LÁSER DE FEMTOSEGUNDOS DE 400W DE POTENCIA

Ingenieros alemanes han desarrollado, después de 10 años de trabajo, un láser de femtosegundos de 400W de potencia, abriendo así nuevas perspectivas al procesamiento de materiales. Los denominados láseres de picosegundo o de femtosegundo emiten luz con tiempos extremadamente cortos, de modo que logran potencias muy altas con una precisión alrededor de varios micrómetros. Después de este descubrimiento, la tecnología de fs-láser podría convertirse en una opción de uso masivo en el ámbito industrial, teniendo en cuenta que aporta interesantes ventajas en procesos que necesitan mucha precisión. Al haber logrado 400W de potencia en láseres de femtosegundos destinados al procesamiento de materiales, una investigación llevada a cabo por ingenieros y científicos del Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT de Alemania parece haber concretado un importante avance en la materia. Vale recordar que en la producción actual la media ronda los 100W. Los denominados láseres de picosegundo o de femtosegundo emiten luz con tiempos extremadamente cortos, de modo que logran potencias muy altas con una precisión alrededor de varios micrómetros. Los láseres de femtosegundos son ampliamente requeridos en todo tipo de procesos que necesiten una elevada precisión, como por ejemplo en la eliminación de estructuras muy pequeñas o en el trabajo con superficies muy sutiles o delicadas. Esto incluye a la tecnología aeroespacial, energética o electrónica, por ejemplo: Un mayor desarrollo de los láseres fs posibilitaría una mayor ductilidad en las aplicaciones a pequeña escala, tan importantes para la ingeniería actual. Estos láseres con pulsos de duración de menos de un picosegundo han experimentado un fuerte desarrollo desde su surgimiento hace 35 años. Quizás una de las ventajas más importantes que conllevan es que la interacción de la radiación de los láseres de femtosegundos con el material es mucho más corta que en otras opciones, lo que permite una mayor precisión en las actividades. La mencionada característica operativa facilita que el impacto de la radiación láser, y por consiguiente, el procesamiento del material, sean más efectivos y certeros. Esto permite lograr resultados en el procesamiento de materiales que no pueden ser igualados o superados por ningún otro método o técnica desarrollada hasta el momento. Los problemas que limitan su crecimiento: Por otro lado, hay algunos puntos que también limitan un mayor desarrollo o uso masivo de este tipo de láseres. En principio, la potencia de salida media de los láseres comerciales de este tipo es muy escasa, lo que se suma a la complejidad de su diseño y producción y al alto precio que insumen. Estos factores son los inconvenientes mayores para su difusión a gran escala. La investigación del Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT de Alemania, en el marco del Proyecto Lasertron y con la financiación del Ministerio alemán de Educación e Investigación, permitió concretar una producción media de más de 400 vatios en este tipo de láseres de femtosegundos, siempre con pulsos de duración de menos de un picosegundo. Así se puede leer en un comunicado de prensa del instituto alemán. Este logro se concretó luego de más de 10 años de trabajo e investigación de nuevas tecnologías en la institución mencionada, que podrán servir de base para el desarrollo de próximos nano-sistemas láser con fuerte aplicación en la industria. El desarrollo aporta además una mayor simpleza en cuanto a los dispositivos necesarios, obteniendo un diseño funcional y buenas condiciones de mantenimiento en los equipos a utilizar. Como si esto fuera poco, los nuevos dispositivos permiten llegar a un pulso de energía por debajo de un milijoule (mJ), una medida que se emplea para cuantificar los niveles energéticos en determinados procesos, como por ejemplo, en aquellos en los cuales se utiliza radiación UVB. Estas características de las nuevas técnicas empleadas facilitan la simplificación de los sistemas de láseres de femtosegundos, además de permitir abaratar los costos y propiciar así un uso generalizado de los mismos en la industria, algo realmente muy útil sobretodo para las microempresas de procesamiento de materiales. Innovaciones de fuerte aplicación industrial: El láser creado en el Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT combina varias innovaciones, como por ejemplo, la posibilidad de contar con osciladores con una potencia de salida de 1-2 vatios, que se pueden amplificar hasta 400 vatios a través de un único amplificador por etapa. Al mismo tiempo, los especialistas destacan la duración del pulso alcanzada, que obtiene diferentes características técnicas que, en conjunto, propician un manejo más simple y provechoso de los dispositivos. Estas condiciones permiten evitar diferentes problemas que pueden suscitarse al emplear otro tipo de técnicas. En consecuencia, puede decirse que los procesos industriales que se ven beneficiados con el uso de dispositivos de láseres de femtosegundos podrán ganar en economía y tiempo, algo que lógicamente significará a su vez una producción mayor y de mejor calidad. Un avance que certifica nuevamente que la investigación y el desarrollo tecnológico deben ir de la mano. Por supuesto, esta nueva tecnología aún no ha tocado su techo. Es que los especialistas alemanes ya piensan en nuevos desarrollos capaces de ampliar los beneficios de estos dispositivos para láseres de femtosegundos, con el propósito de llegar a superar los 1.000 vatios.

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Un grupo de ingenieros e investigadores del Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems (IPMS) de Alemania, conducido por Michael Scholles, director de la unidad de negocio del IPMS, ha avanzado en el desarrollo de pantallas que serán capaces de registrar los movimientos que suceden por delante de ellas, sin que esto interrumpa la emisión de imágenes.

El chip que posibilitará este importante desarrollo en el mundo de los sistemas audiovisuales (una pantalla-cámara) combina fotodetectores con unos diodos orgánicos emisores de luz (OLEDS). Su aplicación es inmensa, por ejemplo en el campo de la conducción de vehículos a velocidad elevada, aeronavegación, en trabajos mecánicos de precisión o en el marco de cirugías médicas de alta complejidad.

Aunque este tipo de desarrollos audiovisuales viene trabajándose durante décadas, la pantalla-cámara del Fraunhofer Institute for Photonic Microsystems cuenta con una importante ventaja: su carácter compacto y funcional. Esto permite que el dispositivo sea fácil de trasladar y que resulte sencillo interactuar con él, una característica que potencia su utilidad. Así queda establecido en un artículo de la revista Technology Review, de reciente publicación.

El sistema que permite esta novedad combina células fotodetectoras, que son muy parecidas a las que se emplean para capturar la luz en una cámara convencional, y píxeles de pantalla. De esta manera, el mecanismo puede representar y reproducir imágenes en movimiento y, a la vez, detectar los movimientos que se concretan delante de la pantalla.

¿Control ocular informático?

Esta innovación también podría hacer realidad la idea del control ocular en los sistemas informáticos, ya que si la pantalla es capaz de seguir los movimientos del ojo humano, la persona podría movilizarse por los menús y controles empleando solamente la vista y concretando así las órdenes que sean necesarias.

De acuerdo a los primeros indicios de los especialistas a cargo del proyecto, este tipo de pantalla-cámara podría integrarse en un sistema de realidad aumentada. Sería factible reproducir una imagen y, al mismo tiempo, controlar y monitorear el ojo del usuario del dispositivo.

Yendo a un ejemplo concreto, el piloto de un avión podría accionar diversos mecanismos con la vista, teniendo una mayor libertad para emplear sus manos en los comandos más complejos o de acción permanente. Aunque este tipo de mecanismos ya han sido desarrollados, no se había logrado hasta el momento un funcionamiento que garantizara tanta practicidad y comodidad.

Especialistas de otros centros de investigación han recalcado la importancia de este avance. Por ejemplo, el profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de California del Sur, Alexander Sawchuck, cree que la importancia de este desarrollo se sustenta en la integración de una pantalla y una cámara en un mismo chip. Según afirmó a Technology Review, todo aquello que pueda hacerse para que este tipo de pantallas sean más funcionales y que consuman menos energía es un gran avance en la materia.

Detalles del sistema y características del prototipo.

La innovación se inició con el diseño de unos chips detectores de luz, que contienen patrones de fotodetectores. Posteriormente, se creó una oblea con varios chips en una cámara de deposición, colocándose diferentes capas de material orgánico en el espacio ocioso entre los fotodetectores.

Justamente, estas capas fueron ocupadas por los OLED´s, diodos orgánicos emisores de luz, que constituyen el elemento central de la pantalla. Por último, y con el propósito de proteger la estructura final, el conjunto de fotodetectores y los OLED´s se integran en una delgada capa de polímero. La integración de OLED´s con chips fotodetectores es quizás la innovación más sugerente e intrigante.

Actualmente existe un prototipo de la pantalla, un modelo simple y monocromático de 1,25 centímetros en cada lado y una resolución de 320 por 240 píxeles. Sin embargo, las pantallas a color pueden realizarse con esta tecnología, aunque resulta más complejo debido a la necesidad de añadir filtros de color a los OLED´s blancos. Asimismo, esta clase de diodos orgánicos tienen una menor fiabilidad y su fabricación de manera eficiente es más compleja.

En tanto, la cámara que integra la pantalla en el prototipo actual alcanza una resolución de tan sólo 12 píxeles, lo que impide el seguimiento del ojo humano. Pero ya se ha desarrollado una versión de la cámara de 160 por 120 píxeles de resolución, con pruebas satisfactorias en el laboratorio pero que aún no ha sido integrada a la pantalla para comprobar su funcionamiento en conjunto. Sobre principios de 2015, los especialistas creen tener concluida una versión de esta pantalla-cámara más avanzada, que incluiría una cámara de alta resolución capaz de seguir los movimientos del ojo humano.