La tecnología láser tradicional está basada en los procesos de absorción, emisión espontánea y emisión estimulada que ocurren en un centro activo, como puede ser un átomo, una molécula o un ion.
En este caso a los centros activos se les proporciona energía -decimos que se les “excita”- y posteriormente la desexcitación por medio del proceso de emisión estimulada produce los haces de luz extremadamente intensos que llamamos luz láser.
El primer laser de este tipo fue construido en 1960, por el científico norteamericano Theodore H. Maiman en los Laboratorios Hughes en Malibú, California.
Por otra parte, en 1971, fue desarrollado por el Dr. John Madey en la Universidad de Stanford en Estados Unidos, un nuevo tipo de láser llamado “Láser de electrones libres”, con la característica fundamental de no requerir, como los primeros láseres convencionales, de centros activos atómicos o moleculares para su operación, sino solamente de haces de electrones que son generados y que transitan dentro de un acelerador de electrones.
Para obtener procesos análogos a los de absorción, emisión espontánea y emisión estimulada, que ocurren en un láser convencional, es importante pasar al haz de electrones por un aparato llamado ondulador, el cual está compuesto por un conjunto de imanes con polaridad alternada cuyo campo magnético logra que el haz de electrones oscile y se conforme como un conjunto de paquetes de electrones, y es precisamente en estos paquetes en donde ocurre el proceso análogo a la emisión estimulada que es la base de la operación de un láser.
El problema más grande de los láseres de electrones libres es su gran tamaño, ¡su enorme tamaño! pero su gran ventaja es que pueden operar emitiendo radiación desde los rayos X, pasando por el ultravioleta, el visible y llegando hasta el infrarrojo y los terahertz. Los aceleradores de electrones pueden medir varias decenas de metros o incluso kilómetros, como el acelerador lineal de Stanford. Esto último los convierte en instrumentos poco prácticos para muchas aplicaciones reales.
Sin embargo, los resultados de la investigación más recientes presentan cambios extraordinarios que fueron reportados en el siguiente artículo recientemente publicado en una de las revistas de Nature; M. Labat, et al., “Seeded free-electron laser driven by a compact laser plasma Accelerator”, Nature Photonics, 2022.
La idea fundamental de este trabajo es sustituir los complejos y voluminosos aceleradores de electrones, por haces de electrones producidos por láseres pulsados convencionales que con cada disparo de luz producen los paquetes de electrones requeridos simplificando tremendamente el tamaño del sistema final.
Los láseres de electrones libres tienen numerosísimas aplicaciones científicas, industriales y médicas que no habían sido explotadas eficientemente debido a lo voluminoso y complejo de estos láseres.
Sin embargo, con este avance pronto será posible disponer de láseres de electrones libres más compactos y manejables. Esta es una muy buena noticia sobre todo para el campo de la salud, hospitales y servicios médicos.