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Publicado en Nature por investigadores liderados por la EPFL, el avance integra un láser ultrarrápido de nivel de laboratorio en un chip fotónico, con pulsos de 147 femtosegundos y energía de hasta 1,05 nanojulios, reduciendo una tecnología antes asociada a sistemas grandes y costosos
Un láser ultrarrápido que antes requería mesas ópticas enteras en laboratorio ha sido integrado a un chip fotónico, con pulsos de 147 femtosegundos y energía de hasta 1,05 nanojulios.
Láser ultrarrápido deja el laboratorio y llega al chip
El avance fue reportado en la revista Nature por investigadores liderados por el profesor Tobias J. Kippenberg, de la EPFL. El equipo afirma haber desarrollado el primer láser ultrarrápido integrado capaz de igualar el rendimiento de sistemas tradicionales de femtosegundo usados en banco.
Los láseres ultrarrápidos producen pulsos de luz con duración de solo unas pocas centenas de femtosegundos. Cada femtosegundo corresponde a un cuatrillonésimo de segundo, escala esencial para tecnologías de alta precisión.
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Estos pulsos se emplean en manufactura de precisión, cirugía ocular y peines de frecuencia óptica. Esta última tecnología, premiada con el Nobel, sostiene algunos de los relojes atómicos ópticos más precisos existentes.
A pesar de la importancia, estos láseres continúan asociados a equipos grandes y costosos. La miniaturización en chip fotónico era considerada un desafío persistente desde hace más de dos décadas.
Cómo el chip fotónico manipula la luz
Los chips fotónicos controlan la luz mediante guías de onda microscópicas diseñadas en un wafer. La lógica recuerda a la de los chips electrónicos, pero, en lugar de corrientes eléctricas, estas estructuras dirigen haces luminosos.
Esta plataforma ya se usa en telecomunicaciones y ha ayudado a reducir el tamaño de tecnologías ópticas antes dependientes de equipos mayores. El nuevo dispositivo amplía esta trayectoria al llevar un láser de femtosegundo de alta energía a un área muy pequeña.
La cavidad del láser tiene 42 centímetros de longitud, pero puede ser doblada en un chip con un área aproximada a la cabeza de un fósforo. El resultado es mucho menor que los sistemas ultrarrápidos convencionales basados en fibra.
Proyecto poco usado resolvió parte del desafío
Para viabilizar el dispositivo, el equipo adoptó el oscilador de Mamyshev, una arquitectura poco utilizada. La cavidad combina una guía de ondas no lineal entre dos filtros ópticos que seleccionan diferentes partes del espectro de luz.
Cuando un pulso fuerte atraviesa la guía, su espectro se ensancha y permite que parte de la luz pase por los filtros, continuando a circular. La luz más débil no se ensancha lo suficiente y termina siendo filtrada.
El diseño también reduce problemas causados por interacciones no lineales en guías muy pequeñas. Esta característica hace que la arquitectura sea adecuada para dispositivos fotónicos integrados.
Posibles usos del nuevo láser
Como los chips fotónicos pueden ser fabricados a nivel de oblea, más de 1.000 cavidades láser podrían salir de un único lote, reduciendo costos y ampliando el acceso.
La tecnología puede apoyar el sensado, la espectroscopia, la medición de precisión, la detección de contaminantes, la identificación de defectos en materiales, diagnósticos médicos y relojes atómicos ópticos portátiles.
¿Qué opinas de este avance? Comenta si tecnologías de este tipo parecen más importantes para medicina, industria, medio ambiente o navegación, y comparte qué aplicaciones de láseres ultrarrápidos deberían recibir prioridad en los próximos años.
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