Este premio Nobel allanó el camino para la alta

Al crecer, Donna Strickland tenía un objetivo en mente: obtener un doctorado. Pero no sabía qué tema quería seguir hasta que comenzó sus estudios universitarios en física en la Universidad McMaster, en Hamilton, Ontario, Canadá. Fue allí donde se interesó en el estudio de los láseres después de tomar un curso sobre el tema.

El tema parecía "realmente genial, como algo de una novela de ciencia ficción", dice Strickland. No sabía que su nueva pasión algún día le haría ganar un Premio Nobel de física.

EMPLEADOR

Universidad de Waterloo, en Ontario

TÍTULO

profesor de física

GRADO DE MIEMBRO

Miembro honorario

ALMA MATER

Universidad de Rochester, en Nueva York

Mientras realizaba investigaciones en óptica para su doctorado en la Universidad de Rochester, en Nueva York, Strickland trabajó con el físico francés Gérard Mourou, pionero del láser y premio Nobel. Mourou dirigió el desarrollo de la red Extreme Light Infrastructure de laboratorios de física construidos para generar y estudiar luz láser intensa. Juntos, mientras experimentaban cómo aumentar la potencia máxima de un láser sin dañarlo, inventaron la técnica de amplificación de pulso chirrido. CPA, que produce pulsos de láser cortos que alcanzan una alta intensidad, ahora se usa en cirugía ocular correctiva, imágenes médicas, fabricación de teléfonos inteligentes y muchas más aplicaciones.

Strickland y Mourou compartieron el Premio Nobel de física de 2018 con Arthur Ashkin, miembro vitalicio del IEEE, quien inventó una tecnología separada: "pinzas ópticas", que utilizan rayos láser de baja potencia para manipular células vivas y otros objetos diminutos.

Recibir el Nobel fue "un cambio de vida", dice Strickland, y agrega: "Tu vida puede cambiar en un solo día sin que estés preparado para ello".

Su invento también le valió la Membresía Honoraria de IEEE de este año, patrocinada por IEEE. Ella dice que el reconocimiento es especial porque sus colegas la nominaron para ello.

"El trabajo de Donna ha sido transformador. Su investigación seminal sobre la amplificación de pulso chirrido es el estándar de oro de la investigación", dijo uno de los patrocinadores de su premio. "Además, es un verdadero modelo a seguir para legiones de ingenieros de todo el mundo. Es una persona extremadamente generosa y un brillante ejemplo de lo que debería ser un miembro honorario de IEEE".

Strickland es profesora de física en la Universidad de Waterloo, en Ontario, donde dirige un grupo de investigadores que está desarrollando sistemas láser de alta intensidad para investigaciones de óptica no lineal, como la generación de pulsos de infrarrojo medio mediante la mezcla de frecuencias diferentes y el estudio de la técnica de generación Raman multifrecuencia.

Donna Strickland recibe el Premio Nobel de Física 2018 de manos del rey Carl Gustaf de Suecia, en la Sala de Conciertos de Estocolmo. Henrik Montgomery/TT News Agency/Getty Images

Después de graduarse en 1981 con una licenciatura en ingeniería en física de McMaster, Strickland se mudó a Nueva York para obtener un doctorado en óptica en la Universidad de Rochester, que en ese momento era considerada una de las mejores escuelas para estudiar óptica láser. Se unió a Mourou en el Laboratorio de Energética Láser de la universidad, donde él buscaba formas de aumentar la intensidad de los láseres (su potencia óptica) sin dañar el dispositivo.

Los láseres pulsados ​​pueden concentrar la luz en un área pequeña durante un tiempo breve para producir energía. Las intensidades máximas aumentaron rápidamente durante varios años después de que el físico Theodore Maiman demostrara el primer láser en 1960. Pero las intensidades se estancaron durante más de una década después de 1970 porque la amplificación de la luz más allá de cierto punto dañó el láser.

En su investigación sobre cómo la luz interactúa con la materia, Mourou formuló la hipótesis en 1983 de que espaciar y aumentar los pulsos antes de volver a juntarlos podría dar como resultado pulsos láser de mayor intensidad sin daño. Pero no sabía cómo lograrlo, dice Strickland. Entonces, para su investigación doctoral, probó su hipótesis con diferentes sistemas láser. Sin embargo, ninguno de sus experimentos funcionó.

"Donna es un verdadero modelo a seguir para legiones de ingenieros de todo el mundo. Es una persona extremadamente generosa y un brillante ejemplo de lo que debería ser un miembro honorario de IEEE".

No fue hasta que Strickland y Mourou asistieron a la Conferencia Internacional sobre Fenómenos Ultrarrápidos de 1984 que encontraron la solución. El evento bianual reúne a científicos que están desarrollando herramientas, metodologías y técnicas utilizadas para estudiar procesos en átomos, moléculas o materiales que ocurren en millonésimas de mil millonésimas de segundo o más rápido.

Strickland y Mourou asistieron a una presentación en la conferencia sobre la compresión de pulsos de fibra óptica recientemente desarrollada de láseres de granate de itrio y aluminio dopados con neodimio (Nd:YAG). Con la técnica, los pulsos de 100 picosegundos podrían comprimirse a 1 ps usando óptica no lineal en una fibra óptica para aumentar el ancho de banda espectral de un láser. Se encontró que la compresión fue más exitosa cuando se permitió que los pulsos se estiraran a través de la dispersión en la fibra.

"Estaba usando esos mismos láseres para mis experimentos", recordó Strickland.

Ella y Mourou descubrieron cómo podía crear de manera segura el pulso de alta intensidad: el pulso debía estirarse antes de amplificarse en lugar de después, como se había hecho. Estirar el pulso significaba que podía volver a comprimirse para producir la intensidad deseada.

Para probar su teoría, Stickland y Mourou construyeron un sistema en el Laboratorio de Energía Láser que estaba compuesto por un láser Nd:YAG de 2 vatios, 1,4 kilómetros de fibra óptica, un amplificador y un par de rejillas paralelas.

El láser Nd:YAG bombeó un pulso corto a 100 ps en la fibra óptica. Como la velocidad de la luz depende de la longitud de onda, el componente rojo de la luz se propaga más rápido que el azul dentro de la fibra.

Eso se conoce como "pulso chirrido", dice Strickland, porque el chirrido de un pájaro tiene una estructura de frecuencia similar.

El pulso chirriado hace que la duración del pulso sea más larga y distribuye la intensidad para que no dañe el láser. Luego, el pulso estirado y de menor densidad de energía se amplificó y pasó a través de un par de rejillas de difracción paralelas, lo que permitió que el componente azul final alcanzara al rojo. Ambos se volvieron a ensamblar reflejándose en las rejillas. El pulso reensamblado era tres veces más poderoso que el original, dice Stickland.

La técnica, que recibió su nombre del pulso chirriado, ha allanado el camino para los pulsos láser más cortos e intensos jamás creados, lo que hace posible construir sistemas láser más compactos y precisos.

El artículo de Strickland y Mourou de 1985 "Compression of Amplified Chirped Optical Pulses" se publicó en Optics Communications. Fue el primer trabajo de investigación publicado de Strickland.

Después de ayudar a desarrollar la CPA, Strickland todavía no estaba seguro de qué carrera seguir. Buscó el consejo de sus colegas, y uno le dijo que Paul Corkum, un físico que trabajaba en el departamento de fenómenos ultrarrápidos del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, estaba recibiendo su primer becario de investigación posdoctoral ese año. Corkum, que se especializó en la ciencia del láser, fue pionera en el desarrollo de la física de attosegundos. A Strickland le gustó cómo sonaba eso.

"Recuerdo haberles dicho a los otros candidatos a doctorado en mi laboratorio de investigación que Corkum tal vez aún no sepa mi nombre, pero que iba a ser su segundo posdoctorado", dice. Consiguió el trabajo de sus sueños en 1988 y trabajó para él durante tres años.

En 1991 se convirtió en física en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, una instalación del Departamento de Energía de EE. UU. en California.

Mientras ella vivía en la costa oeste, su esposo, un físico, vivía en la costa este y trabajaba en Bell Labs en Murray Hill, Nueva Jersey.

Después de pasar un año separados, Strickland se mudó a Nueva Jersey para unirse al personal técnico del Centro de Tecnología Avanzada para Fotónica y Materiales Optoelectrónicos de Princeton. Allí trabajó con ingenieros eléctricos, ingenieros mecánicos y químicos, dice, y "si tenían un láser, los ayudaba". Ayudó a un profesor a construir un láser CPA y ayudó a un grupo de investigación que estaba realizando una caracterización óptica no lineal de un nuevo material amplificador de pulso.

Strickland dice que pensó que estaría trabajando en Princeton hasta que se jubilara, pero después de que su esposo dejó Bell Labs en 1996, regresaron a Canadá. Strickland se unió al departamento de física de la Universidad de Waterloo como profesor asistente. Fue ascendida a profesora asociada en 2002. De 2007 a 2013, se desempeñó como directora asociada del departamento.

"Cuando era joven, solo quería obtener un doctorado y permanecer en la escuela", dice Strickland. "Ser profesor es lo más parecido a ser estudiante".