Láseres con fibras y guías ópticas hechas en España

MIGUEL ÁNGEL REBOLLEDO MIGUEL ÁNGEL REBOLLEDO 14/04/2011

La fotónica (equivalente óptico de la electrónica) ha experimentado un espectacular desarrollo durante las tres últimas décadas, con aplicaciones en comunicaciones ópticas (indispensables para el desarrollo de internet), manufactura de alta calidad con láser de fibra óptica, producción de fuentes luminosas y monitores con LED, ciencias de la salud, etc.

Actualmente estas tecnologías mueven un mercado global de unos 300.000 millones de euros, con un crecimiento anual en torno al 10%. En el laboratorio de Fibras y Guías Ópticas Activas del Departamento de Física Aplicada, dentro del grupo de investigación de Tecnología Óptica Láser (TOL) del Instituto de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A), se está trabajando en tecnologías fotónicas desde hace más de 20 años.

El objetivo fundamental es el estudio y desarrollo de láseres de fibra óptica (para comunicaciones ópticas o procesado de materiales) y amplificadores o láseres integrados (para formar parte de dispositivos integrados de funcionalidad diversa).

Durante los últimos cinco años, con el fin de construir láseres avanzados basados en fibras ópticas o guías integradas, se ha trabajado con las tecnologías más recientes. En el caso de fibras ópticas se ha pasado al uso de fibras de cristal fotónico, en las que el guiado de luz se produce gracias a un microestructurado de la sección transversal de la fibra.

En el caso de guías integradas se ha pasado al uso de guías fabricadas mediante pulsos ultracortos de luz láser. Para poder obtener resultados innovadores se han establecido colaboraciones con dos laboratorios prestigiosos que poseen instalaciones de fabricación de fibras ópticas (laboratorio de Fibras Ópticas de la Universidad de Valencia) y de guías integradas (laboratorio de Pulsos Ultracortos del grupo de Procesado por Láser del CSIC en Madrid) mediante la técnica de escritura con pulsos ultracortos de luz láser.

Esto ha permitido que en la Universidad de Zaragoza se construyan los primeros láseres con fibra de cristal fotónico dopada con erbio de fabricación española. La experiencia acumulada por los miembros del grupo zaragozano les ha permitido una interacción fructífera con el grupo valenciano, a la hora de conseguir que las propiedades de las fibras fabricadas sean las óptimas para la construcción de láseres. Por otra parte, han desarrollado técnicas eficientes de medida de estas propiedades, cuyo conocimiento les permite realizar con éxito simulaciones por ordenador de los láseres que se quieren fabricar.

De esta manera han conseguido diseñar láseres optimizados para aplicaciones concretas que, en el caso de las fibras dopadas con erbio, emiten luz infrarroja en torno a una longitud de onda de 1.5 micras. Dada su experiencia en generación y control de caos en láseres, en la actualidad el grupo desarrolla estudios de aplicación de los láseres construidos a la transmisión de mensajes a través de fibras ópticas, aprovechando la emisión láser en régimen caótico a la vez como portadora de información y como método para ocultarla. De esta manera, se pretende introducir mecanismos de seguridad en las comunicaciones ópticas. Por otra parte, están iniciando el desarrollo de láseres de fibra de cristal fotónico dopada con iterbio (con emisión de varios vatios de potencia) que puedan ser útiles en el procesado de materiales.

En cuanto a las guías integradas que se están desarrollando, el método de fabricación (escritura mediante láser) permite conseguir una integración en tres dimensiones (en lugar de la integración bidimensional que proporcionan otras técnicas) con mayor densidad de componentes y, por tanto, funcionalidades más avanzadas. Hasta el momento se han fabricado en Madrid guías dopadas con erbio e iterbio. Las técnicas de medida que se han desarrollado en Zaragoza para la determinación de las características de las guías y el uso de modelos teóricos que explican su comportamiento, han permitido identificar los procedimientos de fabricación que producen mejores resultados. Gracias a ello se han conseguido guías que son competitivas a nivel internacional.

En un futuro inmediato, el grupo de Fibras y Guías Ópticas Activas va a utilizar estas guías para construir láseres con unas pocas micras de grosor y longitud del orden del centímetro y para el desarrollo de sensores optofluídicos, que son piezas fundamentales en el desarrollo de laboratorios de análisis del tamaño de un microchip.