Un equipo de investigación liderado por el profesor Cheng Tingqing, del Instituto de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia China de Ciencias, ha presentado un innovador cristal dopado con gradientes térmicos que promete mitigar los efectos térmicos y mejorar la luminosidad de los láseres Nd:YAG de alta potencia. Este avance, publicado en las revistas Optics & Laser Technology e Infrared Physics & Technology, podría revolucionar las aplicaciones industriales y médicas de estas tecnologías láser.
Los láseres de estado sólido convencionales, que utilizan cristales uniformemente dopados, sufren de importantes gradientes de temperatura y tensiones térmicas cuando operan a altos niveles de potencia. Estos efectos adversos no solo limitan la potencia máxima que se puede alcanzar, sino que también degradan la calidad del haz y la eficiencia de conversión. En este contexto, el nuevo enfoque de dopaje por gradientes se presenta como una solución efectiva.
Innovaciones en el diseño de cristales dopados
Los investigadores desarrollaron un modelo numérico que permite optimizar la distribución de concentración de neodimio a lo largo del cristal. Este diseño innovador no solo amplía la longitud de absorción efectiva, sino que también homogeneiza la distribución de energía del bombeo longitudinal, lo que resulta en una reducción de los gradientes térmicos y la deformación de las caras finales del cristal. Como resultado, se logra un aumento en la longitud focal de la lente térmica, lo que es crucial para mantener un rendimiento óptimo.
Las pruebas experimentales y simulaciones confirmaron las ventajas del diseño con dopaje por gradientes. Bajo condiciones de bombeo continuo, el cristal no solo mantuvo un aumento lineal en la potencia de salida, sino que también alcanzó eficiencias de conversión superiores al 50%. Este avance ha permitido el desarrollo de un láser de alta luminosidad conmutado electroópticamente, que, en combinación con un diseño de cavidad plano-convexo y un tamaño de punto de bombeo adaptado al gradiente de dopante, controla la intensidad de ganancia intracavitaria y el volumen del modo. Los resultados son asombrosos, alcanzando potencias promedio en el rango de decenas de vatios y picos de potencia cercanos a la escala de megavatios, todo ello manteniendo una calidad de haz casi difraccionada, lo que establece un nuevo récord de luminosidad para los láseres Nd:YAG de un solo extremo y de una sola barra.
Este trabajo no solo representa un avance significativo en la física de láseres, sino que también abre el camino hacia el diseño de fuentes láser de alta luminosidad de próxima generación, con aplicaciones potenciales en sectores industriales, médicos y científicos. La investigación refuerza la posición de China como líder en el desarrollo de tecnologías avanzadas en el ámbito fotónico, una área clave para el futuro de la innovación tecnológica global.
