Científicos del Centro de Investigación Energética de la Universidad de Maryland (UMD), en EE.UU., establecieron un récord al transformar, temporalmente, el aire en un dispositivo para guiar ondas de luz láser por 45 metros. Los investigadores enviaron pulsos de láser a través un pasillo en el interior de la institución acondicionado para usarlo como laboratorio, comunicaron el pasado viernes.
Guías de ondas en el aire con pulsos láseres ultracortos
Una guía de ondas en el aire prescribe un camino para la luz sin necesidad de desenrollar un cable sólido y preocuparse por las restricciones de la gravedad. Anteriormente, el laboratorio de Howard Milchberg, profesor de física de la UMD, demostró que un método similar con pulsos láseres ultracortos funcionaba para distancias que no superaban el metro. Pero los físicos encontraron que su laboratorio era demasiado pequeño. Como mover el láser directamente no era práctico, hicieron un hueco en una pared que daba al pasillo para ampliar el espacio.
"Hubo grandes desafíos: la enorme ampliación a 50 metros nos obligó a reconsiderar la física fundamental de la generación de guías de ondas en el aire, además de querer enviar un láser de alta potencia por un pasillo público de 50 metros de largo, naturalmente, desencadena importantes problemas de seguridad", explicó Milchberg. "Hay mucho trabajo relacionado con disparar láseres fuera del laboratorio con el que no tienes que lidiar cuando estás en el laboratorio, como colocar cortinas para la seguridad de los ojos. Definitivamente fue agotador", agregó Andrew Goffin, de la UMD que trabajó en el proyecto.
Como rayos y truenos
La técnica de pulsos de láser ultracortos proporciona una intensidad energética tan alta, a lo largo de un camino (llamado filamento), que crea un plasma. Este camino energético calienta el aire circundante, por lo que se expande y deja un camino de aire de baja densidad en la estela del láser. Este proceso se asemeja a una versión diminuta de relámpagos y truenos donde la energía del relámpago convierte el aire en un plasma que expande explosivamente el aire, creando el trueno.
Para lograr un núcleo de alta densidad (igual que los cables de fibra óptica de Internet) los investigadores crearon una disposición de múltiples túneles de baja densidad (filamentos) que se distribuyen naturalmente alrededor de un anillo con un núcleo más denso de aire imperturbable. La distancia recorrida fue unas 60 veces mayor a la registrada en experimentos anteriores y la guía de ondas había retenido alrededor del 20 % de la luz que, de otro modo, se habría perdido.
Nuevos récords y muchas aplicaciones
"Si tuviéramos un pasillo más largo, nuestros resultados muestran que podríamos haber ajustado el láser para una guía de ondas más larga", dijo Andrew Tartaro, científico de la UMD que trabajó en el proyecto. "Pero obtuvimos nuestra guía adecuada para el pasillo que tenemos". El equipo descubrió que la guía de ondas duró solo centésimas de segundo antes de disiparse en el aire, pero en ese tiempo la luz pudo atravesar más de 3.000 km. El artículo será publicado en la revista Physical Review X.
"Alcanzar la escala de 50 metros, para guías de ondas en el aire, literalmente abre el camino para guías de ondas aún más largas y muchas aplicaciones", afirmó Milchberg. "Basándonos en los nuevos láseres que pronto obtendremos, tenemos la receta para extender nuestras guías a un kilómetro y más". Entre las muchas aplicaciones potenciales están las relacionadas con la detección de luz emitida por la contaminación atmosférica, la comunicación láser de largo alcance o incluso el armamento láser.