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Nuevo y potente láser basado en tecnología ESO supera ensayo de campo

31 de Agosto de 2021

Un potente láser experimental, basado en tecnología ESO, superó una prueba clave el mes pasado en el observatorio Allgäuer VolksSternwarte Ottobeuren, Alemania. El láser de óptica adaptativa, desarrollado en colaboración con la industria, posee importantes capacidades adicionales si se compara con los sistemas existentes. Formará parte del sistema denominado CaNaPy Laser Guide Star Adaptive Optics que se instalará en la Estación Óptica Terrestre de la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) en Tenerife, España, en el marco de la colaboración de Investigación y Desarrollo ESO-ESA. El láser de más alta potencia, casi tres veces superior a los sistemas actuales, abre las puertas para avanzar en la comunicación por láser vía satélites, logrando mejorar significativamente la nitidez de las imágenes astronómicas captadas con telescopios terrestres.

La óptica adaptativa astronómica se refiere a sistemas de telescopios terrestres que corrigen el efecto borroso provocado por la turbulencia en la atmósfera de la Tierra - el mismo efecto que produce un “parpadeo” en las estrellas cuando se observan desde la Tierra. La eliminación de las distorsiones requiere de una estrella de referencia brillante, cercana al objeto a estudiar. Ya que estas estrellas no siempre están situadas convenientemente en el cielo, los astrónomos utilizan láseres para excitar átomos de sodio a 90 km de altitud en la atmósfera de la Tierra, creando estrellas artificiales cerca del campo de interés que pueden usarse para mapear y corregir la turbulencia atmosférica.

El nuevo láser experimental se basa en la tecnología ESO que está detrás de la Instalación de Cuatro Estrellas Guía Láser, que funciona con éxito en el Very Large Telescope de ESO en Chile, así como en la mayoría de los grandes observatorios astronómicos del mundo. Aunque esos láseres alcanzan 22 watts de potencia, este nuevo láser casi ha triplicado la potencia, alcanzando 63 watts, lo cual representa un avance extraordinario en la tecnología láser astronómica, que permitirá mejorar la nitidez de las imágenes de óptica adaptativa en longitudes de onda visibles, entre otros aspectos. Como parte de un acuerdo colaborativo de I&D con ESO, la empresa canadiense MPB Communications, socia industrial de ESO, ha logrado aumentar la energía de su fuente de infrarrojos “amplificadores de fibra Raman”. Esta innovación permite al láser CaNaPy de ESO alcanzar una potencia tan elevada [1].

Por otra parte, la empresa Alemana TOPTICA Photonics AG, otro de los socios industriales de ESO, ha desarrollado e implementado un sistema de frecuencia pulsada o chirping en el láser CaNaPy, como parte de un acuerdo colaborativo en I&D con ESO. El “chirping” consiste en un cambio rápido en la frecuencia a la que se sintoniza el láser. De este modo se aumenta el número de átomos de sodio excitados, aumentando el brillo de la estrella artificial y mejorando la corrección de la turbulencia. TOPTICA instaló un prototipo en el láser de 63 watts y, junto con ESO, ha puesto en servicio tanto el láser como su novedoso sistema de frecuencia.

El nuevo láser experimental CaNaPy es un ejemplo de tecnología astronómica desarrollada internamente en ESO, en asociación con la industria, para ser luego transferida para uso industrial, inclusive en nuevos campos, encontrando así aplicaciones más allá de su propósito original, en beneficio de la sociedad en su conjunto. Cuando el instrumento CaNaPy esté instalado en la Estación Óptica Terrestre de ESA en Tenerife, proyecto de colaboración entre ESO [2] y ESA, brindará a ambas organizaciones (ESA y ESO) oportunidades para promover el uso de tecnologías de óptica adaptativa con estrellas guía láser, no sólo en astronomía, sino también para comunicaciones ópticas vía satélite. La comunicación por láser óptico permite a los satélites enviar y recibir señales desde y hacia la Tierra con un ancho de banda ultrarrápido, posibilidad que ESA está investigando. Las señales de láser óptico pueden transmitir más información que las señales de radio, aunque también se ven afectadas por la turbulencia atmosférica. La óptica adaptativa con estrellas de guiado láser abre, entonces, la posibilidad de mejorar significativamente los enlaces ópticos entre satélites y estaciones terrestres.

Notas

[1] MPB Communications amplió la potencia de su amplificador de fibra Raman, que opera en el infrarrojo a 1178 nm, desde un nivel de 36 watts utilizado normalmente en las estrellas de guiado láser de sodio comerciales, a un nivel sin precedentes de 100 watts. Este avance permite a CaNaPy alcanzar una potencia continua de 63 watts mientras opera a 589 nm, en lo visible.

[2] La colaboración incluye varios institutos en los estados miembros de ESO: el Istituto Nazionale di Astrofisica en Italia, la Universidad de Durham en el Reino Unido y el Instituto de Astrofísica de Canarias en España.