Lentes de plasma holográficas para láseres de ultra alta potencia

Ilustración coloreada de una simulación de una lente de plasma holográfica. Los círculos concéntricos rojos indican alternancia de anillos de plasma de alta y baja densidad. El punto azul en el centro representa la luz enfocada. - MATTHEW EDWARDS/LLNL

   MADRID, 18 Mar. (EUROPA PRESS) -

   El sistema láser de mayor energía del mundo --el NIF (National Ignition Facility de EEUU)-- está sirviendo para explorar formas de construir ópticas láser a partir de plasma.

   Se trata de una mezcla cargada de iones y electrones libres, para superar los límites de fluencia máxima (densidad de energía) impuestos por óptica sólida convencional, informa en un comunicado el LLNL (Lawrence Livermoore National Laboratory), donde se ubica el NIF. Una óptica de plasma permite dirigir una gran cantidad de energía en un espacio y tiempo pequeños en un haz bien colimado (enfocado).

   Debido a que el plasma tiene una densidad de energía mucho más alta que el vidrio, puede soportar densidades ópticas mucho más altas. Los reemplazos basados en plasma para una variedad de componentes ópticos estándar permitirían la manipulación de la luz en fluencias extremas, abriendo la puerta a intensidades y energías de láser más altas.

   Un ejemplo de esto se describe en un artículo destacado de Physical Review Letters. El postdoctorado de LLNL Matthew Edwards y sus colegas presentan un enfoque para construir una lente de plasma holográfica robusta "capaz de enfocar o colimar una sonda láser a intensidades varios órdenes de magnitud más altas que los límites de una óptica no ionizada (sólida)".

   "La óptica de enfoque de vidrio para láseres potentes debe ser grande para evitar daños", dijo Edwards. "La energía del láser se distribuye para mantener baja la intensidad local. El plasma es mucho más resistente al daño de la luz que cualquier material sólido y, por lo tanto, las ópticas construidas con plasma pueden ser entre mil y un millón de veces más pequeñas que las construidas con vidrio".

   Para crear una lente de plasma holográfica, se disparan dos haces de bomba de propagación conjunta en un chorro de gas. El patrón de interferencia imprime una estructura de índice de refracción tridimensional en el plasma resultante, lo que induce variaciones de densidad que actúan como una lente de difracción capaz de enfocar un rayo láser de escala de múltiples petavatios sin dañarse.

   Los investigadores probaron el concepto a través de simulaciones por computadora de dos mecanismos de plasma: ionización espacialmente variable, en la que las variaciones en la intensidad del láser crean regiones estáticas de gas ionizado y no ionizado; y fluctuaciones de densidad de iones que ocurren en el plasma cuando los electrones y los iones son forzados desde áreas de alta intensidad de láser a áreas de menor intensidad.