La alineación de haces láser

Alinear un haz láser es una actividad cotidiana para todo científico o ingeniero, sobre todo si es un especialista en óptica.

sábado, 11 de septiembre de 2021 · 00:00

Alinear un haz láser es una actividad cotidiana para todo científico o ingeniero, sobre todo si es un especialista en óptica.

Esta actividad se encuentra en múltiples operaciones como el alinear los espejos del resonador de un láser, o alinear todo un sistema óptico de medición o de iluminación.  Estos sistemas pueden ser de enorme complejidad.

Y esto requiere mover con extrema delicadeza y precisión espejos, lentes, prismas, rejillas, entre muchos otros elementos ópticos. Siendo una actividad crucial para la correcta operación de todo sistema óptico, no es, en general, una tarea sencilla.

Un ejemplo se encuentra en los experimentos de confinamiento inercial de reacciones termonucleares en donde microesferas de unos cuantos micrones de diámetro que contienen una mezcla de deuterio y tritio -que es el combustible termonuclear- son irradiados simétricamente por potentes haces láser.

Antes de cada disparo se debe de alinear cada haz láser para que incida en la microesfera y de este modo lograr una irradiación simétrica y homogénea cuando todos los haces operan simultáneamente.

El asunto es complicado debido a que la microesfera se encuentra en el centro de una enorme cámara esférica de acero inoxidable cuyo interior se encuentra al vacío, un vacío muy alto, casi similar al vacío interestelar. Cuando se trabaja en estos experimentos hay dos etapas claramente diferentes. Una consiste en alinear cada haz a lo largo de todo el sistema óptico.

Esto es relativamente "fácil" pues uno puede ver el haz láser (se usan láseres de kriptón o argón que emiten luz verde de baja potencia que es muy fácil de visualizar).  Sin embargo, la segunda etapa de este proceso es más diferente y compleja pues se debe de alinear cada haz láser dentro de la gigantesca cámara que se encuentra al vacío.

El hecho de que la cámara esté al vacío representa un enorme problema pues por estar al vacío el haz láser ¡no se puede ver!  Recordemos que somos capaces de observar el paso de un haz láser únicamente debido a que en el medio por donde se propaga este haz (típicamente aire) hay partículas suspendidas que dispersan parte de la luz del haz.

Esta luz dispersada por las partículas que flotan en el aire son las que hacen posible que uno vea el haz láser.  En el vacío no hay ninguna partícula flotando y por tanto el paso de un haz láser es imposible de detectar, ¡el haz no se puede ver!  

En el caso de los experimentos mencionados de confinamiento inercial, la microesfera que sirve de blanco, recibe un recubrimiento metálico de unos cuantos angstroms de espesor tal que al incidir el haz láser de alineación sobre su superficie, éste es reflejado y así observado por los investigadores.

Las microesferas mencionadas anteriormente tienen dimensiones típicas de cincuenta a cien micrones -son pequeñas pero visibles a simple vista- sin embargo, actualmente se están realizando experimentos de atrapamiento de átomos que requieren focalizar los haces con una precisión suficiente para manipular átomos individuales ¿Cómo se pueden alinear los haces láser para realizar estos experimentos infinitamente más complejos que los anteriormente descritos? 

Esto es como tratar de iluminar un frijol colocado en un extremo de un estadio de futbol con un apuntador láser que está en el otro extremo del estadio.  Es algo extraordinariamente difícil sobre todo porque el experimento también se realiza al vacío.  En este caso se deben de usar las mismas transiciones atómicas radiativas para saber su posición y así alinear los láseres. ¡Fácil!

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