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1 de Noviembre de 2000
Física

Láser de pulsos ultracortos

La más breve de las obras humanas, el destello de luz de láser con una duración de millonésimas de nanosegundo, es útil en delicadas operaciones oculares, comunicaciones de banda muy ancha y el estudio de las reacciones moleculares.

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¿Cuánto tarda usted en leer esta frase? En reconocer la primera letra sólo unos milisegundos. Unos 0,05 milisegundos, 50 microsegundos, tardan en difundirse las moléculas a través de la sinapsis, que transmiten una señal de una neurona de su cerebro a otra. ¿Tiene la revista a una distancia cómoda para la vista? La luz tarda uno o dos nanosegundos en ir de la página a su ojo y unos 20 pi­cosegundos en atravesar el cristalino. Pese a ello, es como si la duración de estos breves sucesos naturales se perdiese en un tiempo legendario cuando se los compara con los más cortos que el ser humano haya producido, mil veces más rápidos: los pulsos de luz de láser, que sólo existen unos femtosegundos (milbillonésimas de segundo).

Cuesta hacerse una idea de cuán breve es un femtose­gundo (10-15 segundos). Es a un segundo lo que éste a 32 millones de años. Dicho de otra manera, ¡en un segundo pasan más de diez veces más femtosegundos que horas ha habido desde la gran explosión inicial! Algunos de los procesos fundamentales del universo —por ejemplo, el movimiento de los electrones entre átomos y la ruptura o formación de los enlaces molecu­lares— suceden en escalas temporales de cientos de fem­tosegun­dos o menos. Con pulsos que duran femtosegundos se han registrado y estudiado con detalle fenómenos así de fugaces; recuerda a cómo Harold E. Edgerton, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, produjo con destellos de luz que duraban microsegundos las inolvidables fotografías del impacto de una gota o de balas en vuelo. Gracias a la obra pionera de Ahmed H. Zewail, del Instituto de Tecnología de California, por la que se le ha concedido el premio Nobel de Química, los químicos han visto de qué manera se producen las reacciones químicas a escalas temporales de unos cientos de femtosegundos. Además, se ha “congelado” con “instantáneas” la dinámica de los electrones en el interior de los semiconductores para diseñar mejores circuitos optoelectrónicos con los que se logre el procesamiento de señales aún más rápido que piden las industrias de ordenadores y telecomunicaciones.

La ciencia y la técnica de los pulsos ultracortos han logrado muchos y apasionantes avances desde su nacimiento a mediados de los años sesenta. En concreto, en los últimos diez años se han obtenido pulsos que duran menos de 10 femtosegundos y se ha asistido a la aparición de una nueva generación de láseres de pulsos ultracortos, compactos y versátiles, un cambio revolucionario con respecto a sus antecesores, grandes, impredecibles y ávidos de energía. Estos láseres de nueva planta, basados en complejos fenómenos ópticos no lineales y en los avances que al mismo tiempo han conocido los láseres de diodo, se hallan cada vez más cerca de tener la fiabilidad y cumplir las severas especificaciones que se requieren en muchas aplicaciones industriales y clínicas. En el momento en que estamos entrando en el siglo xxi, la variedad e intensidad de los láseres de pulsos ultracortos son cada vez más impresionantes: sus haces barren el espectro electromagnético, de los rayos X a los T (radiación de teraherz, más allá del infrarrojo), y generan picos de potencia óptica colosales, hasta de petawatt (millardos de megawatt). El resultado es la aparición de muchas nuevas aplicaciones en física, química, biología, medicina y optotécnicas digitales que atraen el interés de científicos e industriales de todo el mundo.

La más afilada de las cuchillas

Muchas aplicaciones de los láseres de pulsos ultracortos aprovechan la gran potencia momentánea que cada pulso proporciona. Aunque la potencia media del láser puede ser bastante modesta y la energía total contenida en el impulso pequeña, la brevísima duración de cada uno hace que el pico instantáneo de potencia resulte grande. En un sistema ordinario, el intervalo entre los pulsos multiplica por 100.000 la longitud de los propios pulsos y, por tanto, el pico de potencia es unas 100.000 veces la potencia media. De acuerdo con ello, un pulso de 100 femtosegundos con una modesta energía de tres microjoule (insuficiente para elevar siquiera una millonésima de grado la temperatura de una gota de agua) suministra un pico de potencia de 30 megawatt.

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