Desactivación por láser

En física óptica , la desafinación láser es la sintonización de un láser a una frecuencia que está ligeramente desviada de la frecuencia de resonancia de un sistema cuántico . Cuando se usa como sustantivo, la desafinación láser es la diferencia entre la frecuencia de resonancia del sistema y la frecuencia óptica del láser (o longitud de onda ). Los láseres sintonizados a una frecuencia por debajo de la frecuencia de resonancia se denominan desafinados al rojo y los láseres sintonizados por encima de la resonancia se denominan desafinados al azul . ^[1]

Consideremos un sistema con una frecuencia de resonancia en el rango de frecuencia óptica del espectro electromagnético , es decir, con una frecuencia de unos pocos THz a unos pocos PHz, o equivalentemente con una longitud de onda en el rango de 10 nm a 100 μm. Si este sistema es excitado por un láser con una frecuencia cercana a este valor, la desafinación del láser se define entonces como: Los ejemplos más comunes de tales sistemas resonantes en el rango de frecuencia óptica son las cavidades ópticas (espacio libre, fibra o microcavidades ), los átomos y los dieléctricos o semiconductores . ${\displaystyle \omega _{0}}$${\displaystyle \omega _{L}}$$${\displaystyle \Delta \omega \ {\overset {\underset {\mathrm {def} }{}}{=}}\ \omega _{L}-\omega _{0}}$$

La desintonización del láser es importante para un sistema resonante como una cavidad porque determina la fase (módulo 2π) adquirida por el campo láser en cada recorrido de ida y vuelta. Esto es importante para procesos ópticos lineales como la interferencia y la dispersión, y extremadamente importante para procesos ópticos no lineales porque afecta la condición de coincidencia de fase .

Los láseres se pueden desafinar en el marco del laboratorio para que se desplacen por efecto Doppler a la frecuencia resonante en un sistema en movimiento, lo que permite que los láseres afecten solo a los átomos que se mueven a una velocidad específica o en una dirección específica y hace que la desafinación del láser sea una herramienta central del enfriamiento del láser ^[2] y las trampas magnetoópticas . ^[1]

De manera similar al enfriamiento de átomos por láser, el signo de la desafinación juega un papel importante en las aplicaciones optomecánicas . ^{[3] [4]} En el régimen desafinado en rojo, el sistema optomecánico experimenta enfriamiento y transferencia de energía coherente entre la luz y el modo mecánico (un " divisor de haz "). En el régimen desafinado en azul, experimenta calentamiento, amplificación mecánica y posiblemente compresión y entrelazamiento . El caso de resonancia activa cuando la desafinación del láser es cero, se puede utilizar para una detección muy sensible del movimiento mecánico, como el utilizado en LIGO .

Otra aplicación de la desintonización láser es la estabilización láser. La técnica Pound-Drever-Hall es un método de estabilización láser que emplea bandas laterales desintonizadas rojas y azules de un láser portador. La intensidad de la luz reflejada en una cavidad se utiliza para medir la longitud de onda de un láser. La reflexión mínima se corresponde con la frecuencia del láser que resuena con la cavidad, por lo que la frecuencia se modula para minimizar la potencia reflejada. Sin embargo, la reflexión en una cavidad es una función par, por lo que no puede indicar en qué dirección debe moverse la frecuencia láser emitida para coincidir con la frecuencia resonante de la cavidad. Las bandas laterales se utilizan para aproximar la pendiente de una función de reflexión como una función de la frecuencia, lo que genera una función de error impar que se puede utilizar para bloquear un láser indicándole en qué dirección debe moverse la frecuencia. ^[5]

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