Recientemente, investigadores de la Universidad de Stanford han logrado un gran avance en el campo de la fabricación por láser.
Han desarrollado y fabricado con éxito un láser de zafiro de titanio en un chip, una innovación que no sólo reduce el tamaño del láser en cuatro órdenes de magnitud (es decir, a una diezmilésima parte del tamaño original), sino que también reduce el coste en tres órdenes de magnitud (es decir, a sólo una milésima parte del precio original).
"Se trata de un avance revolucionario en el paradigma tradicional", afirma con entusiasmo la profesora Jelena Vuckovic, profesora de Liderazgo Global y autoridad líder en ingeniería eléctrica. Como autora principal del artículo que detalla este láser de zafiro y titanio a escala de chip en la revista Nature, está entusiasmada con el futuro: "Pronto, cualquier laboratorio podrá tener cientos de estos láseres de alto rendimiento en un solo chip, en lugar de depender de equipos convencionales voluminosos y costosos. También será increíblemente fácil de manejar e incluso será posible manejarlo con un puntero láser verde".
Joshua Yang, candidato a doctorado en el laboratorio, explica con más detalle las amplias implicaciones de esta tecnología: "Estos potentes láseres podrán utilizarse en una amplia variedad de aplicaciones importantes a una fracción del coste, a medida que pasamos de los dispositivos de escritorio a fabricar productos listos para la producción en un chip". Trabajó en esta investigación pionera con colegas del Laboratorio de Fotónica Cuántica y Nanoescala del profesor Vuckovic, entre ellos el ingeniero de investigación Kasper Van Gasse y el investigador postdoctoral Daniil M. Lukin.
Desde el punto de vista técnico, los láseres de zafiro y titanio son los preferidos porque tienen el mayor "ancho de banda de ganancia" de todos los cristales láser. Esto significa que los láseres de zafiro y titanio pueden producir una gama más amplia de longitudes de onda que otros láseres. Además, sus pulsos de luz se emiten con una velocidad extremadamente rápida, una vez cada billonésima de segundo. Estas excelentes características de rendimiento sin duda contribuirán en gran medida a la aplicación generalizada y al desarrollo profundo de la tecnología láser en diversos campos.
Para construir este nuevo tipo de láser, primero cubrieron con precisión una capa de cristales de zafiro real con una capa de zafiro de titanio sobre una plataforma de dióxido de silicio. A continuación, el zafiro de titanio se trituró, se grabó y se pulió hasta obtener una capa ultrafina de apenas unos cientos de nanómetros de espesor. Inmediatamente después, el equipo diseñó meticulosamente la guía de ondas en esta capa ultrafina de material.
Este diseño miniaturizado ofrece ventajas significativas. Desde un punto de vista matemático, la intensidad es la relación entre la potencia y el área. Por lo tanto, aunque se mantenga la misma potencia que un láser de gran escala, la intensidad del láser aumentará significativamente debido a la reducción del área. Los investigadores señalaron que "el pequeño tamaño del láser realmente nos ayuda a mejorar la eficiencia".
Además, para mejorar aún más el rendimiento del láser, el equipo de investigación incorporó un calentador en miniatura. Este calentador calienta la luz que pasa a través de la guía de ondas, lo que permite al equipo de Jelena Vuckovic la flexibilidad de ajustar la longitud de onda de la luz emitida entre 700-1000 nanómetros.
Este láser de zafiro de titanio en un microchip muestra aplicaciones prometedoras en varios campos. En física cuántica, ofrece una solución económica y práctica para reducir el tamaño de los ordenadores cuánticos de última generación. Y en el campo de la neurociencia, los investigadores de Stanford prevén su aplicación directa en la optogenética, un campo que permite a los científicos controlar e influir en la actividad neuronal dentro del cerebro a través de la luz, a pesar del volumen relativo de los dispositivos de fibra óptica de uso común en la actualidad.
De cara al futuro, el equipo seguirá perfeccionando el diseño de los láseres de zafiro y titanio a escala de chip y explorará la posibilidad de producirlos en masa en obleas, miles de láseres a la vez. Este verano, Joshua Yang obtendrá un doctorado basado en esta investigación y trabajará para llevar esta tecnología al mercado. "Podemos colocar miles de láseres en una oblea de 2 pulgadas y el costo por láser será cercano a cero", dice con confianza. "Esto, sin duda, desencadenará una revolución tecnológica".
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