LÁSER
Fuente: iluminet.com/press/wp-content/
Un láser (de sus siglas en español: amplificación
de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un
efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para
generar un haz de luz coherente tanto espacial como temporalmente. La
coherencia espacial se corresponde con la capacidad de un haz para permanecer
con un pequeño tamaño al transmitirse por el vacío en largas distancias y la
coherencia temporal se relaciona con la capacidad para concentrar la emisión en
un rango espectral muy estrecho.
Historia:
En 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el
desarrollo de los láseres y de sus predecesores, los máseres (que
emiten microondas), utilizando la ley de radiación de Max
Planck basada en los conceptos de emisión espontánea e inducida
de radiación.
El primer láser fue uno de rubí y funcionó por primera vez
el 16 de mayo de 1960. Fue construido por Theodore Maiman.
El hecho de que sus resultados se publicaran con algún retraso en Nature,
dio tiempo a la puesta en marcha de otros desarrollos paralelos. Por este
motivo, Townes y Arthur Leonard Schawlow también son considerados
inventores del láser, el cual patentaron en 1960. Dos años después, Robert
Hall inventa el láser generado por semiconductor. En 1969 se
encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en las
soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos y, al año
siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas
para el láser.
El 16 de mayo de 1980, un grupo de físicos de la
Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pert registran la primera emisión
láser en el rango de los rayos X. Pocos meses después se comienza a
comercializar el disco compacto, donde un haz láser de baja potencia «lee»
los datos codificados en forma de pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un
disco óptico con una cara reflectante. Posteriormente esa secuencia de datos
digitales se transforma en una señal analógica permitiendo la escucha de los
archivos musicales. En 1984, la tecnología desarrollada comienza a usarse
en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994, en el Reino
Unido, se utiliza por primera vez la tecnología láser
en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad.
Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.
Ya en el siglo XXI, científicos de la Universidad
de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al
mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un
glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002,
científicos australianos «teletransportan» con éxito un haz de luz
láser de un lugar a otro. Dos años después el escáner láser permite
al Museo Británico efectuar exhibiciones
virtuales. En 2006, científicos de Intel descubren la forma
de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas
para el desarrollo de redes de comunicaciones mucho más rápidas y
eficientes.
Elementos de un láser
Fuente:
http://image.slidesharecdn.com
Un láser típico consta de tres elementos básicos de
operación. Una cavidad óptica resonante, en la que la luz puede
circular, que consta habitualmente de un par de espejos de los cuales uno es de
alta reflectancia (cercana al 100 %) y otro conocido como acoplador, que
tiene una reflectancia menor y que permite la salida de la radiación láser de
la cavidad.
Dentro de esta cavidad resonante se sitúa un medio
activo con ganancia óptica, que puede ser sólido, líquido o gaseoso
(habitualmente el gas se encontrará en estado de plasma parcialmente ionizado)
que es el encargado de amplificar la luz. Para poder amplificar la luz, este
medio activo necesita un cierto aporte de energía, llamada comúnmente bombeo.
Este bombeo es generalmente un haz de luz (bombeo óptico) o una corriente
eléctrica (bombeo eléctrico).
TIPOS DE LÁSER
Semiconductores
Fuente: daenotes.com/sites/default
·
Diodos
láser, es el emisor láser más común, utiliza una unión semiconductora p-n
similar a la que se utiliza en los led pero en este caso está
colocada en una cavidad reflectora. Son utilizados en punteros láser,
impresoras láser, grabadores/reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD y como
energía de bombeo de muchos láseres de estado sólido.
·
Láser de
punto cuántico, un tipo de láser semiconductor que usa puntos cuánticos
como el medio activo en su región de emisión de luz. Debido al denso
confinamiento de los portadores de carga en los puntos cuánticos, exhiben una
estructura electrónica similar a la de los átomos.
Se han observado mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de
excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y
estabilidad con la temperatura. La región activa del punto cuántico puede
diseñarse para operar con diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la
composición del punto cuántico. Esto permite que este tipo de láser pueda
fabricarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la
tecnología de láser semiconductor actual.
·
Láser de
cascada cuántica (comúnmente llamado QCL en inglés), funciona con
inyección eléctrica en un material semiconductor estructurado. Bajo un
determinado potencial eléctrico, la inversión de población es realizada cuando
niveles energéticos de la banda de conducción se alinean de una forma
determinada. Estos niveles energéticos se repiten de forma periódica a lo largo
de toda la estructura del láser formando, desde el punto de vista energético,
una serie de «cascadas» o «escalones energéticos». Un electrón, al recorrer una
a una estas cascadas energéticas, genera quantos de luz, fotones, en cada uno
de estos saltos energéticos.
Gas
Fuente: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees
Láser de Helio-Neón, o láser HeNe, es un tipo de láser de
gas que utiliza como medio activo una mezcla gaseosa de helio y neón. Los
láseres de helio-neón emiten, habitualmente, a una longitud de onda de 633 nm,
luz visible de color rojo. Son un tipo de láser habitual en laboratorios docentes
o en el caso de láseres estabilizados, en aplicaciones
de metrología de alta precisión.
·
Láser de
dióxido de Carbono, emite en el infrarojo lejano a 10.6 µm.
·
Láser de
Nitrógeno, emite en el UV a 337 nm normalmente en régimen de operación
pulsado.
·
Láser excimer,
el medio activo puede estar formado por diversas
moléculas excímeras de vida muy corta formadas por gases nobles y
halógenos, producen luz ultravioleta.
·
Láser de
Argón, tiene varias líneas de emisión aunque las principales son 514 nm y
488 nm. Trabaja en régimen continuo con potencias de hasta unas decenas de W.
Estado sólido
Fuente: http://www.flightsafetyaustralia.com/wp-content
Estos láseres emplean típicamente
vidrios, cristales o fibras dopadas como medio activo. Aunque los
semiconductores son también de estado sólido, se suelen tomar en una categoría
diferente. Algunos láseres de estado sólido son:
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Materiales dopados con tierras raras:
·
Láser neodimio-YAG, El medio activo es un
cristal YAG (Yttrium Aluminium Garnet) dopado
con neodimio trivalente. Emite en el infrarojo cercano a
1064 nm. Es frecuentemente convertido a verde 532 nm utilizando un cristal
no lineal que dobla la frecuencia como por ejemplo, el KTP.
·
YAG dopado con erbio trivalente, emite
a eficientemente a 2900nm pero también puede operar a 1645 nm.
·
YAG dopado con tulio trivalente, que
opera normalmente a 2015 nm.
·
YAG dopado con holmio trivalente, que
emite a 2090 nm. Es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de
humedad en secciones de menos de un milímetro de espesor. Generalmente opera en
modo pulsante y pasa a través de dispositivos quirúrgicos de fibra óptica. Se
utiliza para quitar manchas de los dientes, vaporizar tumores cancerígenos y
deshacer cálculos renales y vesiculares.
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Láser de fibra dopada con erbio, un tipo de
láser formado de una fibra óptica especialmente fabricada, se utiliza
principalmente como amplificador para comunicaciones ópticas de larga
distancia.
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Materiales dopados con metales de transición:
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Láser de zafiro dopado
con titanio trivalente, es un láser sintonizable desde el rojo hasta
el infrarrojo cercano, entre 650 y 1100 nm. Tienen la característica de que
según el diseño óptico de la cavidad puede operar en modo continuo o emitiendo
pulsos ultra cortos.
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Láser de rubí. Fue el primer tipo de láser
que se produjo, se construyó en 1960 y emite luz a 694.3 nm, visible como un
rojo profundo.
Aplicaciones
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Telecomunicaciones: comunicaciones ópticas
(fibra óptica), Radio Over Fiber.
Fuente www.agenciasinc.es/var/ezwebin_site/storage/images/
