Investigación sobre luz láser de alta frecuencia, Alba de las Heras

La generación de luz láser de alta frecuencia y el control de sus propiedades ópticas son temas que investiga Alba de las Heras en su tesis doctoral, en el grupo de Aplicaciones del Láser y Fotónica de la Universidad de Salamanca (ALF USAL). En particular, ella trabaja en el desarrollo de modelos teóricos y computacionales que permiten guiar e interpretar los resultados experimentales.

Su investigación se encuadra en el ámbito de la Óptica no lineal, en estudiar procesos de conversión de láseres intensos de baja frecuencia hacia el régimen del ultravioleta lejano o rayos X. Los pulsos resultantes son interesantes por su duración temporal extremadamente corta, en el orden del ¡attosegundo o trillonésima de segundo!, y porque alcanzan escalas espaciales nanométricas. Con estos destellos de luz tan breves es posible estudiar fenómenos ultrarrápidos de la naturaleza, como el movimiento de los electrones en los átomos. Por otro lado, la dinámica de los electrones involucrados en el proceso deja su huella en el espectro de altas frecuencias. Alba realizó los cálculos computacionales que condujeron al descubrimiento de un nuevo efecto de correlación electrónica en la espectroscopía de armónicos de orden alto [1]. 

En los átomos, hay varios electrones y éstos interaccionan entre ellos, ese trabajo es una prueba de que los efectos multielectrónicos pueden ser significativos en la interacción láser-materia.

Otro aspecto importante de los procesos de conversión es que ofrecen la oportunidad de estructurar la luz de alta frecuencia. El control de la distribución en el espacio de propiedades como la intensidad, la fase o la polarización permite diseñar nuevas formas de luz estructurada. De hecho, ésta es una de las principales líneas de investigación dentro del proyecto ERC ATTOSTRUCTURA en el que Alba está involucrada. Sin embargo, los elementos ópticos convencionales para moldear la luz en el infrarrojo o en el visible no funcionan en el rango del ultravioleta, rayos X o rayos gamma. 

La fenomenología de la óptica no lineal permite controlar las propiedades de la luz de alta frecuencia actuando sobre láseres de baja frecuencia, gracias a que toda la información está codificada en las leyes físicas de conservación.

Utilizando esta estrategia, una colaboración teórico-experimental entre la Universidad de Salamanca, la Universidad Paris-Saclay y Colorado School of Mines ha generado por primera vez estructuras de luz tan complejas como los vórtices ópticos vectoriales en el ultravioleta lejano. Estos haces de luz combinan una estructura de polarización y de fase, es decir, los autores han “enroscado” los estados de luz ultravioleta en una estructura con forma de hélice para construir una especie de “tornado de luz” con múltiples direcciones de vibración. Todo ello compactado en pulsos de luz de attosegundos que pueden servir para explorar medios inhomogéneos o anisótropos con alta resolución temporal. La investigación ha sido publicada en la revista internacional Optica y está firmada por Alba de las Heras y Alok Kumar Pandey como primeros autores [2]. 

Además de la investigación, Alba está involucrada en la divulgación científica en la asociación OSAL Student Chapter, en el Área Joven de SEDOPTICA, en el Área de Mujer Óptica y Fotónica de SEDOPTICA, y en el Comité de Óptica Cuántica y Óptica No Lineal de SEDOPTICA y de la RSEF.

[1] A. de las Heras, C. Hernández-García, and L. Plaja. “Spectral signature of back reaction in correlated electron dynamics in intense electromagnetic fields”, Physical Review Research, 2, 033047 (2020).

[2] A. de las Heras, A. K. Pandey, J. San Román, J. Serrano, E. Baynard, G. Dovillaire, M. Pittman, C. Durfee, L. Plaja, S. Kazamias, O. Guilbaud, and C. Hernández-García. “Extreme-Ultraviolet Vector-Vortex Beams from High Harmonic Generation”, Optica, 9, 71-79 (2022) .

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