El espejo de diamante soporta láseres lo suficientemente potentes como para quemar acero.

Los láseres de alta potencia intervienen en todo, desde la fabricación hasta las comunicaciones en el espacio profundo, y el desarrollo continuo de versiones más potentes exige un replanteamiento de los componentes responsables de dirigir sus haces de luz. Esto hace que un equipo de ingenieros de Harvard recurra a uno de los materiales más fuertes conocidos en los diamantes, que han utilizado para formar un nuevo espejo que puede soportar rayos láser lo suficientemente fuertes como para quemar el acero.

El nuevo y resistente espejo se desarrolló en respuesta a algunas de las deficiencias de los sistemas láser de onda continua de alta potencia actuales. Los espejos utilizados para dirigir los haces de estos láseres están formados por finas capas de materiales con propiedades ópticas variables. Si una de esas capas tiene incluso un pequeño defecto, el láser atravesará el espejo en lugar de rebotar, deshaciendo toda la operación.

Un enfoque más simple podría ser usar un solo material para todo el espejo para limitar la posibilidad de defectos, pero no es tan simple como agarrar uno de los materiales más resistentes que pueda encontrar y ponerlo a trabajar. Para formar su nuevo espejo de diamantes, el equipo de investigación tuvo que aprovechar técnicas de grabado de vanguardia desarrolladas originalmente para tallar estructuras a nanoescala en diamantes para su uso en comunicaciones y óptica cuántica.

"Pensamos, por qué no usar lo que desarrollamos para aplicaciones cuánticas y usarlo para algo más clásico", dijo Haig Atikian, primer autor del artículo.

Esto implicó el uso de un haz de iones para grabar estructuras microscópicas en forma de tee de golf en la superficie de una lámina delgada de diamante que mide solo 3 x 3 mm (0,1 x 0,1 pulgadas). Estas estructuras son las que le dan al espejo de diamante sus propiedades reflectantes, y los científicos llegaron a una reflectividad del 98,9 por ciento como el punto óptimo que ayuda a mantener su durabilidad.

"Puedes hacer reflectores que sean 99,999 por ciento reflectantes pero que tengan de 10 a 20 capas, lo cual está bien para un láser de baja potencia, pero ciertamente no sería capaz de soportar altas potencias", dijo Neil Sinclair, coautor del artículo.

Los científicos pusieron a prueba su nuevo espejo colocándolo frente a un láser de 10 kW utilizado para la investigación por la Marina de los EE. UU., que notaron que es lo suficientemente fuerte como para quemar el acero. El espejo salió completamente ileso.

"El atractivo de esta investigación es que teníamos un láser de 10 kilovatios enfocado en un punto de 750 micrones en un diamante de 3 por 3 milímetros, que es mucha energía enfocada en un punto muy pequeño, y no lo quemamos", dijo Atikian. "Esto es importante porque a medida que los sistemas láser consumen cada vez más energía, es necesario encontrar formas creativas de hacer que los componentes ópticos sean más robustos".

Los científicos están explorando la comercialización de la tecnología e imaginan que sus nuevos espejos de diamante se utilizan para avanzar en campos que van desde la fabricación y defensa de semiconductores hasta las comunicaciones en el espacio profundo y la fabricación industrial.

"Nuestro enfoque de espejo de un solo material elimina los problemas de estrés térmico que son perjudiciales para los espejos convencionales, formados por pilas de múltiples materiales, cuando se irradian con grandes potencias ópticas", dijo Marko Loncar, autor principal del artículo. "Este enfoque tiene potencial para mejorar o crear nuevas aplicaciones de láseres de alta potencia".

La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.

Fuente: Universidad de Harvard