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(noticias nanowerk) Dos físicos de RIKEN realizaron pulsos de luz láser extremadamente cortos con una potencia máxima de 6 teravatios (6 billones de vatios), lo que equivale aproximadamente a la potencia de 6.000 centrales nucleares (Fotónica de la naturaleza, “Amplificación paramétrica óptica de doble chirrido de pulsos láser de ciclo único de alta energía”). Este logro contribuirá a un mayor desarrollo de los láseres de attosegundos, por el que tres investigadores recibieron el Premio Nobel de Física en 2023.
Así como el flash de una cámara puede “congelar” objetos que se mueven rápidamente para que parezcan estar quietos en las fotografías, los pulsos láser extremadamente cortos pueden ayudar a iluminar procesos ultrarrápidos, brindando a los científicos una manera poderosa de obtener imágenes y estudiarlos.
Por ejemplo, el láser pulsa en el orden de attosegundos (un attosegundo = 10).–18 En segundo lugar) son tan cortos que pueden revelar el movimiento de los electrones en átomos y moléculas, abriendo una nueva forma de descubrir cómo ocurren las reacciones químicas y bioquímicas. Incluso la luz parece arrastrarse en escalas de tiempo tan cortas, tardando unos 3 attosegundos en recorrer un solo nanómetro.
«Al permitir detectar el movimiento de los electrones, los láseres de attosegundos han hecho una importante contribución a la investigación fundamental», afirma Eiji Takahashi del Centro RIKEN de Fotónica Avanzada (RAP). «Se espera que se utilicen en una amplia gama de áreas, incluida la observación de células biológicas, el desarrollo de nuevos materiales y el diagnóstico de enfermedades médicas».
![Imágenes de attosegundos habilitadas por pulsos láser cortos y potentes](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/id65024_1.jpg)
Poder e impacto
Aunque es posible generar pulsos láser ultracortos, carecen de poder de penetración y tienen bajas energías. La creación de pulsos láser que sean a la vez ultracortos y de alta energía ampliaría significativamente sus aplicaciones. «La energía de salida actual de los láseres de attosegundos es extremadamente baja», afirma Takahashi. «Por lo tanto, es importante aumentar su producción de energía si se van a utilizar como fuentes de luz en una amplia variedad de áreas».
Así como los amplificadores de audio se utilizan para amplificar señales de sonido, los físicos láser utilizan amplificadores ópticos para aumentar la energía de los pulsos láser. Estos amplificadores suelen utilizar cristales no lineales que muestran respuestas particulares a la luz. Sin embargo, estos cristales pueden sufrir daños irreparables cuando se utilizan para amplificar pulsos láser de un solo ciclo que son tan cortos que el pulso termina antes de que la luz pueda completar un ciclo completo de longitudes de onda.
«El principal obstáculo en el desarrollo de fuentes láser infrarrojas ultrarrápidas y de alta energía ha sido la falta de un método eficaz para amplificar directamente los pulsos láser de un solo ciclo», explica Takahashi. «Este cuello de botella ha llevado a un límite de un milijulio en la energía de los pulsos láser de un solo ciclo».
Un nuevo récord
Ahora Takahashi y su colega de RAP, Lu Xu, no sólo han superado este obstáculo, sino que lo han superado. Han amplificado pulsos de un solo ciclo a más de 50 milijulios, más de 50 veces la producción máxima anterior. Debido a que los pulsos láser resultantes son tan cortos, esta energía conduce a potencias increíblemente altas de varios teravatios. «Hemos demostrado cómo podemos superar el cuello de botella desarrollando un método eficaz para amplificar un pulso láser de ciclo único», afirma Takahashi.
Su método, llamado Amplificación Paramétrica Óptica de Doble Chirped Avanzada (DC-OPA), es sorprendentemente simple e involucra solo dos cristales que amplifican regiones complementarias del espectro.
«El DC-OPA avanzado para amplificar un pulso láser de un solo ciclo es muy simple porque se basa únicamente en una combinación de dos tipos de cristales no lineales; parece una idea que a cualquiera se le podría haber ocurrido», dice Takahashi. «Me sorprendió que un concepto tan simple permitiera una nueva tecnología de amplificación y provocara un gran avance en el desarrollo de láseres ultrarrápidos de alta energía».
Es importante destacar que el DC-OPA avanzado funciona en un rango de longitud de onda muy amplio. Takahashi y Xu pudieron amplificar pulsos cuyas longitudes de onda diferían en más de un factor de dos.
«Este nuevo método tiene la propiedad revolucionaria de que el ancho de banda de ganancia puede hacerse extremadamente grande sin comprometer las propiedades de escala de la energía de salida», dice Takahashi.
Tecnología de refuerzo
Su técnica es una variación de otra técnica de amplificación de pulso óptico, llamada amplificación de pulso chirriado, por la cual tres investigadores de Estados Unidos, Francia y Canadá recibieron el Premio Nobel de Física en 2018. Existe una conexión interesante entre los precios de 2018 y 2023, ya que la amplificación de los pulsos chirriados fue una de las técnicas que permitió el desarrollo de láseres de attosegundos.
Takahashi espera que su técnica avance aún más en el desarrollo de láseres de attosegundos. «Hemos logrado desarrollar un nuevo método de amplificación láser que puede aumentar la intensidad de los pulsos láser de un solo ciclo hasta potencias máximas en el rango de los teravatios», afirma. «Sin duda, se trata de un gran paso adelante en el desarrollo de láseres de attosegundos de alta potencia».
A largo plazo quiere ir más allá de los láseres de attosegundos y generar pulsos aún más cortos.
“Al combinar láseres de un solo ciclo con efectos ópticos no lineales de orden superior, es posible generar pulsos de luz con una duración de ceptosegundos (un ceptosegundo = 10).–21 segundo)”, dice. «Mi objetivo a largo plazo es llamar a la puerta de la investigación del láser de ceptosegundo y abrir la próxima generación de láseres ultracortos después de los láseres de attosegundo».
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