¿Qué es un láser de pulso ultracorto?

El láser de pulso ultracorto es un nombre genérico para cualquier tipo de láser que produce pulsos o ráfagas de luz coherente en períodos de tiempo extremadamente cortos, generalmente medidos en picosegundos o femtosegundos. Un picosegundo es una billonésima de segundo y un femtosegundo es 1,000 veces más corto que un picosegundo o un cuadrillonésimo de segundo. Estas velocidades de conmutación para el láser de pulso ultracorto le permiten superar algunos efectos de degradación que encuentran los láseres normales sin pulso. Esto les da aplicaciones en tecnología militar, comunicaciones de datos y en ciencias médicas, como la eliminación de virus en el cuerpo a través del tratamiento con láser externo, sin dañar el tejido vivo normal.

El rango de tiempo que abarca la duración del pulso en la tecnología actual de láser de pulso ultracorto a partir de 2011 es de unos pocos picosegundos por cada pulso láser hasta 5 femtosegundos. Sin embargo, la tecnología se está impulsando hacia la creación de un láser de pulso ultracorto en el rango de attosegundos, que tendría pulsos que ocurrieron 1,000 veces más rápido que un láser de femtosegundo, o una vez cada quincena de segundo. Los láseres de attosegundos permitirían a los investigadores rastrear el movimiento de electrones alrededor de los núcleos atómicos en tiempo real, lo que ayudaría tanto en la investigación como en el desarrollo de la física y la química.

Mientras que los primeros láseres se basaban en generar haces de luz coherente utilizando cristales de rubí, los láseres de femtosegundo utilizan óxido de aluminio dopado con titanio, un tipo de zafiro azul-verde producido por primera vez en 1986 para este propósito. La energía de pulso típica de tal láser de 20 femtosegundos es de aproximadamente 3 nanojulios por pulso, o tres billonésimas de julio. Dado que esta es una cantidad extremadamente pequeña de energía, el haz se amplifica utilizando una fuente externa de radiación. Los materiales de estado sólido han demostrado ser los mejores amplificadores, siendo el vidrio de iterbio el más efectivo y amplificando el pulso hasta 100 julios por centímetro cuadrado. Los primeros intentos con tintes o neodimio: cristales de granate de itrio y aluminio aumentaron la energía del pulso de 1 milijulio a 0,5 julios por centímetro cuadrado.

Existen muchas aplicaciones potenciales para el uso del láser de pulso ultracorto. Tomarían las comunicaciones de fibra óptica mediante la transmisión de señales de luz a un nuevo nivel, permitiendo que se transporten muchos más datos en un haz de pulsos de lo que la fibra óptica es capaz actualmente a partir de 2011, dando al término banda ancha un significado completamente nuevo. También podrían usarse para eliminar materiales de una superficie y cambiarlo de sólido a gas sin agregar calor en el proceso, lo que mejoraría los diversos procesos industriales de corte y conformado de metales y compuestos. La tecnología también ofrece la ventaja de servir como una forma extremadamente precisa de bisturí en medicina para extirpar tumores cancerosos o reparar la córnea óptica en personas con problemas de visión.