Láser
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Un láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, 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 de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.
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[editar] 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. La teorÃa fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford.
En 1953, Charles H. Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios fÃsicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nicolay Gennadiyevich Basov y Aleksandr Mikhailovich Prokhorov de la Unión Soviética trabajaron independientemente en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energÃa. Townes, Basov y Prokhorov compartieron el Premio Nobel de FÃsica en 1964 por "los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica", los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en los principios de los máser-láser.
Townes y Arthur Leonard Schawlow son considerados los inventores del láser, el cual patentaron en 1960. Dos años después, Robert Hall inventa el láser 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 vehÃculos y, al año siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas para el láser.
El 16/05/1980, un grupo de fÃsicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pret registran la primera emisión láser en el rango de los rayos X. Cinco años 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 transforman en una señal analógica permitiendo la escucha de los archivos musicales. Inmediatamente después la tecnologÃa desarrollada se usa en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994 en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnologÃa láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.
Ya en el siglo XXI, cientÃficos de la Universidad de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, cientÃficos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002, cientÃficos australianos "teletransportan" con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro.[1] Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales.[2] En 2006, cientÃficos de la compañÃa Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicación mucho más rápidas y eficientes.[3]
[editar] Procesos
1. Medio activo para la formación del láser
2. EnergÃa bombeada para el láser
3. Espejo reflectante al 100%
4. Espejo reflectante al 99%
5. Emisión del rayo láser
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 bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.
[editar] Bombeo
Se provoca mediante una fuente de radiación como puede ser una lámpara, el paso de una corriente eléctrica o el uso de cualquier otro tipo de fuente energética que provoque una emisión.
[editar] Emisión espontánea de radiación
Los electrones que vuelven al estado fundamental emiten fotones. Es un proceso aleatorio y la radiación resultante está formada por fotones que se desplazan en distintas direcciones y con fases distintas generándose una radiación monocromática incoherente.
[editar] Emisión estimulada de radiación
La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estÃmulo externo que lo lleva a emitir fotones y asà retornar a un estado menos excitado. El estÃmulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energÃa similar a la diferencia de energÃa entre los dos estados. Los fotones asà emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energÃa y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raÃz de muchas de las caracterÃsticas de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma, sino que también "amplifica" la emisión de luz, ya que por cada fotón que incide sobre un átomo excitado se genera otro fotón.
[editar] Absorción
Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita a un estado de energÃa más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.
[editar] Aplicaciones
Cuando se inventó en 1960, se denominaron como "una solución buscando un problema a resolver". Desde entonces se han vuelto omnipresentes. Se pueden encontrar en miles de variadas aplicaciones en cualquier sector de la sociedad actual. Estas incluyen campos tan dispares como la electrónica de consumo, las tecnologÃas de la información (informática), análisis en ciencia, métodos de diagnóstico en medicina, asà como el mecanizado, soldadura o sistemas de corte en sectores industriales y militares.
En bastantes aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades fÃsicas como la coherencia, la alta monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser altamente coherente puede ser enfocado por debajo de su lÃmite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un DVD o CD. También permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimar materiales.
El rayo láser se emplea en el proceso de fabricación de grabar o marcar metales, plásticos y vidrio. Otros usos son:
- Diodos láser, usados en punteros láser, impresoras laser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD;
- Láser de punto cuántico
- Láser de dióxido de carbono - usado en industria para corte y soldado
- Láser Excimer, que produce luz ultravioleta y se utiliza en la fabricación de semiconductores y en la cirugÃa ocular Lasik;
- Láser neodimio-YAG, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja; se utiliza para cortar, soldar y marcar metales y otros materiales.
- YAG dopado con erbio, 1645 nm
- YAG dopado con tulio, 2015 nm
- YAG dopado con holmio, 2090 nm, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja, es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de humedad en secciones de menos de un milÃmetro 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 cancerÃgenos y deshacer cálculos renales y vesiculares.
- Láser de Zafiro dopado con Titanio, es un láser infrarrojo fácilmente sintonizable que se utiliza en espectroscopÃa.
- Láser de fibra dopada con erbio, un tipo de láser formado de una fibra óptica especialmente fabricada, que se utiliza como amplificador para comunicaciones ópticas.
- Láser de colorante, formados por un colorante organico operan en el UV-VIS de modo pulsado, usados en espectroscopia por su facil sintonizacion y su bajo precio.
[editar] Véase también
[editar] Enlaces externos
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