LÁSER

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

Tipos de láser

(*) 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.

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 Continuoo pulsado

1PW • Investigacion• Pulsos Ultracortos

Semiconductores

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

Figura 30. Esquema del láser de helio-neón. 

Esquema del láser de rubí Esquema del láser de helio-neón.

¿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.