Baten un récord en pulsos láser

La palabra láser suele evocar la imagen de un haz de luz fuertemente concentrado y continuo. Los láseres que producen este tipo de luz son, de hecho, muy comunes y útiles. Sin embargo, la ciencia y la industria también necesitan a menudo pulsos muy cortos y potentes de luz láser. Estos pulsos pueden utilizarse para trabajar materiales mediante maquinado o para crear frecuencias armónicas elevadas, hasta llegar a los rayos X, que pueden ayudar a hacer visibles procesos extremadamente rápidos en el rango de los attosegundos. (Un attosegundo es la milmillonésima parte de una milmillonésima de segundo).

Un equipo de investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich en Suiza, integrado por Ursula Keller, Moritz Seidel, Lukas Lang y Christopher R. Phillips, ha establecido ahora un nuevo récord de pulsos láser de este tipo: con 550 vatios de potencia media superan en más de un 50 por ciento el máximo anterior, lo que los convierte en los pulsos más potentes creados hasta ahora por un oscilador láser.

Resulta también llamativo lo extremadamente cortos que son: duran menos de un picosegundo (una millonésima de millonésima de segundo) y salen del cañón láser a un ritmo de más de cinco millones de pulsos por segundo.

Los pulsos cortos alcanzan potencias máximas de 100 megavatios, lo que, en teoría, bastaría para energizar 100.000 aspiradoras durante un muy breve periodo de tiempo.

Durante los últimos 25 años, el grupo de investigación de Keller ha trabajado en la mejora continua de los llamados láseres de disco de pulsos cortos, en los que el material del generador de luz láser consiste en un disco fino, de solo 100 micrómetros de grosor, de un cristal que contiene átomos de iterbio.

Un vistazo al interior del generador láser que ha batido el récord. La imagen muestra el disco amplificador, a través del cual el haz láser pasa varias veces (punto brillante en el centro). (Foto: Moritz Seidel / ETH Zurich)

Una y otra vez, Keller y sus colaboradores se toparon con nuevos problemas que, en principio, impedían seguir aumentando la potencia. A menudo se producían incidentes espectaculares en los que se destruían distintas piezas del interior del generador láser. La resolución de los problemas condujo a nuevos conocimientos que hicieron más fiables los láseres de pulsos cortos, allanando ello el camino para un uso más amplio de tales láseres en aplicaciones industriales.

La combinación de una potencia aún mayor y una frecuencia de impulsos de 5,5 megahercios, que se ha logrado ahora, se basa en dos innovaciones.

Una de estas innovaciones es una disposición especial de espejos que envía la luz dentro del láser a través del disco varias veces antes de que salga del cañón láser por un espejo de desacoplamiento. Esta configuración permite amplificar mucho la luz sin que el láser se vuelva inestable.

La segunda innovación es el uso de un espejo de un tipo especial, caracterizado, entre otras cosas, por estar hecho de material semiconductor. A diferencia de lo que sucede en los espejos normales, la reflectividad de un espejo de esta clase depende de la intensidad de la luz que incide sobre él.

Valiéndose de este singular espejo, se puede provocar que el generador láser emita pulsos cortos en lugar de un haz continuo.

Los pulsos tienen mayor intensidad porque la energía luminosa se concentra en un periodo de tiempo más corto.

Keller y sus colaboradores exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica Optica, bajo el título “Ultrafast 550-W average-power thin-disk laser oscillator”. (Fuente: NCYT de Amazings)