Láseres y materiales nanoestructurados, aplicaciones innovadoras en la BUAP

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lunes, 19 de agosto de 2019
Láseres y materiales nanoestructurados, aplicaciones innovadoras en la BUAP

Los láseres pulsados obtenidos en el Laboratorio de Láseres y Fibras Ópticas permiten estudiar fenómenos ultra-rápidos en la naturaleza

Por 
Redacción
13 de Agosto de 2019 , 08:13 pm

Puebla. El Laboratorio de Láseres y Fibras Ópticas de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), que encabeza el doctor Plácido Zaca Morán, es un espacio multidisciplinario donde el eje central del conocimiento y la innovación es el estudio de los mecanismos de pulsación de láseres de fibra óptica, a través de materiales nanoestructurados, así como su aplicación en diferentes campos de la ciencia. A la fecha, se han generado tres solicitudes de patente, de las cuales una ya sido otorgada: Técnica de deposición de nanopartículas (fotodeposición).

Los láseres son fuentes de radiación de luz artificial desarrollada recientemente como una máquina clonada de fotones. Los fotones, la luz o la radiación electromagnética, son sinónimos de un mismo fenómeno, porque tienen su origen en el estudio de su interacción con la materia, cuyas propiedades han sido utilizadas en distintas aplicaciones.

El fenómeno fundamental en el que se basan los láseres es la emisión estimulada, la cual se debe a un proceso por el cual los electrones de un átomo excitado pasan a un estado de energía más bajo, debido a la estimulación de un fotón incidente, que resulta en la emisión de un fotón o luz láser.

Ubicado en el Ecocampus Valsequillo, el Laboratorio de Láseres y Fibras Ópticas ha sido el primero en generar láseres pulsados con una metodología económica y eficaz, gracias a la colocación de materiales metálicos nanoestructurados sobre el núcleo de una fibra óptica, dentro de una cavidad láser de fibra óptica, técnica que le ha valido una patente.

En entrevista, el doctor Zaca Morán explica que uno de los principales materiales utilizados como dispositivo de pulsación en láseres de fibras ópticas han sido los nanotubos de carbono, pero en su laboratorio incursionaron con materiales metálicos nanoestructurados porque son más económicos y fáciles de obtener.

“Mi línea de investigación está basada en el trabajo con láseres pulsados de fibra óptica. Los materiales utilizados para hacer pulsar un láser son diversos, pueden ser semiconductores, nanotubos de carbono e incluso las mismas fibras ópticas. En el caso de los nanotubos de carbono, estos fueron los primeros en utilizarse para generar pulsos en un láser, pero nosotros innovamos al utilizar metálicos de bajo costo, y en particular el zinc, que fue el que produjo una serie de pulsos dentro de un láser”.

Un láser pulsado es aquel que emite luz en forma de flashes, al contrario de los que emiten luz de forma continua. Los láseres pulsados se clasifican en los de alta potencia y los de corta duración; estos últimos emiten pulsos extremadamente cortos que pueden ser usados tanto para estudiar fenómenos fisicoquímicos y reacciones moleculares ultra-rápidas en la naturaleza, como en el estudio de las aplicaciones biomédicas.

Por su parte, las fibras ópticas, filamentos de vidrio, cuyo grosor es inferior al grueso de un cabello humano pero con una resistencia mucho mayor, son guías de onda que nos permiten transportar ondas electromagnéticas, por ejemplo luz. Desde su creación, una de sus principales funciones es trasladar grandes cantidades de información.

En el laboratorio de Plácido Zaca lo que han utilizado son fibras ópticas monomodo, en las que sólo es posible la propagación de un modo único de luz. Su núcleo de vidrio es de un diámetro de ocho a diez micras y está recubierto por un material ligeramente diferente que mide de 120 a 150 micras.

De esta forma, la luz que viaja dentro de la fibra es transportada en el núcleo como un pequeño canal; cuando la luz sale de la fibra, el investigador introduce la terminal en una solución con nanopartículas, lo que provoca que los nanomateriales sean movidos hacia el núcleo de la fibra, un proceso que el doctor Plácido Zaca llamó fotodeposición.

Posteriormente, con una cámara infrarroja puede apreciar cómo los materiales nanoestructurados metálicos se mueven hacia el centro de la fibra óptica, un fenómeno que reportó en la solicitud de patente, la cual ya le fue otorgada (MX/a/2014/013014). Este experimento, hasta ese momento, sólo se había realizado con materiales que no eran metálicos sino dieléctricos, como pequeñas esferas de vidrio o plástico.

“Lo que reporté en la patente fue la técnica que implica depositar nanoestructuras metálicas sobre una fibra óptica, con la particularidad de que dependiendo de la potencia del láser o el tipo de luz, es posible seleccionar partículas pequeñas o grandes de forma masiva, algo que también representa una aportación destacada”.

Para comprobar si los efectos del pulsado de un láser se debían a las nanopartículas, el investigador desarrolló un amplificador de alta ganancia, un láser cuya función es amplificar hasta un billón de veces un pequeño pulso, el cual proporciona la energía necesaria para estudiar las propiedades ópticas de los nanomateriales en fibras ópticas, un trabajo que también originó una solicitud de patente.

 

Otras aplicaciones multidisciplinarias

No hay duda que tanto los láseres como las fibras ópticas constituyen en la actualidad el núcleo central de nuestro sistema de telecomunicaciones global. Gracias a esta tecnología podemos comunicarnos en segundos, pero además su estudio abre otras líneas de investigación que amplían las aplicaciones en otras áreas como la médica.

“Utilizamos la punta de la fibra óptica con nanomateriales para el desarrollo de un microcauterio especial para heridas en ratas. Cuando hacemos pasar luz láser por la fibra óptica y llega al otro extremo, donde se encuentran las nanopartículas, estas absorben gran parte de la radiación y generan calor suficiente para cauterizar heridas en animales de laboratorio, una demanda de biólogos e investigadores”.

Asimismo, su trabajo ha permitido utilizar materiales metálicos nanoestructurados para eliminar el síndrome del ovario poliquístico en ratas, lo que abre nuevos campos de investigación para posteriores aplicaciones.

“Después de inyectar los materiales nanoestructurados metálicos en los quistes, son irradiados y lo que sucede es que las nanopartículas absorben la radiación aplicada, lo que hace que el material nanoestructurado se caliente aún más que el material orgánico y en consecuencia el quiste termina deshidratándose y después desapareciendo”.

El trabajo en este laboratorio es constante y ha permitido la emisión de tres solicitudes de patentes: Amplificador de alta ganancia, Sistema pulsado del láser y Técnica de deposición de nanopartículas (fotodeposición), esta última ya otorgada. El siguiente paso es continuar ofreciendo apertura a los estudiantes que vinculen su conocimiento con las nanoestructuras y los láseres, para impulsar el quehacer científico en los alumnos, como una fuente primaria de ideas e innovación.

 

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