DEILAP - CITEDEF
Departamento de Investigaciones en Láseres y sus aplicaciones

Laboratorio de Láseres Moleculares

Investigador responsable:
Dr. Jorge Codnia
– Director de proyectos (Id B2 de RPIDFA) de CITEDEF.
– Profesor Adjunto Regular. Universidad Nacional de General Sarmiento.
- Tel: +54 11 4709-8100  int 1201
- Mail: jcodnia@citedef.gob.ar

 

Actividades:
En el Laboratorio de láseres moleculares (LLM) se explotan los fenómenos de interacción luz-materia para desarrollar actividades de investigación fundamental y aplicada en óptica, física atómica y molecular. Para ello se cuenta con amplia experiencia en el montaje y/o construcción de láseres sintonizables en infrarrojo cercano (láseres semiconductores) y medio (TEA-CO2), utilizados en experimentos de sensado y manipulación de la materia. También se cuenta con experiencia en el desarrollo de instrumentación para control experimental, basado en electrónica analógica y/o digital. En el laboratorio se realizan experimentos de espectroscopía, disociación e ionización multifotónica con diferentes técnicas según el campo de aplicación, que incluyen: estudios de cinética química, separación isotópica, espectroscopía láser sub-Doppler, metrología y control estable de láseres. También se desarrollan trabajos en colaboración con laboratorios externos en los que las técnicas desarrolladas en el LLM son aplicadas en control coherente de estados electrónicos (LIAF-UBA), estabilización láser para realización del metro (Metrología física - INTI) o sensado por fibra óptica (TeCIP, Italia).

Líneas de trabajo:

Separación isotópica por láser:
Desde hace muchos años en la división Fotofísica Láser en Gases y, más recientemente en la división Láseres Moleculares, se realizan estudios de Separación Isotópica por Láser. Se ha trabajado en el enriquecimiento isotópico de varios tipos de elementos como ser:  isótopos de hidrógeno en sistemas CDCl3/CHCl3, isótopos de nitrógeno en sistemas con NO/CO2, nitrometano (CH3NO2) y amoníaco (NH3) y más recientemente con isótopos de silicio utilizando SiF4 como molécula de trabajo. En general utilizamos la técnica de disociación multifotónica infrarroja (DMFIR) para la disociación selectiva de isótopos y varias técnicas para analizar la eficiencia y selectividad del proceso. La técnica DMFIR requiere de láseres de alta potencia sintonizables de el IR medio. Para ello se desarrollaron láseres de CO2 TEA utilizando 12CO2 y 13CO2 de forma de poder sintonizarlos en la banda de 9 a 11 μm. Se realizaron trabajos en celda estanca en un régimen de alta presión (régimen colisional), en sistemas de flujo de muy baja presión y en el régimen de jet molecular (régimen no colisional). Entre las técnicas analíticas podemos mencionar: fluorescencia IR, espectrometría IR, espectrometría de masas cuadrupolar, espectroscopía fotoacústica y más recientemente espectrometría de masas por tiempo de vuelo. En esta última, los iones han sido generados a partir de la ionización multifotónica UV (UV-MPI) y REMPI. Con el objetivo de mejorar la eficiencia de disociación y la selectividad, se desarrolló la técnica de “2 frecuencias” utilizando 2 láseres de CO2 retardados entre sí. La técnica consiste en excitar selectivamente la muestra mediante un primer pulso de baja potencia pero muy resonante con el isótopo de interés y luego la disociación mediante un segundo pulso mucho más potente y espectralmente corrido hacia el rojo. Esta técnica permitió una mejora de más de un orden de magnitud tanto en la eficiencia de disociación como en la selectividad respecto de la de una sola frecuencia.

Metrología y control láser:
En el grupo se desarrolla instrumentación y técnicas de control láser con aplicaciones en manipulación de frecuencia óptica de alta precisión y metrología. Los desarrollos incluyen el diseño de electrónica específica y la utilización de dispositivos embebidos programables (microcontroladores, FPGA) para estabilización de temperatura, corriente, potencia óptica y la aplicación de técnicas de estabilización con medición sensible a fase (amplificación lock-in). Esta última se ha utilizado para estabilizar la frecuencia de emisión de láseres semiconductores a referencias espectrales, generando patrones metrológicos de longitud de onda, y para la realización de un reloj atómico de rubidio basado en láser.

Proyectos Actuales:

Nuevas Tecnologías Satelitales - Comunicaciones Cuánticas y Sincronización Óptica - Fase1.  NTS - COM. 2021.
Programa “Desarrollo de Nuevas Tecnologías Aplicables a Nano Satélites”. MINDEF.
Áreas ejecutantes:

  • División Láseres Moleculares (DEILAP-CITEDEF)
  • División Óptica Cuántica (DEILAP-CITEDEF)
  • División Microelectrónica (DEA-CITEDEF)
  • División Navegación y Guiado (DEA-CITEDEF) y Departamento de Mecánica Aplicada (DMA-CITEDEF)

La Distribución Cuántica de Claves criptográficas basada en enlaces tierra-satélite se muestra como la opción más eficiente para establecer una red de comunicaciones cuánticas a nivel global, explotando la atenuación de intensidad y decoherencia casi nulas del espacio exterior. En experimentos de comunicaciones ópticas satelitales, y en particular en aplicaciones de comunicaciones cuánticas, para obtener una buena relación señal ruido, no se puede simplemente aumentar la potencia de la señal emitida, sino que es preciso reducir al máximo la atenuación del canal y el ruido de fondo, manteniendo una alta direccionalidad del enlace.

Entonces, para obtener un enlace óptico altamente direccional y eficiente entre un satélite de tipo LEO (Low Earth Orbit) y una Estación Terrena Óptica (ETO) es preciso contar con haces de divergencia controlada y un sistema de apuntamiento, seguimiento y puntería que supere al propio control de actitud ADCS estándar de un satélite, que combine haces auxiliares de puntería y sistemas de control grueso y fino que actúen sobre la óptica del telescopio emisor/receptor del enlace óptico. Esta tarea implica la acción de dos sistemas ópticos contrapropagantes actuando sobre sistemas de puntería angular, para mantener en forma activa la puntería entre ambas estaciones En el marco del recientemente relanzado Programa de Acceso al Espacio del MINCyT, se proponen como objetivos de última instancia establecer enlaces satelizables para aplicaciones de comunicaciones cuánticas y cronometría óptica

Tecnologías Cuánticas en Fibra Óptica. PITES 42. 2020.

Proyectos Interinstitucionales en Temas Estratégicos. MINCyT.

Áreas ejecutantes:

  • División Láseres Moleculares (DEILAP-CITEDEF)
  • Departamento de Óptica Dimensional (INTI)
  • Laboratorio de Iones y Átomos Fríos (IFIBA-UBA)

El objetivo es la generación y diseminación de patrones de frecuencia metrológicos en fibra óptica. Este proyecto está inserto en una iniciativa interinstitucional para el desarrollo de comunicaciones cuánticas seguras y la diseminación de patrones de frecuencia metrológicos a través de una red de fibra óptica. Dicha iniciativa se basa en la interconectividad de varias instituciones (INTI-CITEDEF-IFIBA) mediante el uso de fibra óptica dedicada y los desarrollos científicos/tecnológicos a realizar por cada grupo. Se propone, por un lado, desarrollar un patrón de frecuencia metrológico en 1542 nm, la banda de comunicaciones ópticas. Este desarrollo se transferirá al grupo de Metrología Óptica del INTI. Por otro lado, se realizarán estudios y se desarrollarán estrategias para poder enviar distintos patrones ópticos por la red de fibra manteniendo la calidad de los mismos. Como resultado de estos trabajos se deberá poder compensar y corregir los efectos de la atenuación y degradación de la señal por el ruido de fase inducido en la fibra óptica debido a las condiciones ambientales.

Desarrollo de métodos y algoritmos para la generación de un patrón de tiempo/frecuencia a partir de varios relojes atómicos. CITEDEF 2021. MINDEF.

Áreas ejecutantes:

  • División Láseres Moleculares (DEILAP-CITEDEF)
  • División Comunicaciones y Telemetría (DEA-CITEDEF)

El objetivo es generar un patrón de tiempo y frecuencia con una estabilidad superior a la asociada a un único reloj atómico. Para lograrlo se utilizarán 5 relojes atómicos y se conseguirá, mediante métodos y algoritmos de control, un promedio ponderado de las señales asociadas a tiempo y frecuencia. El producto final será un módulo basado en electrónica programable del tipo FPGA que generará las señales asociadas a dicho patrón de tiempo y de frecuencia.

La hora oficial que provee el estado argentino es vulnerable a ataques cibernéticos. En vista de esto entre 5 instituciones (CITEDEF, IGN y SHN dependientes de MINDEF y AGGO e INTI) elaboramos un proyecto denominado Fortalecimiento de la Base de Tiempo para la Hora Oficial de la República Argentina, el cual propone el desarrollo e implementación de una base de tiempo, hora y red de sincronismo redundante e independiente de sistemas de transferencia de tiempo mantenidos por otros estados soberanos que incorpore las señales provenientes de todas las instituciones y laboratorios de Tiempo y Frecuencia existentes en la República Argentina. Entre éstas figuran el AGGO, el Laboratorio de Tiempo y Frecuencia del INTI, el IGN y el Observatorio Naval Buenos Aires (ONBA) dependiente del SHN. Además de destacar la importancia del proyecto en materia de ciberdefensa, el proyecto describe también las implicaciones tecnológicas y científicas relacionadas con el desarrollo de algoritmos de tiempo y frecuencia para el estudio de la obtención de datos de tiempo de alta precisión.

Ionización Multifotónica Incrementada por Resonancia (REMPI) de Moléculas de Interés Tecnológico. CITEDEF 2020.

Áreas ejecutantes: División Láseres Moleculares (DEILAP-CITEDEF).

El objetivo de este proyecto es la puesta en marcha de la técnica Ionización Multifotónica Incrementada por Resonancia (REMPI) en la facilidad de Fotólisis de Destello implementada en el laboratorio SILAR del DEILAP. Dicha técnica se caracterizará con la molécula de fenilsilano (C6H5SiH3).

Para la realización de estos estudios se han desarrollado los láseres moleculares de CO2 TEA, las técnicas experimentales de Fluorescencia Inducida por Láser y Disociación Multifotónica Infrarroja con detección por Tiempo de Vuelo. También debimos introducirnos en los Métodos de Química Cuántica para el análisis de los resultados y con el fin de poseer la capacidad de predicción en experimentos futuros.

Este estudio refuerza, desde un punto de vista general, la línea de investigación de enriquecimiento isotópico por láser y, en un punto más particular, la técnica analítica de detección de iones por espectrometría de masas. Esta nueva capacidad permitirá potenciar la facilidad de fotólisis de destello con espectrometría de masas desarrollada durante estos años.

Publicaciones más recientes:

  1. FPGA-based high-speed optical fiber sensor based on multitone-mixing interferometry. Javier Elaskar, Marcelo Luda, Lorenzo Tozzetti, Jorge Codnia, Claudio J. Oton. IEEE Transactions on Instrumentation & Measurement (2022) DOI:10.1109/TIM.2022.3165291
  2. High-speed FBG interrogator based on fiber interferometry and FPGA real-time processing. Elaskar, J., Luda, M., Codnia, J., & Oton, C. J. 2021 IEEE Photonics Conference (IPC),1-2 (2021). DOI:10.1109/IPC48725.2021.9592856
  3. Quantum chemical and kinetic study of the CCl2 + HCl → CHCl3 insertion reaction. D. Gómez, M.L. Azcárate, J. Codnia, C.J. Cobos. Computational and Theoretical Chemistry. 1176, (2020), 112742. DOI:10.1016/j.comptc.2020.112742
  4. Compact embedded device for lock-in measurements and experiment active control. M. Luda, M Drechsler, C. T. Schmiegelow, J. Codnia . Review of Scientific Instruments. 90, 023106 (2019). DOI:10.7149/OPA.51.1.49037
  5. Canales de mínima energía para las reacciones del radical CCl2 con O2(1Σg) y O2(1∆g). N. Gómez, J. Codnia , M.L. Azcárate, J. Cobos. Anales AFA, Vol 30, N0 1, 1-5, 2019. DOI:10.31527/analesafa.2019.30.1.1
  6. Optical frequency reference stabilized to Rb D2 transition controlled by FPGA Lock-In Module. M. Luda, J. Codnia. Óptica Pura y Aplicada. Sociedad Española de Óptica. Vol 51, 49037:1, N o 1, (2018), 1-11. https://opa.sedoptica.es/es/articulo/1014
  7. Quantum chemical and kinetic study of the CCl2 self-recombination reaction. D. Gómez, J. Codnia , M.L. Azcárate, C. J. Cobos. Computational and Theorical Chemistry. 1121, (2017), 1-10. DOI:10.1016/j.comptc.2017.10.004
  8. Silicon Isotope Separation by 2 frequency IRMPD. M. Risaro, V. D’Accurso, J. Codnia , M.L. Azcárate. Óptica Pura y Aplicada. Sociedad Española de Óptica. Vol 50, No 3, 229-237 (2017). https://opa.sedoptica.es/es/articulo/980
  9. Silicon Isotope Enrichment. J. Codnia, V. D’Accurso, A. Alcaráz , M.L. Azcárate. Proceedings of the 13th Workshop on Separation Phenomena in Liquids and Gases. SPLG 2015, 77-84 (2015).
  10. Determinación teórica de la constante de velocidad de la reacción de asociación CCl2 + CCl2 +Ar → C2Cl4 + Ar. N. Gómez, M.L. Azcárate, J. Codnia , J. Cobos. Anales AFA, Vol 27, N 0 1, 9-13, 2016. DOI:10.31527/analesafa.2016.27.1.9
  11. Enriquecimiento de isótopos de Silicio. J. Codnia ,V. D’Accurso, M.L. Azcárate. Anales AFA, Vol 27, N 0 1, 35-39, 2016 DOI:10.31527/analesafa.2016.27.1.35
  12. Fotólisis IR de Fenilsilano. C. Toro Salazar, J. Codnia , M.L. Azcárate. Anales AFA, Vol 27, N 0 1, 30-34, 2016. DOI:10.31527/analesafa.2016.27.1.30
  13. Design and Characterization of Nozzles and Solid Propellants for IR Laser Propulsion. Cinthya Toro, Nicolás D. Gómez, Norberto G. Boggio, Jorge Codnia, M. Laura Azcárate, Carlos Rinaldi. Appied Physics A: Materials Science & Processing. (2014). http://doi.org/10.1007/s00339-014-8539-4
  14. Determination of the rate constant of the reaction of CCl2 with HCl. N.D. Gómez, V. D’Accurso, J. Codnia , F.A.Manzano, M.L. Azcárate. International Journal of Chemical Kinetics. Vol. 46, Issue 7, 382-387, (2014). http://doi.org/10.1002/kin.20856
  15. Espectroscopía de la línea D2 del Rubidio mediante un diodo láser realimentado con cavidad externa. M. Luda, J. Codnia, M.L. Azcárate. Anales AFA, Vol 25, N 0 2, 84-87, 2014. DOI:10.31527/analesafa.2014.25.2.84
  16. Desarrollo de un láser de CO2 TEA de alta coherencia. M. Risaro, M.L. Azcárate, J. Codnia . Anales AFA, Vol 25, N 0 4, 167-170, 2014. DOI:10.31527/analesafa.2014.25.4.167
  17. Stochastic method for determining the coherence length of a TEA CO2 . J. Codnia N.D. Gómez, M.L. Azcárate. Optics and Laser Technology. 54 (2013) 141-147. DOI:10.1016/j.optlastec.2013.05.025
  18. Kinetic study of CCl2 radical recombination reaction by laser induced fluorescence techinque. N.D. Gómez, V. D’Accurso, V.M. Freytes, F.A.Manzano, J. Codnia , M.L. Azcárate. International Journal of Chemical Kinetics. Vol. 45, Issue 5, 306-313, (2013). DOI:10.1002/kin.20766

Tesis:

  1. Tesis de Doctorado en Ciencias Físicas de Marcelo Alejandro Luda. Dir: Dr. Codnia. Instrumentación y control con aplicaciones en óptica y metrología. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. UBA. Defendido en Noviembre de 2021.
  2. Tesis de Doctorado en Ciencias Físicas del Licenciado en Ciencias Físicas de Matías Ariel Risaro. Dir: Dr. Codnia. Disociación Multifotónica de SiF4 por pre-excitación de niveles rotovibracionales. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. UBA. Defendido en Abril de 2019.
  3. Tesis de Licenciatura en Ciencias Físicas de María del Pilar Campos Marino. Dir: Dr. Codnia. Espectroscopía atómica de Rb en RF a partir del batido de dos láseres NIR. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. UBA. Defendido en 2022.
  4. Tesis de Licenciatura en Ciencias Físicas de Martina Nolasco. Dir: Dr. Codnia. Desarrollo de un patrón de frecuencia óptico. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. UBA. Defendido en Julio de 2018.
  5. Tesis de Licenciatura en Ciencias Físicas de Lorena Bianchet. Dir: Dr. Codnia. Implementación y Optimización de una Facilidad para Estudios de Cinética Química. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. UBA. Defendido en octubre de 2014.
  6. Tesis de Licenciatura en Ciencias Físicas de Matías Risaro. Dir: Dr. Codnia. Desarrollo de un Láser de CO2 TEA de Alta Coherencia. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. UBA. Defendido en marzo de 2013.

Integrantes:

 

Dr. Jorge Codnia
Director de Proyectos IdB2 RPIDFA. Jefe de la División.

jcodnia@citedef.gob.ar

 

 

 

Dr. Marcelo Luda
Proyectista Ayudante IdE1 RPIDFA.
Tesis de Doctorado, 2014-2021

mluda@citedef.gob.ar

 

Dr. Matías Risaro
Proyectista Ayudante IdE2 RPIDFA.
Tesis de Doctorado, 2014-2019
Tesis de Licenciatura, 2012

mrisaro@citedef.gob.ar

 

Becaria:
Lic. María del Pilar Campos Marino
Becaria del CONICET
Tesis de Licenciatura, 2022

campos.mapilar@gmail.com

 

 

 

Integrantes en formación:

Lucas Pancotto
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA.

Franco Eskinazi
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA.

 

Integrantes anteriores:

Matías Volij
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2022

Patricio Sanchez Sañudo
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2022

Nicolás Damián Gómez
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2008
Tesis de Licenciatura, DF, FCEyN, UBA. 2009
Tesis de Doctorado, DF, FCEyN, UBA. 2010-2019
Investigador RPIDFA, 2011-2022

Martina Nolasco
Tesis de Licenciatura, DF, FCEyN, UBA, 2017-2018

Lorena Bianchet
Tesis de Licenciatura, DF, FCEyN, UBA. 2013-2014

Ezequiel Conti
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2012

Pablo Terrén Alonso
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2011

Gabriela Petrungaro
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2009-2010

Federico Barabas
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2009-2010

Emilio Rubín de Celis
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2009

Sebastián Macaluso
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2009

Juan Sánchez Vietto
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2009

Facundo Zaldivar Escola
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2009

Edmundo Lavia
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2008

Germán Sborlini
Laboratorio 6 y 7, DF, FCEyN, UBA. 2008