Los progresos en la investigación del láser ultrarrápido

Los progresos en la investigación del láser ultrarrápido avanzan hacia los pulsos de femtosegundos, una cuantificación del tiempo realmente asombrosa.

Un femtosegundo es un intervalo de tiempo extraordinariamente breve y difícil de imaginar. Para que nos hagamos una idea hay tantos femtosegundos en un segundo como toneladas de agua en todos los mares del mundo. Esto es la potencia 15 de 10. Todo ello significa que un pulso láser 10fs en la parte infrarroja del espectro contendrá solamente tres o cuatro oscilaciones de longitud de onda completas. El láser en femtosegundos ha estado confinado a la investigación hasta hace poco tiempo, pero hoy disponemos ya de aplicaciones comerciales de esta tecnología.

Entre las aplicaciones más destacables del uso de láser femtosegundo está la microscopía multifotón. La microscopía multifotón se desarrolló en los 90, aunque su uso era limitado por los costes. La ventaja del microscopio multifotón sobre sus equivalentes confocales es que el láser es capaz de penetrar más profundamente en el tejido bajo observación. Los láser de femtosegundos son capaces de penetrar más profundamente en el tejido bajo observación. El laser de femtosegundos usa luz de infrarrojos en vez de luz visible o ultravioleta. Esto es una ventaja ya que es capaz de pasar más fácilmente a través de los tejidos más fácilmente, permitiendo la obtención de imágenes a más profundidad. La segunda ventaja es que los pulsos de femtosegundos actualmente dañan las muestras menos que la luz visible o ultravioleta de los microscopios confocales.

Con la microscopía confocal, es difícil ir a profundidades superiores a 100 ó 150 µm en la muestra, mientras que la tecnología multifotón permite imágenes a profundidades superiores a 700 – 800 µm. Estas profundidades representan un material relativamente transparente, tal como el tejido cerebral de un ratón.

La combinación de una anchura de imagen más profunda y el efecto menos perjudicial de un pulso de iluminación de femtosegundo permite fascinantes aplicaciones. Un ejemplo de lo que se ha hecho con este láser ha sido cortar el cráneo a un ratón, reemplazarlo por una pieza de vidrio – una tapa pegara al hueso. ¡El ratón vivió un año! Continuó su vida activa sin ningún dolor o sufrimiento. El ratón se colocaba periódicamente bajo el microscopio para que los investigadores observasen las neuronas. Estos experimentos se usan, por ejemplo, para hacer estudios sobre los efectos de las drogas en el cerebro.

El paso siguiente, los attosegundos

Los pulsos de femtosegundos pueden parecer realmente sorprendentes, y de hecho lo son. Varios premios nobel se han conseguido durante el desarrollo de esta tecnología. Sin embargo, los avances sobre el láser ultrarrápido no quedan ahí. La cuestión que queda por responder es el movimiento de los electrones en los átomos. Para responder a estas preguntas no tenemos que mover hacia la siguiente escala, entrando ya a nivel de átomos. La siguiente escala es la de attosegundos. ¿Puede el láser moverse ahí? El láser no puede moverse directamente a esa escala, pero puede indirectamente permitir la generación de pulsos de attosegundos. Los pulsos láser de femtosegundos permiten la generación de pulsos UV extremos o rayos X de attosegundos.

El proceso por el que se generan los attosegundos, es similar en principio a la forma como trabaja un amplificador ultrarrápido, añadiendo que los amplificadores comerciales de generación de corriente son capaces de suministrar pulsos de 20 – 25 fs. Estos pulsos pueden enviarse utilizando una fibra hueca encerrada en un gas noble, usualmente argón.

Bibliografía: As fast as it gets. Electro optics. August/September 2010

Palabras clave: Femtosecond laser, multiphoton microscopy