Los avances tecnológicos han sentado las bases para láseres ultrarrápidos compactos y confiables en áreas como las aplicaciones biomédicas. Los investigadores desarrollaron recientemente el primer láser de fibra capaz de generar pulsos de femtosegundos en el rango visible del espectro electromagnético. Este avance ofrece potencial para una variedad de aplicaciones biomédicas y de procesamiento de materiales. Lo que hace que estos láseres sean únicos es su capacidad de producir pulsos brillantes y ultracortos de longitudes de onda visibles, un avance importante en la tecnología láser.
Superar los desafíos en el desarrollo del láser de fibra
Históricamente, lograr pulsos de femtosegundos visibles requería configuraciones complejas e inherentemente ineficientes. Aunque los láseres de fibra son una alternativa muy prometedora debido a su robustez/confiabilidad, tamaño reducido, alta eficiencia, bajo costo y alto brillo, hasta ahora no ha sido posible generar mediciones de rango de duración de femtosegundos (10-15 s) directamente utilizando dichos láseres.
Réal Vallée, líder del equipo de investigación de la Universidad Laval en Canadá, dijo: "El láser de fibra de femtosegundo que demostramos en el espectro visible allana el camino para nuevos tipos de láseres ultrarrápidos confiables, eficientes y compactos".
Detalles técnicos del nuevo láser de fibra.
Los investigadores describen su nuevo láser, que se basa en fibra de fluoruro dopada con tierras raras, en la revista Optics Letters del Optica Publishing Group. El láser emite luz roja con una longitud de onda de 635 nm y puede alcanzar un pulso comprimido con una duración de 168 fs, una potencia máxima de 0,73 kW y una tasa de repetición de 137 MHz. El uso de diodos láser azules disponibles comercialmente como fuente de luz o bomba ayuda a que el diseño general sea robusto, compacto y rentable.
Marie-Pier Lord, estudiante de doctorado involucrada en el proyecto, dijo: "Si se logran energías y potencias más altas en un futuro cercano, muchas aplicaciones podrían beneficiarse de este tipo de láser. Las aplicaciones potenciales incluyen ablación de tejido biológico de alta precisión y alta calidad y microscopía de excitación de dos fotones. Los pulsos de láser de femtosegundo también permiten la ablación en frío durante el procesamiento del material, lo que permite cortes más limpios [que los pulsos más largos] porque no produce efectos térmicos".
Ampliando el rango espectral de los láseres de fibra
En los láseres de fibra, las fibras ópticas dopadas con elementos de tierras raras actúan como medio láser. Aunque los láseres de fibra se encuentran entre los sistemas láser de alto brillo más simples, resistentes y confiables, el uso de fibras de sílice tiende a limitarlos a la región espectral del infrarrojo cercano. El equipo de Vallée ha estado trabajando para ampliar el rango espectral de estas fuentes láser mediante el uso de fibras ópticas hechas de fluoruro en lugar de sílice.
"Anteriormente nos centramos en el desarrollo de láseres de fibra de infrarrojo medio, pero recientemente nos hemos interesado en los láseres de fibra visible", dijo Lord. "Si bien la falta de fuentes de bombeo compactas y eficientes para dichos láseres ha obstaculizado durante mucho tiempo su desarrollo, la reciente aparición de fuentes de láser semiconductores de espectro azul proporciona una tecnología clave para el desarrollo de láseres de fibra visible eficientes".
Después de demostrar un láser de fibra que emite continuamente longitudes de onda visibles, los investigadores esperan extender este progreso a fuentes pulsadas ultrarrápidas. Gracias a las mejoras en los procesos de fabricación de fibras de fluoruro, ahora se encuentran disponibles fibras dopadas con lantánidos, cuyas propiedades son críticas para el desarrollo de láseres de fibra visible eficientes.
Innovación y direcciones futuras
El nuevo láser de fibra pulsada desarrollado por el equipo de Vallée combina una fibra de fluoruro dopada con tierras raras con un láser de bomba de diodo azul comercial. Para generar y mantener una salida pulsada, los investigadores también tuvieron que descubrir cómo gestionar cuidadosamente la polarización de la luz en la fibra.
"Desarrollar láseres en nuevas longitudes de onda, donde las propiedades materiales de los elementos ópticos son diferentes de las utilizadas anteriormente, a veces puede resultar complicado", dijo el coautor Michel Olivier. "Sin embargo, nuestros experimentos muestran que el rendimiento de nuestro láser coincide muy bien con nuestras simulaciones. Esto confirma que el sistema funciona bien y es fácil de entender, y que los parámetros importantes del sistema están correctamente caracterizados y se adaptan bien a las propiedades del láser pulsado, especialmente la fibra que utilizamos".
A continuación, los investigadores esperan mejorar la tecnología haciendo que el dispositivo esté completamente integrado, lo que significa que los elementos ópticos individuales de fibra flexible se unirán directamente entre sí. Esto reducirá las pérdidas ópticas en el dispositivo, aumentará la eficiencia y hará que el láser sea más confiable, compacto y robusto. También están investigando diferentes formas de aumentar la energía del pulso láser, la duración del pulso y la potencia promedio.