Els làsers de femtosegon permeten, des dels anys 90, el tractament de materials a nanoescala i microescala amb alta precisió, però la seua producció resulta lenta i costosa. Investigadors del Grup d'Òptica (GROC) de la Universitat Jaume I de Castelló han desenvolupat una nova tècnica de processament en paral·lel que permet multiplicar per cent la capacitat de producció d'aquests làsers, millorant el rendiment, reduint el temps i els costos de fabricació i optimitzant l'ús de l'energia del làser. La importància de l'avanç l’ha dut a ser portada d’Optics & Photonics News, la revista de divulgació de referència en el seu camp editada per l’Optical Society of America.
La tecnologia làser permet processar materials, és a dir, modificar localment les seues propietats amb precisió micromètrica (una centèsima part de la grandària d'un cabell) o fins i tot nanomètrica. És el cas, per exemple, dels microxips o dels stents que s'implanten en el sistema arterial i que són fabricats utilitzant tecnologia làser, a causa dels exigents requeriments de precisió perquè funcionen correctament. Jesús Lancis, director del Grup d'Òptica GROC, destaca que l'avanç aconseguit «millorarà considerablement les prestacions d'aquesta tecnologia en permetre processar el material simultàniament en diverses localitzacions i, a més, sense pèrdua de precisió. Tots dos fets són clau per a incrementar la taxa de producció de la tecnologia làser, abaratint d'aquesta manera els costos de fabricació i permetent la seua introducció progressiva en diversos sectors que fins ara utilitzen mecanismes de producció més tradicionals».
La tècnica de processament en paral·lel desenvolupada per l’UJI permet dividir el feix en una sèrie de feixos múltiples a través del que es denomina un «mòdul de dispersió compensada», havent demostrat la seua efectivitat per a generar simultàniament 52 forats cecs de menys de 5 micres de diàmetre sobre una mostra d'acer inoxidable. «Aquesta recerca demostra que, sense perdre qualitat, podem augmentar la velocitat de fabricació per un factor de 52, o fins i tot de 100, amb el canvi de paràmetres del sistema», explica la investigadora de GROC Gladys Mínguez-Vega.
El programa Horitzó 2020, que recull els principals desafiaments als quals ha de fer front la ciència a Europa en els propers anys, destaca el paper clau que ha de jugar la tecnologia làser en la millora de certs processos de producció industrial, sobretot en aquells on la qualitat i l'acabat de la peça són fonamentals. Processar materials amb llum permet un alt grau d'automatització i flexibilitat en els processos industrials, així com la fabricació de components i productes d'extraordinària qualitat i d'una manera molt més sostenible comparada amb altres tecnologies de processament. La tecnologia làser és una tecnologia neta en el sentit que minimitza el nombre de residus en els processos de fabricació, però no només en el manufacturat industrial: la fotònica també planteja avanços en nombrosos camps com ara la salut, la il·luminació i la sostenibilitat. «Es diu que la fotònica permetrà modificar la nostra forma de vida al segle XXI tal com ho va aconseguir l'electrònica al segle XX», assenyala Lancis, ressaltant les potencialitats d'aquesta ciència.
Una tecnologia amb infinitat de possibilitats
La tecnologia làser es va desenvolupar en els anys 80 del passat segle, però en els seus orígens es tractava de làsers d'ona contínua que no permetien treballar amb materials a microescala ni aconseguir un elevat nivell de qualitat. Va ser a partir dels anys 90 quan va aparèixer el làser polsat de femtosegon, un làser que opera amb polsos programats en espais de temps extremadament curts, permetent que s'acumule la llum de manera que la càrrega energètica que es dispara en alliberar-se el feix és molt més potent. Aquesta tecnologia ha permès aconseguir una major precisió i qualitat, segons explica Mínguez-Vega: «Són els làsers que s'estan utilitzant, per exemple, en algunes operacions de cirurgia per a aconseguir talls menys invasius, més localitzats i precisos, o en el desenvolupament de micromecanitzats en tot tipus de materials, inclosos els biodegradables. En tractar-se de temps d'exposició tan breus i amb una càrrega energètica tan elevada, els làsers de femtosegons eviten també que la calor s’expandisca més enllà del punt al qual es dirigeix, la qual cosa permet fins i tot utilitzar-los per a tallar explosius».
El fet que l'energia estiga tan concentrada provoca que s’haja fins i tot d’atenuar. «Si la utilitzares tota, dipositaries tanta energia que acabaries causant un dany en el material. Per a evitar-ho, s'utilitzen uns filtres que van eliminant llum fins a reduir-la a l'energia adequada». La matriu desenvolupada per l’UJI permet dividir el feix, multiplicant els punts de llum alhora que redueix l'energia de cadascun. «Actualment, per a micromecanitzar una peça amb un làser de femtosegon s'ha de moure el làser o el material per a anar escanejant-lo, de manera que la producció s'ha de realitzar punt a punt». La matriu desenvolupada al campus castellonenc divideix els feixos mantenint la seua efectivitat, la qual cosa permet micromecanitzar alhora desenes de peces diferents, multiplicant per cent la velocitat del sistema amb la consegüent reducció de costos.
La revista editada per l’Optical Society of America, la societat d'òptica més important a escala internacional, dedica en el seu número del mes de maig la imatge de portada al sistema òptic desenvolupat a l’UJI per a làsers de femtosegon. A través d'un ampli reportatge sobre els últims avanços en làsers polsats ultraràpids, recull els avanços aconseguits pel Grup d'Òptica GROC de l’UJI, publicats prèviament en la revista científica Optics Express.
Referèncias biblogràfiques
- S. Torres-Peiró, J. González-Ausejo, O. Mendoza-Yero, G. Mínguez-Vega, P. Andrés, and J. Lancis (December 2013). “Parallel laser micromachining based on diffractive optical elements with dispersion compensated femtosecond pulses”. Optics Express, vol. 21, no. 26.
- “Ultrafast and Ultrashort: Some Recent Advances in Pulsed Lasers”. Optics & Photonics News. May 2014.