Un gruppo di ricerca di cinque paesi coordinato da Germán J. de Valcárcel Gonzalvo, Professore di Ottica presso l'Università di Valencia, ha sviluppato una nuova teoria —l'equazione principale coerente— che descrive il comportamento dei laser a impulsi basati su materiali veloci e ne evidenzia gli effetti della coerenza quantistica (la capacità del materiale e degli elettroni della luce di oscillare all'unisono per un po' di tempo). Questi laser possono emettere intensi impulsi di luce di un miliardesimo di secondo a velocità costante e hanno un grande impatto tecnologico e scientifico.

La ricerca, pubblicato questo giovedì sulla rivista Comunicazioni sulla natura , apre le porte alla progettazione di nuove tipologie di laser, soprattutto con materiali semiconduttori, dalla teoria quantistica, che descrive in particolare le interazioni tra la materia e gli elettroni della radiazione luminosa.

I laser pulsati con blocco della modalità (ML) trovano un'ampia varietà di applicazioni in campo medico-chirurgico, microscopia, spettroscopia o tecniche di telecomunicazione, così come negli esperimenti scientifici di base che consentono la ricerca sui fenomeni fondamentali. Sono importanti anche nella metrologia di precisione basata su pettini di frequenza ottica (un tipo di radiazione utilizzato, tra gli altri, nelle tecnologie GPS o di telerilevamento), che ha valso a John L. Hall e Theodor W. Hunsch il Premio Nobel per la Fisica nel 2005.

Le origini dei laser ML risalgono quasi alla nascita stessa del laser nel 1960, anche se solo nel 1975 divenne disponibile una teoria semplice e predittiva del suo comportamento, spiega German de Valcárcel. Questo quadro, chiamata equazione principale, è stato sviluppato da Hermann A. Haus ed è stato applicato con grande successo a una moltitudine di tipi di laser ML.

Il gruppo di ricerca dalla Spagna, Francia, Italia, La Nuova Zelanda e il Regno Unito hanno lavorato sui limiti di questa teoria, quale, tra gli altri, non può spiegare il comportamento di questi laser quando la risposta dell'amplificatore è una frequenza di ripetizione rapida dell'impulso.

Per superare questa situazione, i ricercatori hanno condotto una serie di esperimenti laser basati su semiconduttori che confermano le previsioni teoriche della loro proposta - l'equazione principale coerente - che spiega anche gli effetti quantistici coerenti osservati da altri gruppi in esperimenti precedenti.

"La nuova teoria apre le porte allo sfruttamento della ricca fenomenologia di questi effetti nella progettazione di nuovi tipi di laser ML, che potrebbe portare a nuove funzionalità e usi, specialmente in aree come la metrologia di precisione o le comunicazioni ottiche, " ha spiegato Germán de Valcárcel.