Sonido para controlar rayos láser en pleno aire
Una nueva y revolucionaria técnica permite cambiar la dirección de un rayo láser en el aire con la ayuda del propio aire manipulado mediante ondas de sonido.
Cuando el rayo láser entra en la zona de influencia de un sistema altavoz-reflector, la acción del sonido en el aire logra el mismo efecto que el generado por un conjunto de componentes ópticos sólidos capaz de desviar el rayo, y eso es lo que sucede pese a no haber contacto con sólido alguno. / Science Communication Lab for DESY
El logro es obra de un equipo encabezado por Yannick Schroedel, del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY, por sus siglas en alemán).
Mediante una configuración adecuada de los sonidos emitidos al aire, este puede comportarse como un conjunto de piezas ópticas capaz de desviar el rayo láser del modo deseado, con varias ventajas, entre ellas la de que estas “piezas” no necesitan ser reparadas de daños causados por los rayos láser, y la de que, por su peculiar naturaleza, tales piezas conservan la calidad original del haz.
Con ayuda de unos altavoces especiales, los investigadores dan forma a un patrón de zonas densas y zonas menos densas en el aire. De un modo similar a cómo las densidades diferenciales del aire desvían la luz en la atmósfera terrestre, el patrón de densidad adopta el papel de una red óptica que cambia la dirección del haz de luz láser.
En las primeras pruebas de laboratorio, un fuerte pulso de láser infrarrojo pudo ser redirigido de este modo con una eficiencia del 50 por ciento. Según los modelos numéricos, en el futuro debería ser posible lograr eficiencias mucho mayores.
Para la primera prueba, los científicos tuvieron que subir mucho el volumen de sus altavoces especiales. “Trabajamos en un nivel sonoro de unos 140 decibelios, lo que corresponde a un motor a reacción a unos metros de distancia”, explica Christoph Heyl, del DESY y del Instituto Helmholtz en Jena (Alemania), miembro del equipo de investigación. “Afortunadamente, trabajamos en el rango de los ultrasonidos, que nuestros oídos no captan”.
El equipo ve en esta técnica un gran potencial para la óptica de alto rendimiento. En sus experimentos, los investigadores utilizaron un pulso láser infrarrojo con una potencia pico de 20 gigavatios, lo que corresponde a la potencia de unos dos mil millones de bombillas LED. Los láseres en este rango de potencia y por encima de ella se utilizan, por ejemplo, para el procesamiento de materiales, en la investigación de la fusión nuclear o en los aceleradores de partículas más modernos. Cuando la potencia es tan alta, las propiedades de los materiales de espejos, lentes y prismas limitan considerablemente su uso, y en la práctica estos elementos ópticos resultan fácilmente dañados por esos fuertes rayos láser. Además, la calidad del haz láser se resiente. “Por el contrario, hemos conseguido desviar los rayos láser sin contacto y preservando su calidad”, explica Heyl.
Heyl, Schroedel y sus colegas exponen los detalles técnicos del nuevo sistema de controlar rayos láser en la revista académica Nature Photonics, bajo el título “Acousto-optic modulation of gigawatt-scale laser pulses in ambient air”.
