Los láseres de femtosegundo permiten, desde los años 90, el tratamiento de
materiales a nano- y microescala con alta precisión, pero su producción resulta
lenta y costosa. Investigadores del Grupo de Óptica (GROC) de la Universitat
Jaume I de Castelló han desarrollado una novedosa técnica de procesamiento en
paralelo que permite multiplicar por cien la capacidad de producción de estos
láseres, mejorando el rendimiento, reduciendo el tiempo y los costes de
fabricación y optimizando el uso de la energía del láser. La importancia del
avance le ha llevado a ser portada de Optics & Photonics News, la revista de
divulgación de referencia en su campo editada por la Optical Society of
America.
Grupo de Óptica de la UJI
La tecnología láser permite procesar materiales, es decir, modificar
localmente sus propiedades con precisión micrométrica (una centésima parte del
tamaño de un cabello) o incluso nanométrica. Es el caso,por ejemplo, de los
microchips o de los estents que se implantan en el sistema arterial y que son
fabricados utilizando tecnología láser, debido a los exigentes requerimientos de
precisión para que funcionen correctamente.
Jesús Lancis, director del Grupo de
Óptica GROC, destaca que el avance alcanzado «mejorará considerablemente las
prestaciones de esta tecnología al permitir procesar el material simultáneamente
en varias localizaciones y, además, sin pérdida de precisión. Ambos hechos son
clave para incrementar la tasa de producción de la tecnología láser, abaratando
de esta manera los costes de fabricación y permitiendo su introducción
progresiva en diversos sectores que hasta ahora utilizan mecanismos de
producción más tradicionales».
La técnica de procesamiento en paralelo desarrollada por la UJI permite
dividir el haz en una serie de haces múltiples a través de lo que se denomina un
«módulo de dispersión compensada», habiendo demostrado su efectividad para
generar simultáneamente 52 agujeros ciegos de menos de 5 micras de diámetro
sobre una muestra de acero inoxidable. «Esta investigación demuestra que, sin
perder calidad, podemos aumentar la velocidad de fabricación por un factor de
52, o incluso de 100, con el cambio de parámetros del sistema», explica la
investigadora de GROC Gladys Mínguez-Vega.
El programa Horizonte 2020, que recoge los principales desafíos a los que
debe hacer frente la ciencia en Europa en los próximos años, destaca el papel
clave que debe jugar la tecnología láser en la mejora de ciertos procesos de
producción industrial, sobre todo en aquellos donde la calidad y el acabado de
la pieza son fundamentales. Procesar materiales con luz permite un alto grado de
automatización y flexibilidad en los procesos industriales, así como la
fabricación de componentes y productos de extraordinaria calidad y de una manera
mucho más sostenible comparada con otras tecnologías de procesado. La tecnología
láser es una tecnología limpia en el sentido de que minimiza el número de
residuos en los procesos de fabricación, pero no sólo en el manufacturado
industrial: la fotónica también plantea avances en numerosos campos como la
salud, la iluminación y la sostenibilidad. «Se dice que la fotónica permitirá
modificar nuestra forma de vida en el siglo XXI tal y como lo consiguió la
electrónica en el siglo XX», señala Lancis, resaltando las potencialidades de
esta ciencia.
Una tecnología con infinidad de posibilidades
Le tecnología láser se desarrolló en los años 80 del pasado siglo, pero
en sus orígenes se trataba de láseres de onda continua que no permitían trabajar
con materiales a microescala ni alcanzar un elevado nivel de calidad. Fue a
partir de los años 90 cuando apareció el láser pulsado de femtosegundo, un láser
que opera con pulsos programados en espacios de tiempo extremadamente cortos,
permitiendo que se acumule la luz de forma que la carga energética que se
dispara al liberarse el haz es mucho más potente. Esta tecnología ha permitido
alcanzar una mayor precisión y calidad, según explica Mínguez-Vega: «Son los
láseres que se están utilizando, por ejemplo, en algunas operaciones de cirugía
para conseguir cortes menos invasivos, más localizados y precisos, o en el
desarrollo de micromecanizados en todo tipos de materiales, incluidos los
biodegradables. Al tratarse de tiempos de exposición tan breves y con una carga
energética tan elevada, los láseres de femtosegundos evitan también que el calor
se expanda más allá del punto al que se dirige, lo que permite incluso
utilizarlos para cortar explosivos».
El hecho de que la energía esté tan concentrada provoca que se tenga incluso
que atenuar. «Si la gastaras toda, depositarias tanta energía que acabarías
causando un daño en el material. Para evitarlo se utilizan unos filtros que van
eliminando luz hasta reducirla a la energía adecuada». La matriz desarrollada
por la UJI permite dividir el haz, multiplicando los puntos de luz a la vez que
reduce la energía de cada uno de ellos. «Actualmente, para micromecanizar una
pieza con un láser de femtosegundo se ha de mover el láser o el material para ir
escaneándolo, de forma que la producción se ha de realizar punto a punto». La
matriz desarrollada en el campus castellonense divide los haces manteniendo su
efectividad, lo que permite micromecanizar a la vez decenas de piezas distintas,
multiplicando hasta por cien la velocidad del sistema con la consiguiente
reducción de costes.
La revista editada por la Optical Society of America, la sociedad de óptica
más importante a escala internacional, dedica en su número del mes de mayo la
imagen de portada al sistema óptico desarrollado en la UJI para láseres de
femtosegundo. A través de un amplio reportaje sobre los últimos avances en
láseres pulsados ultrarrápidos, recoge los avances alcanzados por el Grupo de
Óptica GROC de la UJI, publicados previamente en la revista científica Optics
Express.
Enlace de interes:
http://www.uji.es/ES/ocit/e@/05304/?p_url=/ES/ocit&p_item=05304&codi=087
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