femtosegundo

Un femtosegundo es 10 elevado a la potencia de menos 15 segundos, o 0.000000000000001 segundos. El prefijo femto- sigue la convención de nomenclatura del SI: kilo, mega, giga, tera, peta, femto, atto. En esta escala de tiempo, la luz viaja aproximadamente 300 nanómetros en el vacío, aproximadamente la longitud de onda de la radiación ultravioleta. Para la medición industrial y el procesamiento de materiales, la duración del femtosegundo significa que el pulso ha golpeado y se ha ido antes de que la difusión térmica se extienda significativamente al material circundante.

Los pulsos de femtosegundos son generados por láseres de modo bloqueado, más comúnmente láseres de fibra y láseres de estado sólido (a menudo dopados con iterbio o erbio). Un láser de modo bloqueado fuerza a múltiples modos longitudinales a oscilar en fase, produciendo un tren de pulsos extremadamente cortos en lugar de una salida continua. Las tasas de repetición varían de kilohertz a megahertz dependiendo del diseño de la cavidad y la aplicación. La potencia máxima durante un pulso de femtosegundos puede alcanzar gigavatios a pesar de una potencia promedio relativamente modesta, porque la energía se comprime en una ventana extraordinariamente breve.

Aplicaciones industriales

Los láseres de femtosegundos dominan el micromecanizado de precisión de metales, cerámicas, vidrios y polímeros. La intensidad extrema concentra la energía en un volumen diminuto, ablandando el material limpiamente sin daño térmico a la zona circundante. Los orificios perforados en las palas de las turbinas, las superficies de implantes quirúrgicos marcadas con micropatrones y las geometrías complejas cortadas en silicio dependen de este mecanismo de ablación no térmica. La ausencia de una zona afectada por el calor significativa significa una formación mínima de rebabas, ausencia de fusión y ausencia de iniciación de microfisuras en materiales frágiles.

En metrología e inspección, los pulsos de femtosegundos permiten la tomografía de coherencia óptica (OCT) y las mediciones de tiempo de vuelo con resolución micrométrica. La corta duración del pulso determina la resolución de profundidad alcanzable en el corte óptico. Los sistemas de metrología también explotan la interacción no lineal ultrarrápida: dos o más fotones de femtosegundos pueden absorberse simultáneamente, lo que permite la medición directa de características de la superficie que dispersarían un solo pulso más largo.

La emisión espontánea amplificada (ASE) de femtosegundos y la generación de supercontinuo extienden aún más la tecnología. Cuando un pulso de fs se propaga a través de medios no lineales, su espectro se ensancha drásticamente, creando una salida similar a la luz blanca que abarca las bandas visible y del infrarrojo cercano. Este supercontinuo permite la espectroscopia de bomba-sonda de banda ancha y la obtención de imágenes multionda en el diagnóstico de fabricación. Sin embargo, los sistemas de femtosegundos exigen una alineación óptica cuidadosa, un mantenimiento regular del resonador láser y la conciencia de que la exposición acumulada a la salida ultravioleta de los pulsos de frecuencia convertida plantea riesgos para la seguridad ocupacional.