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» » Usando plasma para manipular la luz

Referencia: Physics.APS.org .
por Don Monroe, 14 de noviembre 2014

La polarización de un intenso rayo láser, teóricamente, puede ser controlada mediante su mezcla con un segundo haz de un plasma.

La manipulación de la polarización de la luz --la dirección de su campo eléctrico--, es crítica en muchos experimentos ópticos; sin embargo, los láseres avanzados son tan poderosos que destruirían los dispositivos polarizantes ordinarios. Los investigadores ahora, teóricamente muestran que, la polarización de un haz se podría cambiar combinándolo con otro rayo dentro de un plasma. Un potente láser podría dañar un equipo óptico ordinario arrancándole electrones a los átomos, pero el plasma está "ya roto", así que no puede dañarse más por estos intensos rayos, como los que se utilizan en la búsqueda de la energía de fusión.

Los investigadores de la Instalación Nacional de Ignición en el Lawrence Livermore National Laboratory, en California, están tratando de generar la fusión mediante la compresión de una pastilla de combustible con pulsos de enormes láseres. Durante varios años se han estado controlando estos haces, en parte, con estructuras inducidas por láser en el plasma que actúan como espejos de alta potencia. Para un control adicional, Pierre Michel y sus colegas en Livermore, querían manipular la polarización de estos haces intensos. Él dice que el control de la polarización también puede ser útil para una nueva generación de aceleradores de electrones compactos que, actualmente, están en desarrollo, ya que también implican al plasma generado por láser.

Los investigadores utilizaron la teoría para estudiar lo que ocurre con un rayo "sonda" en un plasma cuando se superpone con un fuerte haz de "bombeo" que viaja casi en la misma dirección dentro de un plano horizontal. El campo del haz al ir solo va constantemente empujando y jalando de electrones e iones del plasma, pero debido a que es continuo y rápida la inversión de su dirección, no hay fuerza promedio alguna. Cuando ambos haces están presentes, sin embargo, se interfieren en una dirección de lado a lado (transversal) y crea nodos y antinodos, regiones fijas de un fuerte campo eléctrico máximo y mínimo. La variación espacial periódica del campo eléctrico induce una persistente variación de la densidad del plasma. El haz de sonda ayuda a crear esta variación de densidad, pero al mismo tiempo, las propiedades del haz se ven afectadas por ella.

El equipo describe dos formas de utilizar las ondas de densidad para modificar la polarización del haz de prueba. En el primer esquema, se elige la frecuencia de bombeo, de manera que la onda de luz combinada excita una onda natural del plasma, similar a una onda de sonido. El análisis predice que el haz de sonda se moverá a través de esta onda de densidad de plasma en presencia del haz de bombeo, los fotones de la sonda terminarán por coincidir con el de bombeo, tanto en frecuencia como dirección, dejando atrás un haz de sonda debilitada. Pero esta conversión sólo funciona si ambas polarizaciones son paralelas. Cualquier luz de sonda con polarización perpendicular pasaría a su través sin cambios, por lo que la estructura de plasma actúa como un filtro polarizador tradicional.

En el segundo esquema, el bombeo y la sonda se eligen para que tengan la misma frecuencia. La variación de la densidad estática de plasma resultante resulta de ralentizar la luz de la sonda polarizada verticalmente en comparación con la luz de la sonda de polarización horizontal. Esta velocidad dependiente de polarización se puede utilizar para rotar el ángulo de polarización o para intercambiar la luz que se polariza linealmente (dirección fija de polarización) junto con la luz polarizada circularmente (polarización de rotación). Los haces menos potentes se alteran, de este modo, de forma rutinaria, utilizando unos dispositivos llamados placas de onda, que están hechos a partir de cristales anisótropos.

Se espera que estas nuevas ideas teóricas puedan probarse experimentalmente a principios del próximo año, señala Michel. El equipo de primera de Livermore, está bien posicionado para evaluar los nuevos dispositivos, apunta Dustin Froula, de la Universidad de Rochester en el estado de Nueva York. "Ciertamente no es fácil". Y añade que, con la creciente comprensión de las interacciones láser-plasma de los últimos años, "podemos empezar a diseñar sus efectos en nuestras aplicaciones científicas."


- Fuente: Physical Review Letters.
- Publicación: “Dynamic Control of the Polarization of Intense Laser Beams via Optical Wave Mixing in Plasmas”. P. Michel, L. Divol, D. Turnbull, and J. D. Moody . Phys. Rev. Lett. 113, 205001 (2014) Published November 14, 2014 . | Física 7, 116 (2014) | DOI: 10.1103 / Physics.7.116 .
- Imagen.1. Fusion in a flash. At the National Ignition Facility (NIF) at Lawrence Livermore National Lab, 192 powerful lasers blast a BB-sized fuel pellet inside a metallic cylinder to generate nuclear fusion. LLNL
- Imagen.2. Crossing the beams. A powerful laser beam (blue) can theoretically be polarized by sending it through a plasma where it interacts with a second, more powerful beam (red). Researchers could use this arrangement to manipulate the polarization in other ways, as well. P. Michel/LLNL
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