Un láser ultrarrápido que dispara pulsos de luz de solo 100 millonésimas de nanosegundo de duración podría revolucionar la forma en que los técnicos de la NASA fabrican y, en última instancia, ensamblan componentes de instrumentos hechos de materiales diferentes.

Un equipo de físicos ópticos del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, está experimentando con un láser de femtosegundos y ya ha demostrado que puede soldar vidrio a cobre de manera efectiva, vidrio a vidrio, y taladrar poros del tamaño de un cabello en diferentes materiales.

Ahora el grupo dirigido por el físico óptico Robert Lafon, está ampliando su investigación en vidrios más exóticos, como zafiro y Zerodur, y metales, como el titanio, Invar, Kovar, y aluminio:materiales que se utilizan a menudo en los instrumentos de vuelo espacial. El objetivo es soldar piezas más grandes de estos materiales y demostrar que la tecnología láser es eficaz para adherir ventanas a carcasas láser y ópticas a soportes metálicos. entre otras aplicaciones.

Con el apoyo del programa del Fondo de Innovación del Centro de la Dirección de Misión de Tecnología Espacial, el grupo también está explorando el uso de la tecnología en la fabricación y empaquetado de circuitos integrados fotónicos, una tecnología emergente que podría beneficiarlo todo, desde centros de datos y comunicaciones hasta sensores ópticos. Aunque son similares a los circuitos integrados electrónicos, Los circuitos integrados fotónicos se fabrican con una mezcla de materiales, incluyendo sílice y silicio, y utilizar luz visible o infrarroja, en lugar de electrones, para transferir información.

"Esto comenzó como una investigación pura, pero ahora esperamos comenzar a aplicar lo que hemos aprendido a la fabricación de instrumentos aquí en Goddard, "Lafon dijo, refiriéndose al trabajo que él y su equipo, incluidos Frankie Micalizzi y Steve Li, están utilizando para experimentar con diferentes materiales y técnicas que podrían beneficiar las aplicaciones de vuelos espaciales. "Ya vemos cuáles podrían ser las aplicaciones. En este caso, la investigación por el bien de la investigación es lo mejor para nuestros intereses, "Dijo Lafon.

Virtudes de la tecnología

El láser en sí es fundamental para hacer avanzar estas aplicaciones. En virtud de sus pulsos cortos, medidos a una cuadrillonésima de segundo, un láser ultrarrápido interactúa con los materiales de una manera única, Dijo Lafon. La energía del láser no derrite el material objetivo. Lo vaporiza sin calentar la materia circundante.

Como resultado, Los técnicos pueden apuntar con precisión el láser y unir materiales diferentes que de otro modo no podrían adherirse sin epoxis. "No es posible unir vidrio al metal directamente, "Lafon dijo." Tienes que usar epoxi, que libera y deposita contaminantes en los espejos y otros componentes sensibles de los instrumentos. Esta podría ser una aplicación seria. Queremos deshacernos de las resinas epoxi. Ya hemos comenzado a acercarnos a otros grupos y misiones para ver cómo estas nuevas capacidades podrían beneficiar sus proyectos ".

Otra aplicación importante se encuentra en el área del micromecanizado. "La capacidad de eliminar pequeños volúmenes de material sin dañar la materia circundante nos permite mecanizar características microscópicas, "Agregó Lafon.

Las características microscópicas incluyen todo, desde perforado, Agujeros del tamaño de un cabello en metales, una aplicación que el equipo ya demostró, para grabar canales microscópicos o guías de ondas a través de los cuales la luz podría viajar en circuitos integrados fotónicos y transmisores láser. Las mismas guías de ondas podrían permitir que los líquidos fluyan a través de dispositivos microfluídicos y chips necesarios para análisis químicos y enfriamiento de instrumentos.

Aplicabilidad generalizada a proyectos de la NASA

"Los láseres ultrarrápidos ofrecen cambios fundamentales en la forma en que podemos microprocesar materiales, "dijo Ted Swanson, tecnólogo senior de integración estratégica en Goddard. "El trabajo del equipo en este esfuerzo de investigación permitirá a Goddard adaptar esta tecnología emergente a una amplia variedad de aplicaciones de vuelo".

Con ese fin, el equipo, entre trabajar en varios de los proyectos de comunicaciones láser de alto perfil de la NASA, incluida la Demostración del relé de comunicaciones láser:planea compilar una biblioteca de capacidades de micromecanizado y soldadura. "Una vez que podamos demostrar esta capacidad de manera confiable, Intentaremos aplicarlo a los desafíos existentes aquí en Goddard. Nuestra investigación inicial muestra que esta tecnología podría aplicarse a una gran cantidad de proyectos en la NASA, "Dijo Lafon.