¿Cómo se generan los pulsos ultraintensos?

Desde la invención del láser en 1960 los científicos han intentado conseguir pulsos de luz cada vez más intensos. La cosa en principio parece fácil; no hay más que poner un amplificador detrás de otro con sus correspondientes sistemas de bombeo para ir aumentando progresivamente la potencia. Sin embargo, a partir de un cierto nivel los pulsos de luz son tan intensos que pueden dañar, por ablación, los elementos ópticos y los cristales del amplificador, destruyendo el láser.

Existe una solución obvia, que es aumentar el área del haz láser para reducir su intensidad manteniendo la potencia. Sin embargo esto significa aumentar también el tamaño de los cristales, las lentes y los espejos del láser. Siguiendo esta filosofía se construyó a principios de los años 80, en Estados Unidos, el láser NOVA. Este láser generaba pulsos de más de 20 teravatios en menos de un picosegundo pero tenía un tamaño descomunal, ocupando la superficie de una nave industrial, y actualmente se encuentra fuera de servicio.

La gran revolución de los láseres ultraintensos comenzó en 1985 con una idea mucho más práctica. Esta idea consiste en aumentar la duración de los pulsos para reducir la intensidad del láser durante la etapa de amplificación hasta unos niveles que no dañen la óptica. El método para ensanchar la duración de los pulsos se basa en el ancho rango de frecuencias (colores) que contienen los pulsos ultracortos. Los diferentes colores se pueden separar en un prisma y hacer que recorran caminos distintos, induciendo así un retraso temporal entre los diferentes colores (chirp) y, en definitiva, aumentando la duración del pulso.

Una vez amplificado el pulso dentro de unos niveles de potencia seguros se puede recuperar la duración de pulso inicial, haciendo que los colores que recorrieron más distancia en el estirador recorran menos en el compresor, consiguiendo así una potencia de pico gigantesca.

Esta técnica, llamada Chirped Pulse Amplification (CPA), ha conseguido soslayar el problema del daño en los amplificadores y ha colocado de nuevo a los científicos en la carrera hacia los pulsos cada vez más intensos. La gran ventaja del CPA es que no necesita de elementos ópticos gigantes como los del láser NOVA de modo que actualmente se pueden conseguir potencias de multiteravatios en sistemas comerciales que ocupan tan solo una mesa.

 

Esquema potencia máxima en el amplificador
Representación esquemática de la Chirped Pulse Amplification

 

partituraRepresentación musical del concepto de Chirped Pulse Amplification

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