LASERS

1. LÁSER

2.  La palabra láser proviene del acrónimo en inglés Light Amplification
by Stimulated Emission of Radiation.
 Un láser es un dispositivo que produce una luz intensa cuya
principal característica es ser coherente. La coherencia se logra
cuando las amplitudes relativas de la onda del rayo de luz que se
emite, están en fase. Esto quiere decir que un láser genera luz que
viaja en la misma dirección de manera muy ordenada en tiempo y
espacio.

3.  A los láseres también se les considera como fuentes de luz
cuasimonocromáticas; esto es, que emiten luz a una sola
frecuencia o en un solo color (o casi de un solo color). Los láseres
amplifican la luz generando un gran flujo de energía de salida. Por
ello se dice que los láseres son altamente direccionales y muy
brillantes.

5.  Una de las mejores maneras para explicar la coherencia de los
rayos de luz es comparar la emisión láser con la de una lámpara. El
conjunto de rayos de luz que emite una lámpara normal se
produce en forma dispersa. Al prender un foco en la noche en
cualquier casa, se observa que la luz se emite en todas direcciones,
por eso sirven para iluminar. La luz que se produce en un sistema
láser está compuesta de rayos de luz juntos, ordenados e idénticos
que se transmiten en la misma dirección.

7. Principios de Funcionamiento.
 Los láseres constan de un medio activo capaz de generar el láser. Hay
cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser,
denominados :
1. Bombeo.
2. Emisión espontánea de radiación.
3. Emisión estimulada de radiación.
4. Absorción.

8. Bombeo
 En el láser el bombeo puede ser eléctrico u óptico, mediante tubos
de flash o luz.
Puede provocarse mediante una fuente de radiación como una
lámpara, el paso de una corriente eléctrica, o el uso de cualquier
otro tipo de fuente energética que provoque una emisión.

9. Resonador óptico
 Está compuesto por dos espejos que logran la amplificación y a su vez
crean la luz láser. Dos tipos de resonadores: Resonador estable, emite un
único haz láser, y Resonador Inestable, emite varios haces.

10. Emisión estimulada de radiación
 El fotón emitido mediante el proceso de emisión estimulada es idéntico
al fotón incidente. Ambos tienen idénticas longitudes de onda (y, por
tanto, frecuencias), por lo que generan un haz monocromático,
ambos tienen idénticas direcciones en el espacio, lo que le concede
al haz direccionalidad, y ambos tienen idéntica fase, por lo que son
coherentes. Estas son las propiedades de la radiación láser.
 Como los dos fotones tienen la misma longitud de onda, tienen
también la misma energía. El fotón incidente no cambia nada, como
consecuencia del proceso de emisión estimulada. Como resultado de
este proceso se obtienen dos fotones idénticos generados a partir de
un único fotón y un estado excitado.
 Por ello se ha conseguido una amplificación, ya que ha aumentado el
número de fotones. Este es el proceso que da lugar a la Amplificación
de Luz por Emisión Estimulada de Radiación, el LASER

12. Absorción
 Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita
a un estado de energía más alto, pasando un electrón al estado
metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de
radiación.

13. Tipos de láser

14.  (*) La luz de estos láseres suele doblarse en frecuencia mediante un proceso
llamado generación de segundo armónico, dando lugar a un haz de luz
verde.
 (**) Los láseres de electrones libres se basan en un mecanismo
completamente distinto al del resto de láseres y no tienen un medio activo
propiamente dicho.

15. Laser Medio activo Rango de
frecuencia
de emisión
Régimen de
emisión
Potencia de pico
máxima
(aproximada)
utilidades
Helio-neon Gas Rojo Continuo 10mW • Metrología.
• Lectores de código de barras.
Ion de Ar Gas Verde-azul Continuo 10 W • Bombeo
• Espectaculos
Gas Infrarrojo Continuo
o pulsado
1 kW • Corte
• Soldadura
• Cirugia
excimero Gas Ultravioleta pulsado 1mW • Microprocesador
• Cirugia
químicos Gas infrarrojo Continuo 1mW • Escudo antimisiles
colorante Liquido o
Solido
Ir-Visible-UV Continuo o
pulsado
1W • Espectroscopia
rubí Gas Rojo pulsado 1kW • Investigacion
Neodimio
YAG
Solido Infrarrojo(*) Continuo o
pulsado
1GW • Bombeo
• Procesado de materiales
• Cirugia
Titanio
zafiro
Solido Infrarrojo Continuo
o pulsado
1PW • Investigacion
• Pulsos Ultracortos
Semicondu
ctores
Solido Infrarrojo-
visible
continua 1mW-1kW • Comunicación
• Cd, DVD
• Punteros
fibra Solido Infrarrojo-
visible
Continua o
pulsado
1W-1kW • Procesos de materiales
• Comunicaciones
• Espectroscopia
Electrones
libres
(**) Microondas-
Rayos X
pulsado 100kW • Investigacion

16. Figura 30. Esquema del láser de helio-neón.
Esquema del láser de rubí Esquema del láser de helio-neón.

17. ¿CUÁL ES EL LÁSER MÁS PODEROSO DEL
MUNDO?
 Cuando comenzó a operar a pleno rendimiento a finales de 2010, la línea
del National Ignition Facility (NIF) superó con creces al resto de láseres de
laboratorio. El sistema NIF es 60 veces más energético que Nova, su
predecesor en elLaboratorio Lawrence Livermore y anterior récord con 16
billones de vatios. Pero el logro no ha resultado sencillo. La maquinaria y los
componentes electrónicos que activan el láser NIF requieren un espacio
mayor que un estadio de fútbol.
 Analicemos los datos que fascinan a los fanáticos de los rayos láser. 192
rayos impactan contra una diana situada en una cámara de 453.592 kilos de
peso con 10 metros de diámetro y paredes de 50,8 centímetros de grosor.
Para evitar fugas de radiación la cámara está cubierta por paredes de 1,8
metros de grosor. Cada ráfaga de láser de 20 nanosegundos hace estallar
materiales en la cámara con 500 billones de vatios, mil veces el consumo de
energía eléctrica estadounidense en el mismo periodo de tiempo.
 Semejante fuerza está destinada a la investigación en el campo de la fusión,
a la astrofísica (para estudiar las condiciones en el centro de Júpiter) y a
generar detonaciones termonucleares en el desarrollo armamentístico.