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JUGANDO A DOMESTICAR LA LUZ: LUZ LENTA Y LUZ RÁPIDA.
Pulsos de luz que al atravesar un material viajan más lentos que una persona caminando, o que se detienen en el interior del material y se quedan esperando la orden para salir, o cuyo pico sale del material antes de entrar, en definitiva pulsos de luz domesticados: ¿ficción o realidad?
Dispositivo experimental de luz lenta y luz rápida con fibras dopadas con erbio llevado a cabo en la Escuela Universitaria de Óptica de la Universidad Complutense de Madrid.
Los experimentos que despertaron el interés actual por este tema fueron los llevados a cabo en la Universidad de Harvard (EE.UU.) por la Profesora Lene Hau y sus colaboradores en 1999 en los que lograron propagar pulsos de luz en una celda con gas de átomos de sodio enfriados a una velocidad de unos pocos metros por segundo. Dos años después consiguieron detener un pulso de luz en el interior de la celda y hacerle salir en el momento deseado empleando un haz láser auxiliar. En el 2000, el Profesor Wang y sus colaboradores en Princeton consiguieron que un pulso de luz viajara a través de una celda con gas de átomos de cesio mucho más rápido que la velocidad a la que viaja la luz en el vacío (c=300.000 km/s), e incluso observaron como el pico del pulso salía de la celda de gas antes de entrar, es decir, el pulso viajaba a lo que se conoce como velocidades negativas. Estos experimentos requerían sistemas sofisticados.
Un grupo de investigación de la Escuela Universitaria de Óptica de la Universidad Complutense de Madrid (UCM) ha conseguido controlar la velocidad de los pulsos de luz en fibras ópticas dopadas con iones de erbio (como las utilizadas en telecomunicaciones) a temperatura ambiente. Han conseguido propagar pulsos de luz desde velocidades por debajo de la del sonido o la de un avión, hasta velocidades superiores a c, alcanzando velocidades negativas. El método que han utilizado está basado en un fenómeno óptico denominado “oscilaciones coherentes de la población” que fue empleado por primera vez por el grupo del Profesor Boyd en la Universidad de Rochester.
Bajo determinadas condiciones, un haz láser auxiliar genera un hueco espectral estrecho en la curva de absorción de los iones de erbio que dopan la fibra óptica. Otro haz de luz cuya frecuencia sea próxima al haz auxiliar puede aprovechar dicho hueco de transparencia y así viajar a través de la fibra sin ser absorbido y con una fuerte dispersión, permitiendo velocidades de propagación extremadamente lentas. Cuando la fibra óptica es bombeada el hueco espectral se genera dentro de la curva de amplificación dando lugar a velocidades de propagación muy superiores a c.
Cambio de la velocidad de propagación de la luz al variar la frecuencia de las señales moduladas que se propagan por las fibras. La línea negra continua es la señal luminosa modulada que se propaga por la fibra y la línea roja discontinua la que se propaga en el vacío.
Este grupo de investigación ha propuesto distintos mecanismos para variar de forma continua y controlada la velocidad de propagación de la luz a lo largo de las fibras ópticas. Recientemente han conseguido variar la velocidad de propagación de una señal luminosa modulada en amplitud variando su frecuencia de modulación. Para ello han empleado fibras ópticas altamente dopadas con iones de erbio y han observado como una señal luminosa modulada en amplitud que se propaga a velocidades ultra-lentas (retrasada respecto a la que propaga en el vacío) puede pasar a propagarse a velocidades muy rápidas (adelantada con respecto a la que se propaga en el vacío) al aumentar su frecuencia de modulación.
Estos sorprendentes resultados se han conseguido en el Laboratorio de Coherencia Cuántica de la Escuela Universitaria de Óptica de la UCM empleando un dispositivo “standard” de comunicaciones ópticas por fibra a temperatura ambiente, lo cual facilitará su transferencia al campo tecnológico. Una de las aplicaciones más prometedoras es la creación de redes de comunicación totalmente ópticas, ya que el control de los retardos de pulsos de luz por métodos ópticos (sin necesidad de intercambios electrónico-óptico) permitirá la sincronización y la distribución de altas tasas de transferencia de información.
+ información:
» Laboratorio de Coherencia Cuántica de la UCM
» Experimentos Profesora Lene Hau
» Grupo del Profesor D. Gauthier
Autores: Sonia Melle y Oscar Gómez Calderón
Laboratorio de Coherencia Cuántica
Departamento de Óptica
Escuela Universitaria de Óptica
Universidad Complutense de Madrid