¿Es posible fabricar un láser de femtosegundo enteramente a partir de vidrio? Ésta es la respuesta que finalmente encontró Yves Bellouard, jefe del laboratorio Galatea de la EPFL, después de pasar horas y horas realizando experimentos de laboratorio con láseres de femtosegundo alineados durante muchos años.
El laboratorio Galatea se encuentra en la intersección de la óptica, la mecánica y la ciencia de los materiales, y los láseres de femtosegundo son un elemento clave del trabajo de Beruhe. Estos láseres emiten pulsos de luz extremadamente cortos y estables y tienen aplicaciones en una variedad de campos que incluyen cirugía ocular con láser, microscopía no lineal, espectroscopia y almacenamiento de datos sostenible. Normalmente, los láseres de femtosegundos comerciales se fabrican montando componentes ópticos en un sustrato, como una placa óptica, por lo que es necesaria una alineación cuidadosa.
"Utilizamos láseres de femtosegundo para estudiar las propiedades no lineales de los materiales y cómo cambian su volumen", explica Bellouard. "Practique alineaciones ópticas dolorosamente complejas para hacer soñar con una forma más fácil y confiable de alinear ópticas complejas".
¿Cuál es la solución de Bellouard y su equipo? Utilice láseres de femtosegundos comerciales para crear láseres de femtosegundos a partir de vidrio que no sean más grandes que una tarjeta de crédito y requieran menos problemas de alineación. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista Optica.
Cómo hacer un láser de femtosegundo a partir de vidrio.
Para crear un láser de femtosegundo a partir de un sustrato de vidrio, los científicos comienzan primero con una placa de vidrio. "Queríamos hacer un láser estable, por eso utilizamos vidrio porque tiene una expansión térmica menor que los sustratos tradicionales, es un material estable y transparente al láser que utilizamos", explica Bellouard.
Los científicos utilizaron un láser de femtosegundo comercial para grabar explosiones especiales en el vidrio para permitir la colocación precisa de los componentes vitales del láser. Incluso cuando se fabrican con una precisión de micras, la muesca y los componentes en sí no son lo suficientemente precisos para lograr una alineación con calidad láser. En otras palabras, los espejos aún no están perfectamente alineados, por lo que en esta etapa su dispositivo de vidrio no puede funcionar como un láser.
Los científicos también sabían por investigaciones anteriores que podían hacer que el vidrio se expandiera o contrajera localmente. ¿Por qué no utilizar esta técnica para ajustar la alineación de los espejos?
Así que el diseño original del grabado era tener un espejo en forma de explosión, con flexiones micromecánicas en la explosión diseñadas para agitar localmente el espejo cuando el láser de femtosegundo lo golpea. De esta manera, el láser de femtosegundo comercial se puede utilizar por segunda vez, esta vez para calibrar el espejo y, en última instancia, crear un láser de femtosegundo pequeño y estable.
"Este método de utilizar la interacción láser-materia para alinear permanentemente elementos ópticos en el espacio libre se puede extender a una variedad de circuitos ópticos, con una resolución de alineación extremadamente alta hasta el nivel subnanométrico", dijo Bellouard.
Aplicaciones y otros
Los proyectos de investigación en curso en el laboratorio Galatea explorarán cómo se puede utilizar esta tecnología en el ensamblaje de sistemas ópticos cuánticos para superar los límites de la miniaturización y precisión de alineación actualmente alcanzables.
El proceso de alineación todavía está supervisado por un operador humano y, con práctica, puede tardar varias horas en completarse. Aunque el láser es pequeño, tiene una potencia máxima de unos kilovatios y emite pulsos en menos de 200 femtosegundos, que es luz suficiente para atravesar un cabello humano.
La novedosa tecnología láser de femtosegundo será lanzada por Cassio-P, que estará dirigida por Antoine Delgoffe de Galatea Laboratories.
Bellouard concluyó: "Los láseres de femtosegundo pueden replicarse a sí mismos. ¿Significa eso que hemos llegado a la etapa de fabricación de dispositivos de autoclonación?"