Los físicos crean un “retro-láser”

retro-láserUn equipo de físicos de los Estados Unidos ha creado un haz láser infrarrojo en un punto en mitad del aire, focalizando un láser UV sobre un diminuto volumen de moléculas de oxígeno. Gran parte de la luz láser infrarroja emergente viaja de vuelta hacia el láser UV, muestreando el aire intermedio cuando retorna. De tal forma, este “retro-láser” podría proporcionar, potencialmente, medidas de contaminantes y otras moléculas en entornos en los que sería imposible, o muy difícil, hacerlo, con sistemas láser convencionales.

Hay un distinto número de formas de usar los lásers para medir la concentración de gases concretos en el aire, ya sean trazas de contaminantes en la atmósfera o de gases emitidos por explosivos sólidos. Estas técnicas incluyen la dispersión Raman, en la cual la luz retorna con un desplazamiento en su longitud de onda como resultado de la excitación láser atómica o molecular. Sin embargo, la luz dispersada es extremadamente débil y, por tanto, arroja una señal muy débil. En una “ganancia Raman estimulada”, la señal es aumentada excitando las moléculas del gas de forma que emitan a la misma frecuencia del láser. Esto requiere que el detector se posicione en el extremo opuesto de la muestra del gas, lo cual hace que su uso en algunos entornos cerrados o remotos sea muy difícil.

Una forma de esquivar esta limitación es configurar un láser en mitad del aire, con su haz muestreando las moléculas a lo largo de su camino conforme vuelve hacia el origen. En 2004 un grupo liderado por See Leang Chin de la Universidad Laval en Canadá usaron un láser infrarrojo para ionizar átomos de nitrógeno, los electrones e iones recombinados, entonces, emiten luz de forma coherente. Sin embargo, esta aproximación necesita de un láser muy potente, y el grupo de Chin obtuvo sólo un coeficiente de ganancia muy pequeño, lo que significa que los investigadores tenían que ionizar una gran extensión de aire para lograr alguna acción significativa.

Inversión de población

En el último trabajo, Richard Miles y sus colegas de la Universidad de Princeton usaron un mecanismo diferente para configurar el el láser en mitad del aire. Focalizando un haz láser de longitud de onda de 226 nm sobre un diminuto volumen de aire a una distancia de entre 30 cm y 1 m, fueron capaces de romper moléculas de oxígeno en sus átomos constituyentes y luego excitar esos átomos. Lograr que estos átomos emitieran luz láser dependía de dos propiedades cruciales del foco del haz. Siendo de intensidad muy alta, este foco induce una inversión de población en los átomos de oxígeno, asegurando que hay más átomos excitados que no excitados.

Además de esto, la forma del foco – de aproximadamente un milímetro de largo y aproximadamente una centésima de milímetro de ancho – indica que cualquier átomo que pase por una emisión espontánea tiende a estimar la emisión de otros átomos excitados en la dirección de delante o detrás, en lugar de en una dirección en un ángulo arbitrario respecto al haz. Esto lleva a una gran ganancia en las direcciones hacia adelante y atrás.

Para confirmar que había generado un retro-láser, los investigadores colocaron un detector CCD a un metro por detrás del foco, y luego colocaron un tubo fotomultiplicador sensible en ángulos arbitrarios respecto al haz. Encontraron que el brillo tras el foco era millones de veces más alto que en otras direcciones.

Inspirado por llamas

De acuerdo con el colega de Miles, Arthur Dogariu, la inspiración para el retro-láser llegó hace algunos años cuando usaban el mismo láser de 226 nm para estudiar la creación de oxígeno atómico dentro de llamas calientes. Usaban el láser para excitar e ionizar los átomos liberados por el calor de la llama para medir las emisiones características de distintas llamas. Pero lo que notaron era que incluso cuando apagaban la llama, seguían teniendo una señal – en otras palabras, el láser estaba rompiendo y excitando el oxígeno.

Los investigadores planean ahora optimizar su configuración para ver cuánto pueden elevar la ganancia del retro-láser. Luego tratarán de detectar y probar distintas moléculas usando un distinto número de esquemas de detección, incluyendo la ganando Raman estimulada. Dicen que su retro-láser podría, por ejemplo, facilitar el escaneo de la atmósfera buscando signos de metano en el caso de ruptura de una tubería de gas. Alternativamente, comentan, podrían usarla para la detección de explosivos, estudiando el aire alrededor de un paquete sospechoso, incrementando la distancia y reduciendo las concentraciones a las que podría llevarse a cabo tan análisis en comparación con una dispersión Raman normal.

Medidas del mundo real

Chin describe el trabajo como “muy interesante2, pero dice que no está aún convencido de que tal retro-láser pueda usarse en realidad para detectar contaminantes y otros gases. Sostiene que los investigadores no han explicado adecuadamente cómo funcionaría el principio con moléculas distintas al oxígeno, y también advierte que los resultados a pequeña escala del laboratorio no pueden extrapolarse necesariamente a las distancias mucho mayores implicadas en las medidas del mundo real.

Miles Padgett de la Universidad de Glasgow comparte la idea de Chin. Dice que la investigación es “fascinante”, pero añade que “apostaría que la excitación es el propio efecto en lugar una posible aplicación, en esta etapa”.

El trabajo se describe en la revista Science 331 442.


Autor: Edwin Cartlidge
Fecha Original: 27 de enero de 2011
Enlace Original

Comparte:
  • Print
  • Digg
  • StumbleUpon
  • del.icio.us
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • Bitacoras.com
  • Identi.ca
  • LinkedIn
  • Meneame
  • Netvibes
  • Orkut
  • PDF
  • Reddit
  • Tumblr
  • Wikio
This page is wiki editable click here to edit this page.

Like This Post? Share It

Comments (6)

  1. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: Un equipo de físicos de los Estados Unidos ha creado un haz láser infrarrojo en un punto en mitad del aire, focalizando un láser UV sobre un diminuto volumen de moléculas de oxígeno. Gran parte de la luz láser infrarroj……

  2. [...] This post was mentioned on Twitter by Skepticus, ciencias.es. ciencias.es said: Los físicos crean un “retro-láser” http://bit.ly/fjGB30 [...]

  3. reneco

    Cuando me hablan de láser se me viene a la mente los esfuerzos que se han hecho para obtener energía a través de la fusión nuclear controlada. No se ha sabido de noticias al respecto, aunque aquí se hablas de otros usos para esta tecnología

  4. Leodamlop

    Ya se podria fabricar un sable laser?

    • reneco

      No creo, se habla de crear una fuente de rayos láser en el aire, no de confinarlo en un espacio limitado, pero ya se llegara a ello

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *