Los científicos del Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU. Han ideado un nuevo proceso para usar nanopartículas para construir potentes láseres que son más eficientes y más seguros para sus ojos.

Lo están haciendo con lo que se llama "fibra dopada con iones de tierras raras". En pocas palabras, es una luz láser que bombea una fibra de sílice que ha sido infundida con iones de tierras raras de holmio. Según Jas S. Sanghera, quien dirige la Subdivisión de Materiales y Dispositivos Ópticos, han logrado una eficiencia del 85 por ciento con su nuevo proceso.

"El dopaje solo significa que estamos colocando iones de tierras raras en el núcleo de la fibra, que es donde ocurre toda la acción, "Explicó Sanghera." Así es como hemos producido este récord mundial de eficiencia, y es lo que necesitamos para una alta energía láser más seguro para los ojos ".

Según Colin Baker, químico investigador de la Rama de Dispositivos y Materiales Ópticos, el proceso de láser se basa en una fuente de bombeo, la mayoría de las veces otro láser, que excita los iones de tierras raras, que luego emiten fotones para producir una luz de alta calidad para emitir láser a la longitud de onda deseada.

"Pero este proceso tiene una penalización, "Dijo Baker." Nunca es 100 por ciento eficiente. Lo que estás poniendo es energía de bombeo, no la luz de alta calidad en la longitud de onda que desea. Lo que sale es una calidad de luz mucho más alta en la longitud de onda específica que desea, pero la energía restante que no se convierte en luz láser se desperdicia y se convierte en calor ".

Esa perdida de energia, Baker dijo:limita en última instancia la escala de potencia y la calidad de la luz láser, lo que hace que la eficiencia sea especialmente importante.

Con la ayuda de un dopante de nanopartículas, 'pueden alcanzar el nivel de eficiencia del 85 por ciento con un láser que opera a una longitud de onda de 2 micrones, que se considera una longitud de onda "más segura para los ojos", en lugar del tradicional 1 micrón. Por supuesto, Baker señaló, No se puede decir que ningún láser sea seguro cuando se trata del ojo humano.

El peligro surge de la posibilidad de que la luz dispersa se refleje en el ojo durante la operación de un láser. La luz dispersa de la trayectoria de un láser de 100 kilovatios que opera a 1 micrón puede causar un daño significativo a la retina. conduciendo a la ceguera. Con un láser más seguro para los ojos, operado en longitudes de onda superiores a 1,4 micrones, sin embargo, el peligro de la luz dispersa se reduce considerablemente.

Según Baker, el dopaje de nanopartículas también resuelve varios otros problemas, como que protege los iones de tierras raras de la sílice. A 2 micrones, La estructura vítrea de la sílice puede reducir la salida de luz de los iones de tierras raras. El dopaje de nanopartículas también separa los iones de tierras raras entre sí, lo cual es útil ya que empaquetarlos muy juntos también puede reducir la salida de luz.

Láseres tradicionales que operan a 1 micrón, usando un dopante de iterbio, no se ven tan afectados por estos factores, Dijo Baker.

"La solución fue una química muy inteligente que disolvió holmio en un nanopolvo de lutecia u óxido de lantano o fluoruro de lantano para crear un entorno cristalino adecuado [para los iones de tierras raras], "Dijo Sanghera." El uso de la química del cubo para sintetizar este nanopolvo fue clave para mantener el costo bajo ".

Las partículas del polvo de nanopartículas, que el equipo de Sanghera había sintetizado originalmente para un proyecto anterior, son normalmente inferiores a 20 nanómetros, que es 5, 000 veces más pequeño que un cabello humano.

"Adicionalmente, teníamos que ser capaces de dopar con éxito estos nanopolvos en la fibra de sílice en cantidades que fueran adecuadas para lograr el láser, "añadió.

En la Rama de Materiales y Dispositivos Ópticos, El equipo de científicos de Sanghera está trabajando con un tamaño de habitación, torno para trabajar el vidrio, donde el vidrio que eventualmente se convertirá en fibra se limpia con gases de flúor, moldeado con un soplete e infundido con la mezcla de nanopartículas, lo que los científicos llaman una "suspensión de nanopartículas". El resultado es un dopado con iones de tierras raras, varilla de vidrio de una pulgada de diámetro, o "preforma óptica".

Al lado, Los científicos utilizan un sistema de tracción de fibras, una torre tan masiva que ocupa dos habitaciones grandes y la altura de dos pisos del edificio, para ablandar la preforma con un horno y alargarla. en un proceso similar a sacar caramelo, en una fibra óptica tan fina como un cabello humano, que luego se enrolla en un gran eje cercano.

El equipo de Sanghera ya ha presentado una solicitud de patente para el proceso. Entre las aplicaciones potenciales que prevén para el nuevo láser de fibra especializado se encuentran láseres de alta potencia y amplificadores para defensa, telecomunicaciones e incluso soldadura y corte por láser.

"Desde una perspectiva fundamental, todo el proceso es comercialmente viable, "Dijo Sanghera." Es un proceso de bajo costo para hacer el polvo e incorporarlo a la fibra. El proceso es muy similar a la fabricación de fibra de telecomunicaciones ".