Láseres pulsados
Introducción
Aunque especificar una división puede ser bastante arbitrario, se puede considerar como láser ultra intenso a aquel con el que se pueden conseguir intensidades superiores a los 10 W cm. Esta intensidad, que fue el límite superior de los láseres hasta la invención de la técnica Chirped Pulse Amplification, CPA, es el valor alrededor del cual empiezan a aparecer efectos no lineales en el transporte de la radiación en materiales. Actualmente, los láseres más potentes alcanzan intensidades del orden de 10W cm y potencias de Petavatios, PW, en cada pulso. Este rango de intensidades ha abierto para los láseres la puerta a multitud de disciplinas y áreas científicas tradicionalmente reservadas a aceleradores y reactores nucleares, postulándose como generadores de haces de electrones, iones, neutrones y fotones de alta energía, sin necesidad de un costosa infraestructura. Estas perspectivas han sido puestas de manifiesto por el panel de expertos de la OCDE que recomiendan a los gobiernos apoyar el desarrollo y la aplicación de láseres ultra intensos[2] y crear comités internacionales como ICUIL[3] que articulen la investigación. Las perspectivas de evolución existentes indican que estos láseres alcanzarán potencias de hasta 10(Exavatios, EW) e incluso 10(Zettavatios, ZW), lo cual va a permitir en un futuro no muy lejano explorar uno de los temas claves de la física actual como es la estructura del vacío cuántico.
El proyecto europeo Extreme Light Infrastructure, ELI es actualmente la propuesta más ambiciosa de construir el láser más intenso del mundo.
Técnicas para conseguir pulsos ultra intensos
La potencia de un pulso láser viene dada por el cociente entre su energía y su duración, P = E/Δt. Por otro lado, la intensidad considera el área sobre la cual se hace incidir esa potencia y viene dada por la expresión I = P/A. Así, resulta claro que para conseguir pulsos cada vez más intensos se necesita aumentar la energía de los mismos, disminuir su duración o focalizarlos en áreas más pequeñas. Desde la creación del láser, la duración de los pulsos se ha ido reduciendo hasta valores que alcanzan actualmente los cientos de attosegundos, i.e. 10 s). Sin embargo, durante años la amplificación de energía ha estado limitada por las propiedades ópticas del material amplificador en el cual, a intensidades superiores a 10 W cm, se producían efectos no lineales que causaban modificaciones en la propagación de la onda y daños en el material. Con la invención de la técnica Chirped Pulse Amplification, CPA, en el año 1985 se superó esta limitación y actualmente se puede seguir aumentando la intensidad de los pulsos hasta valores por encima de los ya indicados. Brevemente, esta técnica consiste en estirar el pulso en el tiempo previamente a su amplificación en energía, mediante redes de dispersión. Una vez estirado, se procede a amplificar sin que en ningún momento se rebase el valor umbral de intensidad por encima del cual se dañaría el medio material. Finalmente, el pulso se comprime en el tiempo de una manera similar a como se hace el estiramiento, alcanzando valores elevados de intensidad. Por último, el aumento de la intensidad reduciendo el área de focalización del pulso tiene una limitación natural que es la que viene dada por la longitud de onda debido al límite de difracción").