China desarrolla el mayor cristal para armas láser

Un componente que a menudo es relegado cuando se habla de armas láseres son los cristales. Su tarea es fundamental, ya que actúan como medio de ganancia, es decir: amplificando y enfocando la luz en un haz láser coherente de alta energía. Estos cristales, a menudo compuestos de materiales como el Nd:YAG (granate de itrio y aluminio dopado con neodimio), convierten la energía eléctrica en luz láser. Ahora, un equipo de científicos chinos ha desarrollado el mayor cristal para armas láser hasta la fecha.

Compuesto de seleniuro de galio y bario (BGSe) es el más grande del mundo, un avance que podría allanar el camino para armas láser de ultraalta potencia capaces de derribar satélites desde la Tierra.

El cristal sintético, de 60 milímetros de diámetro, convierte eficientemente los láseres infrarrojos de onda corta en rayos de infrarrojo medio a lejano que pueden penetrar las ventanas atmosféricas para su transmisión a larga distancia. Puede que su tamaño no parezca determinante para un arma, pero hay un motivo.

Los cristales para sistemas láser no armamentísticos pueden darse el lujo de ser mucho más grandes. El láser ZEUS (sistema láser de pulso ultracorto equivalente a zettavatios) de la Universidad de Michigan, por ejemplo, utiliza un gran cristal de zafiro dopado con titanio para amplificar su pulso láser a máxima potencia.

El cristal, de casi 18 cm de diámetro, tardó cuatro años y medio en fabricarse y, comparativamente, es enorme. Si bien, en teoría, los cristales láser de mayor tamaño podrían producir rayos láser más potentes, las limitaciones prácticas en el crecimiento de los cristales y la gestión térmica impiden una ampliación significativa de los cristales para armas láser. En pocas palabras, los cristales de mayor tamaño son propensos a defectos, lo que reduce la eficacia del láser.

El cristal desarrollado por los científicos chinos puede soportar una potencia láser de hasta 550 megavatios por centímetro cuadrado, superando en un orden de magnitud el umbral de daño de los cristales de grado militar existentes. El convertidor de frecuencia láser resultante, de 10 × 10 × 50 mm, sobrepasa la óptica convencional, generalmente limitada a componentes diminutos y delgados.

“Este es el cristal más grande desarrollado a nivel mundial hasta la fecha”, señalan los autores del estudio, publicado en Journal of Synthetic Crystals y liderado por Wu Haixin en un artículo revisado por pares publicado en junio por la revista en chino Journal of Synthetic Crystals.

Este tipo de cristales, los BGSe, fueron descubiertos por científicos chinos en 2010 e inmediatamente llamaron la atención de la ciencia por su rendimiento sin precedentes. Los contratistas de defensa occidentales se apresuraron a replicarlo, pero tuvieron dificultades para lograr la escalabilidad. Ahora, el equipo de Wu detalla cómo lograron este avance en la ciencia de los materiales.

El proceso de fabricación exige una ejecución casi impecable, según Wu y su equipo de los Institutos de Ciencias Físicas de Hefei y de la Academia China de Ciencias. En la etapa de preparación del material, el bario, el galio y el selenio ultrapuros se sellan al vacío en tubos de cuarzo para un proceso conocido como refinación por zonas. Los tubos se calientan a 1020 grados Celsius en un horno de doble zona, creando una región fundida. Luego, a lo largo de un mes, los cristales crecen a medida que los tubos descienden a zonas más frías.

Los cristales recién formados deben mantenerse a 500 °C durante días y luego enfriarse a 5 grados por hora para eliminar defectos. Las técnicas de pulido también son importantes. Las sierras de diamante cortan los cristales a lo largo de los planos de clivaje, mientras que la suspensión de óxido de cerio produce superficies lisas como espejos.

Las principales conclusiones incluyen la exclusión absoluta de oxígeno y humedad, un control de temperatura ultrapreciso y un recocido para eliminar defectos (un proceso de tratamiento térmico) para lograr la integridad de los cristales a una escala sin precedentes.

Este avance tecnológico coincide con el acelerado programa de armas de energía dirigida de China, impulsado por la preocupación por el papel militar de Starlink en Ucrania y su dominio espacial. Recientemente, también se han reportado importantes avances en otras áreas, como las fuentes de energía y el control del calor.

Más allá de la guerra, los cristales pueden utilizarse para mejorar el diagnóstico médico y los sistemas infrarrojos hipersensibles para el seguimiento de misiles y la identificación de aeronaves, según el estudio.