En el laboratorio de Pulsos Ultracortos del Departamento de Óptica del Centro de Ciencias Aplicadas y Desarrollo Tecnológico se tiene un láser de titanio zafiro de pulsos ultracortos que produce un tren de pulsos a 76 MHz de frecuencia de repetición, con una potencia promedio de salida de 1 W y un ancho temporal entre 100fs y 180fs. Debido a dichas características las posibles aplicaciones de los pulsos de femtosegundos es muy amplia. Por ejemplo: medicina, física de altas energías, micromaquinado, medida de espesores delgados, óptica no lineal, espectroscopia ultrarrápida, química, biología, formación de imágenes topográficas de alta resolución, microscopio no lineal, telecomunicaciones, etc. En varias de las aplicaciones antes mencionadas la recompresión de pulsos con el menor ancho temporal posible y calidad de haz, sólo limitados por su ancho de banda y difracción respectivamente en la posición de la muestra, es de fundamental interés. La recompresión espacial de pulsos se logra utilizando sistemas refractivos como lentes simples, dobletes acromáticos u objetivos de microscopio. Cuando se utilizan sistemas refractivos para enfocar pulsos ultracortos, hay tres efectos que limitan la recompresión mínima temporal así como la calidad del haz enfocado: la dispersión de la velocidad de grupo (GVD), la diferencia en el tiempo de propagación de los pulsos que inciden a diferentes alturas en la lente (PTD) y las aberraciones de la lente. El análisis teórico de pulsos ultracortos en la región focal de lentes simples ideales y reales y dobletes acromáticos ideales ha sido analizado por diferentes autores. Lentes simples ideales quiere decir que la imagen está limitada por difracción y reales que presentan aberraciones. Para ambas se produce un ensanchamiento temporal del pulso producido por el efecto de PTD. En lentes acromáticas ideales, donde la aberración cromática longitudinal es nula, la PTD es cero. La responsable de este proyecto ha estudiado el caso de dobletes acromáticos reales, i.e., que se compran de catálogos y que han sido diseñados y optimizados usando programas de diseño óptico profesionales, mostrando que debido a la presencia de un remanente de color conocido como espectro secundario que existe en estas lentes, la PTD no es cero excepto para una longitud de onda. También ha mostrado que en el diseño de un sistema óptico que cumple con la condición de apocromatismo se disminuye la PTD prácticamente a cero. Un objetivo de microscopio de abertura numérica grande es un ejemplo de un sistema apocromático. De todos los trabajos que conocemos en este tema, únicamente dos de ellos presentan algunos resultados experimentales sobre PTD para pulsos en el visible y ultravioleta. En ninguno de estos dos trabajos experimentales se menciona si la iluminación del haz pulsado en la lente es homogénea o si tiene una modulación espacial gaussiana, siendo que la mayoría de los pulsos ultracortos tienen una modulación espacial gaussiana. En cuanto a los análisis teóricos hechos hasta ahora suponen que la iluminación del pulso que incide en la lente es homogénea. Un par de trabajos menciona que el efecto de la modulación gaussiana es disminuir el efecto de la PTD pero no se sabe cuánto ni como varía en las diferentes regiones espectrales. En este proyecto planteamos modelar teóricamente y verificar experimentalmente el enfocamiento de pulsos ultracortos, del orden de 100fs y para una longitud de onda de 800nm, producido por lentes simples y acromáticas ideales y reales. Analizar de forma teórica y experimental el efecto temporal y espacial del pulso para diferentes posiciones del detector con respecto a la región focal de la lente y para iluminaciones homogéneas y con modulación espacial gaussiana.

Muchos experimentos que utilizan pulsos ultracortos y que también utilizan lentes para su enfoque pueden ser mejorados si se caracterizan dichas lentes con el fin de entender cuales son los efectos que afectan la calidad del haz y la duración temporal del pulso en la región focal de la lente o sistema óptico. El análisis de estos sistemas ópticos será de gran relevancia en el campo de la óptica ultrarrápida, en donde la compensación de un par de decenas hasta unos cuantos femtosegundos es importante. La contribución de este proyecto consistirá en entender como se generan estos efectos, como dependen de los parámetros del pulso y de la lente, para posteriormente optimizar el enfoque temporal y espacial del pulso, ya sea usando óptica comercial o con la propuesta de nuevos diseños de sistemas ópticos. Asi como ser los pioneros en México en realizar la caracterización de pulsos ultracortos en la región focal de lentes y sistemas ópticos. A nivel internacional será la primera vez que se verifiquen experimentalmente los resultados teóricos en la región del infrarrojo y que se realice un análisis teórico y su correspondiente verificación experimental del efecto de la modulación espacial Gaussiana del haz que incide en la lente sobre la diferencia en el tiempo de propagación, PTD.