: Reed E. J., et al. Phys. Rev. Lett., 96. 013904 (2006).