Científicos de la Universidad de Oxford han desarrollado una tecnología innovadora llamada RAVEN que puede capturar de una sola vez toda la complejidad de un pulso láser ultra intenso. Los resultados de la investigación se publicaron el 26 de junio en la revista Nature Photonics.

Los láseres ultra intensos pueden acelerar electrones a velocidades cercanas a la de la luz en una sola oscilación de campo eléctrico, siendo herramientas poderosas para investigar física extrema, pero sus fluctuaciones rápidas y estructuras complejas hacen que la medición en tiempo real de sus características sea extremadamente desafiante. Previamente, las tecnologías existentes requerían cientos de exposiciones láser para formar una imagen completa, limitando la captura de las características dinámicas de pulsos de luz extrema.

Esta nueva investigación, liderada conjuntamente por investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Oxford y la Universidad Técnica de Múnich en Alemania, describe una nueva técnica de diagnóstico de un solo disparo llamada RAVEN (Vectorial Electromagnetic Near-field Acquisition in Real-time). Este método puede medir con alta precisión la forma completa, el tiempo y la alineación de un pulso láser ultra intenso individual.

Comprender completamente el comportamiento de los pulsos láser puede transformar el rendimiento en múltiples campos. Por ejemplo, permite a los científicos ajustar en tiempo real los sistemas láser, cerrando la brecha entre experimentos y modelos teóricos, y proporcionando mejores datos para modelos computacionales y simulaciones de inteligencia artificial. Su principio de funcionamiento divide el haz láser en dos partes: una mide el cambio de color con el tiempo, la otra pasa a través de un material birrefringente y luego registra la estructura de frente de onda mediante un array de microlentes, con la información capturada en una sola imagen por sensores ópticos, y un programa informático reconstruye la estructura completa.

El investigador principal, Sonny Howard, dijo que este método captura por primera vez en tiempo real la complejidad completa de un pulso láser ultra intenso, incluyendo el estado de polarización y la estructura interna, proporcionando nuevas perspectivas sobre las interacciones láser-materia y allanando el camino para optimizar sistemas láser de alta potencia.

Esta tecnología se ha probado con éxito en el láser ATLAS de 3000 petavatios en Alemania, revelando distorsiones sutiles y desplazamientos de fase que previamente no se podían medir en tiempo real, permitiendo al equipo de investigación ajustar finamente el instrumento. Estas distorsiones afectan el rendimiento de experimentos láser de alta intensidad; RAVEN, al proporcionar retroalimentación en tiempo real, permite ajustes inmediatos, mejorando la precisión y eficiencia de experimentos como la física de plasma, ahorrando tiempo.

Esta tecnología proporciona una nueva vía para que los laboratorios realicen dispositivos de energía de fusión inercial, un paso clave hacia la producción a gran escala de energía de fusión. Los láseres enfocados también pueden proporcionar detección poderosa para nueva física.

Peter Norreys, coautor del artículo y profesor, dijo que RAVEN logra la caracterización espacio-temporal completa de un pulso láser en un solo disparo, proporcionando una nueva herramienta para el diagnóstico láser y acelerando potencialmente el progreso en aplicaciones de láseres ultra intensos. El coautor Dr. Andreas Döpp dijo que darse cuenta del principio detrás de RAVEN cambia las reglas del juego y simplifica la configuración.

Mirando hacia el futuro, los investigadores esperan expandir el uso de RAVEN a instalaciones láser más amplias, explorando su potencial en la optimización de la investigación de energía de fusión inercial. Esta investigación se completó en colaboración con la Universidad de Múnich, el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica y el Instituto John Adams para la Ciencia de Aceleradores, con apoyo de la Junta de Investigación Científica y Tecnológica del Reino Unido, así como instituciones financieras de Alemania y la UE.