Fuelles de herrero para la luz: cómo comprimieron un láser de iterbio hasta convertirlo en un relámpago

Original: "Sub-2-Cycle, Terawatt Pulses via Double-Stage Multi-Pass Cell Compression of an Yb Laser"
arXiv:2609.04989v1 · 2026-09-04 · CC BY 4.0 · 2 min
Dos cámaras de gas transforman un pulso láser largo en un destello ultracorto con una potencia de 1,4 teravatios.

El herrero aviva los fuelles y el lento flujo de aire se convierte en una corriente afilada capaz de encender el fuego. Algo similar hacen los físicos con la luz: toman un pulso láser largo y lo comprimen en un destello corto y potente. En el nuevo trabajo, los científicos franceses comprimieron el pulso de un láser comercial de iterbio 65 veces, reduciendo su duración a 6,2 femtosegundos. Eso equivale a solo 1,8 oscilaciones de la onda luminosa.

Un pulso de 6,2 femtosegundos es tan corto que, en ese tiempo, la luz recorre apenas 1,86 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano.

La primera "inhalación de los fuelles" ocurre en una cámara con argón. El haz láser la atraviesa 29 veces, y el gas ensancha el espectro del pulso: aparecen nuevos colores que antes no existían. Luego, unos espejos especiales alinean estos colores en el tiempo, comprimiendo el pulso. La segunda "inhalación" es una cámara con helio y nueve pasadas. Aquí el espectro se ensancha aún más, y un par de espejos completa la compresión. Al final, la energía del pulso casi no se pierde: 12,5 milijulios de los 18 originales.

Antes no había certeza de que tal truco fuera posible con un láser de iterbio. Estos láseres se destacan por su alta potencia media y su fiabilidad, pero sus pulsos son demasiado largos para muchas aplicaciones. Ahora se ha demostrado que la compresión en dos etapas los convierte en una herramienta con una potencia máxima de 1,4 teravatios. Además, el láser emite mil pulsos por segundo y el haz se mantiene uniforme y estable.

En el foco de la mancha láser, la intensidad alcanza 1,2×10¹⁹ vatios por centímetro cuadrado. Esto es suficiente para que los electrones en la materia se aceleren hasta velocidades cercanas a la de la luz.

Esta fuente abre el camino hacia aceleradores de electrones compactos basados en plasma. En lugar de instalaciones gigantescas de kilómetros de longitud, se podrán obtener haces de partículas rápidas sobre una mesa de laboratorio. Esto será útil en medicina para la irradiación puntual de tumores, en la industria para detectar defectos en materiales y en la creación de fuentes brillantes de rayos X.

Los fuelles del herrero han funcionado. El lento flujo de luz se ha convertido en un relámpago que golpea mil veces por segundo y es capaz de acelerar partículas hasta velocidades relativistas.

Un impulso de 6,2 femtosegundos es tan corto que la luz recorre en ese tiempo solo 1,86 micrómetros, menos que el grosor de un cabello humano.

a_0 = 0.85 \sqrt{I[10^{18} \text{ Вт/см}^2] \lambda^2[\text{мкм}]}
Amplitud adimensional del campo del láser que determina el régimen de interacción con el plasma; cuando a0 > 1, los electrones se vuelven relativistas.
C = 0.59B + 1
Fórmula empírica que relaciona el factor de compresión C con el desfase no lineal acumulado B; para C=65 se requiere B≈100 rad.