Desde la invención del láser en 1960, la óptica no lineal ha buscado ampliar el espectro de la luz y crear nuevos componentes de frecuencia. Entre las diversas técnicas, la generación de supercontinuo (SC) destaca por su capacidad para producir luz a lo largo de una amplia porción del espectro visible e infrarrojo. Sin embargo, las fuentes tradicionales de SC dependen de una débil no linealidad óptica de tercer orden, lo que requiere longitudes de interacción largas para lograr un amplio output espectral.
En un estudio reciente publicado en Light: Science & Applications, un equipo de investigación colaborativo de la Universidad Aalto, la Universidad de Tampere y la Universidad de Pekín, liderado por el profesor Zhipei Sun, ha demostrado un método revolucionario para generar luz coherente que abarca una octava en la escala profunda de sublongitud de onda (<100 nm). Este enfoque innovador utiliza la conversión de frecuencia no lineal de segundo orden, libre de desajuste de fase, en cristales ultradelgados de seleniuro de galio (GaSe) y óxido de niobio diiodido (NbOI2).
Generación eficiente de luz coherente
Los investigadores lograron generar luz coherente con un ancho espectral de -40 dB que abarca desde 565 hasta 1906 nm mediante un proceso de generación por diferencia de frecuencia. Este avance ha producido una fuente de luz que es cinco órdenes de magnitud más delgada y requiere entre dos y tres órdenes de magnitud menos de potencia de excitación en comparación con las fuentes de luz coherente broadband convencionales basadas en materiales a granel. Además, la eficiencia de conversión por unidad de longitud del cristal de NbOI2, de grosor nanométrico, superó el 0.66% por micrómetro, aproximadamente tres órdenes de magnitud más alta que los métodos típicos a granel.
Para evaluar la coherencia de la luz broadband generada, el equipo utilizó un interferómetro de Michelson, revelando una visibilidad de franjas superior a 0.9, lo que demuestra una coherencia superior en comparación con los diodos superluminescentes estándar y las fuentes SC de pulso largo. Esta excepcional coherencia se debe a la generación por diferencia de frecuencia en los delgados cristales de GaSe y NbOI2, lo que resalta el potencial de esta técnica libre de desajuste de fase para la generación de luz coherente broadband a escala nanométrica.
Con este desarrollo, los «arcoíris nano» podrían revolucionar las fuentes de luz compactas y versátiles con aplicaciones en metrología, espectroscopía y telecomunicaciones, empujando los límites de la manipulación de la luz a la escala más pequeña.
Más información:
Susobhan Das et al, Nanoscale thickness Octave-spanning coherent supercontinuum light generation, Light: Science & Applications (2025). DOI: 10.1038/s41377-024-01660-6
