Opinión

Láseres de solitones

En esta semana investigadores del Instituto de Fotónica de la Universidad de Sydney en Australia reportaron un novedoso láser útil para aplicaciones médicas e industriales de precisión.

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Por: Vicente Aboites

En esta semana investigadores del Instituto de Fotónica de la Universidad de Sydney en Australia reportaron un novedoso láser útil para aplicaciones médicas e industriales de precisión (ver: F. Antoine et. al., “The pure-quartic soliton laser”, Nature Photonics, 2020).

Vale señalar que las aplicaciones de los láseres en la medicina y en la industria no son nuevas y podríamos preguntar: ¿Qué es lo que hace novedoso e interesante a este nuevo láser?

Podríamos suponer que lo interesante de este láser es el hecho de que emite pulsos ópticos que son solitones sin embargo los láseres que emiten pulsos de solitones tampoco son nuevos, existen desde hace muchos años.

El problema general de los láseres de solitones hasta ahora construidos es que emiten pulsos de muy baja potencia mientras que el láser reportado en la revista “Nature Photonics” arriba mencionada es un láser que emite pulsos de muy alta potencia.

Un solitón, también llamado “onda solitaria” es un pulso de onda o paquete que mantiene siempre su forma mientras se propaga a velocidad constante.  Son producidos por la mutua cancelación entre efectos dispersivos (que tienden a hacer más ancho el pulso) y efectos no lineales (que tienden a hacer más angosto el ancho del pulso).La descripción matemática de los solitones viene dada por ecuaciones diferenciales parciales que en general son muy difíciles de abordar analíticamente y por tanto su estudio es normalmente efectuado de modo numérico usando computadoras.

Los solitones fueron por primera vez reportados por John Scott Russell quien observó este fenómeno en un canal en Escocia. En su caballo lo fue siguiendo durante varios kilómetros y posteriormente en un tanque de agua reprodujo el fenómeno y lo llamó “onda de traslación”.

El Láser de solitones desarrollado proporciona muy altas cantidades de energía en pulsos temporales cortos y será útil para aplicaciones oftalmológicas para cirugía de la córnea y en cirugías de corazón, así como para el tratamiento de materiales delicados. Probablemente lo más novedoso fue haber demostrado un nuevo comportamiento.

En un láser de solitones convencional la energía (E) de la luz es inversamente proporcional a la duración (T) del pulso, esto es; E = 1/T.  Por tanto, si el ancho del pulso disminuye en dos, se obtiene el doble de energía.  Sin embargo, en el nuevo láser de solitón desarrollado, la energía es inversamente proporcional a la tercera potencia (al cubo) de la duración del pulso, esto es:  E = 1/T’3.

Por tanto, si el ancho del pulso disminuye en dos, se obtiene ocho veces la energía inicial.  Los investigadores consideran que este resultado es lo más importante de su trabajo.Es una nueva ley para la física de láseres; E = 1/T’3.

DA
 

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