¿Le gustaría capturar una transformación química dentro de una célula en vivo? ¿O quizás revolucionar la producción de microchips imprimiendo trayectorias en una capa que tiene un grosor de solo 100 nanómetros? Estos y muchos otros objetivos ahora se pueden lograr con el último láser de femtosegundos creado por un equipo de científicos dirigido por el Dr. Yuriy Stepanenko.

Estos días, hay una multitud de fuentes de luz láser. Cada uno tiene sus características y diferentes aplicaciones, como observar estrellas, tratar enfermedades, y micromecanizado de superficies. "Nuestro objetivo es desarrollar otros nuevos, "dice Yuriy Stepanenko, jefe del equipo de Técnicas Láser Ultrarrápidas del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia. "Trabajamos con fuentes que producen pulsos de luz ultracortos. Realmente, muy cortos:pulsos de femtosegundos (que es una parte de un segundo con 15 ceros después del punto decimal). Esta es la escala en la que, por ejemplo, tienen lugar reacciones químicas intracelulares. Para verlos, tenemos que "tomar una foto" en tan poco tiempo. Y gracias al nuevo láser, podemos hacer precisamente eso.

"También podemos utilizar nuestra fuente para la eliminación muy precisa de materiales de varias superficies sin destruirlos, "dice el científico." Podríamos, por ejemplo, Limpia la Mona Lisa con este método sin dañar las capas de pintura. Solo quitaríamos el polvo y la suciedad, una capa de unos 10 nanómetros de espesor, "explica el Dr. Stepanenko, uno de los autores de un estudio publicado recientemente en el Revista de tecnología Lightwave.

"Pero para este tipo de trabajo, nuestro láser es incluso demasiado preciso, "señala el Dr. Bernard Piechal, coautor de la publicación. "Para esto, solo necesitas pulsos de nanosegundos, es decir, pulsos que duran mil veces más. El último, sin embargo, no podría, por ejemplo, dibujar caminos de profundidades planificadas con precisión en materiales ultrafinos, p.ej. eliminar el oro rociado en los microchips con un ajuste preciso del grosor de la capa que se está eliminando. ¡Pero nuestro láser puede hacer esto! También puede hacer agujeros en vidrio templado o placas de silicona ultrafinas. En estas condiciones, un láser de nanosegundos derretiría el silicio o "rompería" el vidrio porque produce demasiado calor. Demasiada energía se concentra localmente en un área muy pequeña. La nuestra obra con firmeza pero con suavidad, "sonríe el Dr. Stepanenko.

¿Cómo se logró este efecto?

"Queríamos que nuestra fuente cumpliera dos condiciones:debía ser susceptible a perturbaciones mecánicas en la menor medida posible, e iba a ser móvil, "explica el Dr. Piechal." No queríamos crear un enorme estructura estacionaria ".

Los láseres de fibra óptica acudieron al rescate del equipo. "Este tipo de láser es básicamente una fibra óptica encerrada en un anillo. El pulso del láser corre dentro de él sin estar expuesto a perturbaciones mecánicas. La fibra óptica se puede tocar, movido, incluso agitado sin comprometer la estabilidad del pulso. Por supuesto, si la luz solo girara en un círculo como este, sería inútil, por lo que parte de este impulso se dirige fuera del bucle en un lugar en forma de destellos útiles, "explica el Dr. Stepanenko.

Aquí llegamos a otro parámetro importante de este tipo de láser pulsado:la frecuencia con la que aparecen los pulsos en la salida. En diseños convencionales, esta frecuencia depende de la longitud del bucle de fibra óptica en el que viaja el pulso. Su longitud práctica es de varias docenas de metros. Que es bastante ¿no es así? ¿Y si quisiéramos que aparecieran destellos de luz con la mayor frecuencia posible? Esto se puede hacer reduciendo la circunferencia del anillo a través del cual viaja el pulso. Solo que este tipo de acción tiene sus límites. "En nuestros láseres, el bucle más pequeño da pulsos cada 60 nanosegundos, que todavía es demasiado lento para nuestros deseos, "explica el investigador. ¿Cómo se puede acelerar esta frecuencia? Aquí entra en juego el nuevo invento del equipo del IPC PAS:un sistema que permite duplicar la frecuencia básica como creando frecuencias armónicas en la frecuencia básica de una guitarra cuerda.

"Utilizamos el llamado bloqueo de modo armónico, "explica el Dr. Stepanenko." Lo que es innovador en nuestro diseño es que podemos cambiar esta tasa de repetición de forma controlada y seleccionar solo uno de los posibles armónicos, el particular que necesitamos. Se podría decir que somos como un guitarrista, en una cuerda abierta, es decir, nuestro bucle de la fibra, obtenemos una frecuencia específica resultante de su longitud. Cuando ponemos nuestro dedo exactamente en el medio de la cuerda, obtenemos el llamado segundo armónico. El tono aumenta en una octava y la frecuencia de vibración se duplica. Si ponemos nuestro dedo en 1/3 de la longitud de la cuerda, obtenemos una frecuencia igual a tres veces mayor que en la cuerda abierta. En nuestro caso, aumentamos la frecuencia de los pulsos girando el mando. Solo podemos hacerlo por pasos, cada vez obteniendo otro armónico, así como los armónicos de la guitarra cambian en pasos, pero el rango es bastante grande:podemos cambiar nuestros armónicos de luz de 2 a 19 veces por encima de la frecuencia básica, es decir, alcanzar una frecuencia de pulsos de hasta poco más de 300 MHz.

Es extremadamente importante que las frecuencias obtenidas sean estables y se puedan distinguir con precisión. Si elegimos un armónico, todos los demás estarán tan amortiguados que su "volumen" será aproximadamente 10 millones de veces menor que el del elegido. Se podría decir que estamos generando un sonido puro y eliminando todo el ruido de fondo. Además, cuanto mayor sea la frecuencia, mejor se define. "Somos los primeros en haber logrado hacer esto tan bien, "dice el investigador con orgullo.

Nos queda esperar a que la invención se implemente en aplicaciones más industriales. Quizás signifique portátiles aún más delgados y livianos para nosotros o un mejor conocimiento de lo que está sucediendo dentro del cuerpo humano.