Láser Zeus

En su último número, la revista “Laser Focus World” acaba de publicar un artículo dando a conocer que en el Centro de Óptica Ultra-Rápida de la Universidad de Michigan, acaba de entrar en operación el Láser Zeus.
Este láser es el láser de más alta potencia existente en los Estados Unidos y es uno de los más poderosos del mundo. Una de sus principales aplicaciones está en el estudio de plasmas en condiciones extremas.
El láser produce pulsos de tres femtosegundos a potencias arriba de los tres petaWatts. Esto permite obtener intensidades extremadamente elevadas en los puntos de focalización.
Los pulsos láser de petaWatts emitidos por el láser Zeus interaccionen con haces de electrones de muy alta energía generados por un segundo haz del mismo láser.  Esto permite alcanzar potencias del orden de los zetaWatts.  Los campos generados son tan elevados que se espera observar efectos electrodinámicos cuánticos de los electrones en estos campos intensos.
Estos láseres son tan potentes que siempre surge la pregunta: ¿Cómo se pueden crear y manipular los pulsos láser producidos de modo tal que estos pulsos no destruyan el mismo láser en donde son generados?
La respuesta a esta pregunta está dada por el uso de una técnica de amplificación de pulsos láser llamada “Chirped” (en inglés: “Chirped-pulse amplification”). Esta es una técnica extremadamente original e interesante que le valió a sus inventores, la Dra. Donna Strickland y el Dr. Gérard Mourou, recibir el premio Nobel de Física en el año 2018. El problema que esta técnica resuelve es el de incrementar la potencia de los pulsos láser sin que esta potencia jamás alcance la potencia de umbral de daño (el límite de daño) de los elementos que componen el láser en donde el pulso se genera y manipula. Para esto se hacen dos cosas, primero el pulso se expande temporalmente y después de ser amplificado el pulso se comprime.
La clave está en realizar estas dos etapas de expansión y compresión del pulso de modo sincronizado con el proceso intermedio de amplificación.
La descripción detallada de este proceso es la siguiente: i) Inicialmente el láser produce un pulso óptico ultracorto de baja intensidad (producir pulsos láser de este tipo es algo común en la mayoría de los laboratorios avanzados del mundo y no representa un gran problema). ii) El pulso ultracorto de baja intensidad se expande utilizando rejillas que funcionan como un prisma descomponiendo el pulso en sus longitudes de onda, el resultado de esto es un pulso temporalmente ancho de muy baja intensidad. iii) El pulso ancho y de baja intensidad anteriormente producido se pasa a través de amplificadores ópticos que elevan la potencia del pulso llevándolo justo bajo el límite de umbral de daño de los componentes ópticos del sistema. iv) El pulso ancho e intenso se comprime, realizando el segundo paso anteriormente mencionado pero “en reversa”, es decir; en el segundo paso anteriormente descrito un pulso corto se expande mientras que en este paso un pulso largo se comprime.
El resultado de todo esto es un pulso ultracorto de extrema intensidad que directamente se envía al blanco en donde se realizan los experimentos y observaciones requeridos.