L√°ser

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L√°ser
Para la clase Láser en náutica, véase Láser (vela).
Un haz de láser en el aire viajando cerca del 99,97% de la velocidad de la luz en el vacío (el índice de refracción del aire es alrededor de 1,0003).[1]
El m√ļsico franc√©s Jean Michel Jarre empleando el instrumento musical conocido como Arpa l√°ser, en la que las cuerdas son sustituidas por rayos l√°ser.

Un l√°ser (de la sigla inglesa light amplification by stimulated emission of radiation, amplificaci√≥n de luz por emisi√≥n estimulada de radiaci√≥n) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mec√°nica cu√°ntica, la emisi√≥n inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tama√Īo, la forma y la pureza controlados.

Contenido

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.

En 1928 Rudolf Landenburg informó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría 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 físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov 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 energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el Premio Nobel de Física 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.

El primer l√°ser es uno de rub√≠ y funcion√≥ por primera vez el 16 de mayo de 1960. Fue construido por Theodore Maiman. El hecho de que sus resultados se publicaran con alg√ļn retraso en Nature, dio tiempo a la puesta en marcha de otros desarrollos paralelos.[2] [3] Por este motivo, Townes y Arthur Leonard Schawlow tambi√©n son considerados inventores del l√°ser, el cual patentaron en 1960. Dos a√Īos despu√©s, Robert Hall inventa el l√°ser semiconductor. En 1969 se encuentra la primera aplicaci√≥n industrial del l√°ser al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricaci√≥n de veh√≠culos y, al a√Īo siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones pr√°cticas para el l√°ser.

El 16 de mayo de 1980, un grupo de f√≠sicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pret registran la primera emisi√≥n l√°ser en el rango de los rayos X. Pocos meses despu√©s se comienza a comercializar el disco compacto, donde un haz l√°ser de baja potencia "lee" los datos codificados en forma de peque√Īos orificios (puntos y rayas) sobre un disco √≥ptico con una cara reflectante. Posteriormente esa secuencia de datos digital se transforma en una se√Īal anal√≥gica permitiendo la escucha de los archivos musicales. En 1984, la tecnolog√≠a desarrollada comienza a usarse en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994 en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnolog√≠a l√°ser en cinem√≥metros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.

Ya en el siglo XXI, cient√≠ficos de la Universidad de St. Andrews crean un l√°ser que puede manipular objetos muy peque√Īos. Al mismo tiempo, cient√≠ficos japoneses crean objetos del tama√Īo de un gl√≥bulo rojo utilizando el l√°ser. En 2002, cient√≠ficos australianos "teletransportan" con √©xito un haz de luz l√°ser de un lugar a otro.[4] Dos a√Īos despu√©s el esc√°ner l√°ser permite al Museo Brit√°nico efectuar exhibiciones virtuales.[5] En 2006, cient√≠ficos de la compa√Ī√≠a Intel descubren la forma de trabajar con un chip l√°ser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicaciones mucho m√°s r√°pidas y eficientes.[6]

Procesos

Componentes principales:
1. Medio activo para la formación del láser
2. Energía 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.

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

Est√° compuesto por dos espejos que logran la amplificaci√≥n y a su vez crean la luz l√°ser. Dos tipos de resonadores: Resonador estable, emite un √ļnico haz l√°ser, y Resonador Inestable, emite varios haces.

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 estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raíz de muchas de las características 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.

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.

Clasificaci√≥n de l√°seres seg√ļn UNE EN 60825-1 /A2-2002

Seg√ļn la peligrosidad de los l√°seres y en funci√≥n del L√≠mite de Emisi√≥n Accesible (LEA) se pueden clasificar los l√°seres en las siguientes categor√≠as de riesgo:

  • Clase 1: seguros en condiciones razonables de utilizaci√≥n.
  • Clase 1M: como la Clase 1, pero no seguros cuando se miran a trav√©s de instrumentos √≥pticos como lupas o binoculares.
  • Clase 2: l√°seres visibles (400 a 700 nm). Los reflejos de aversi√≥n protegen el ojo aunque se utilicen con instrumentos √≥pticos.
  • Clase 2M: como la Clase 2, pero no seguros cuando se utilizan instrumentos √≥pticos.
  • Clase 3R: l√°seres cuya visi√≥n directa es potencialmente peligrosa pero el riesgo es menor y necesitan menos requisitos de fabricaci√≥n y medidas de control que la Clase 3B.
  • Clase 3B: la visi√≥n directa del haz es siempre peligrosa, mientras que la reflexi√≥n difusa es normalmente segura.
  • Clase 4: La exposici√≥n directa de ojos y piel siempre es peligrosa y la reflexi√≥n difusa normalmente tambi√©n. Pueden originar incendios.

Aplicaciones

El tama√Īo de los l√°seres es muy variable, desde los diodos l√°ser microsc√≥picos (arriba) con numerosas aplicaciones, hasta el l√°ser de cristales de neodimio con un tama√Īo similar al de un campo de f√ļtbol, (abajo) usado para la fusi√≥n de confinamiento inercial, investigaci√≥n sobre armas nucleares de destrucci√≥n masiva u otros experimentos f√≠sicos en los que se presenten altas densidades de energ√≠a.

Cuando se inventaron, en 1960, los láseres se calificaron como "una solución a la espera de un problema". Desde entonces, se han vuelto omnipresentes y actualmente pueden encontrarse en miles de aplicaciones, en campos muy variados, como la electrónica de consumo, la tecnología de la información, la investigación científica, la medicina, la industria y el sector militar.

En muchas aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas, como la coherencia, la monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser muy coherente puede enfocarse por debajo de su límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Cuando se enfoca un haz de láser potente en un punto, éste recibe una enorme densidad de energía.[7] Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un CD, DVD o Blu-ray. 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 de este son:

  • Diodos l√°ser, usados en punteros l√°ser, impresoras l√°ser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD;
  • L√°ser de punto cu√°ntico
  • L√°ser de helio-ne√≥n
  • L√°ser de di√≥xido de carbono - usado en industria para corte y soldado
  • L√°ser excimer, que produce luz ultravioleta y se utiliza en la fabricaci√≥n de semiconductores y en la cirug√≠a ocular Lasik;
  • L√°ser neodimio-YAG, un l√°ser 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 l√°ser de alto poder que opera con luz infrarroja, es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de humedad en secciones de menos de un mil√≠metro de espesor. Generalmente opera en modo pulsante y pasa a trav√©s de dispositivos quir√ļrgicos de fibra √≥ptica. Se utiliza para quitar manchas de los dientes, vaporizar tumores cancer√≠genos y deshacer c√°lculos renales y vesiculares.
  • L√°ser de Zafiro dopado con Titanio, es un l√°ser infrarrojo f√°cilmente sintonizable que se utiliza en espectroscop√≠a.
  • L√°ser de fibra dopada con erbio, un tipo de l√°ser formado de una fibra √≥ptica especialmente fabricada, que se utiliza como amplificador para comunicaciones √≥pticas.
  • L√°ser de colorante, formados por un colorante org√°nico operan en el UV-VIS de modo pulsado, usados en espectroscopia por su f√°cil sintonizaci√≥n y su bajo precio.

Algunas aplicaciones del L√°ser en la vida cotidiana son:

  • Medicina: Operaciones sin sangre, tratamientos quir√ļrgicos, ayudas a la cicatrizaci√≥n de heridas, tratamientos de piedras en el ri√Ī√≥n, operaciones de vista, operaciones odontol√≥gicas.
  • Industria: Cortado, guiado de maquinaria y robots de fabricaci√≥n, mediciones de distancias precisas mediante l√°ser.
  • defensa: Guiado misiles bal√≠sticos, alternativa al Radar, cegado a las tropas enemigas. En el caso del Tactical High Energy Laser se est√° empezando a usar el l√°ser como destructor de blancos.
  • Ingenieria Civil: Guiado de m√°quinas tuneladoras en t√ļneles, diferentes aplicaciones en la topograf√≠a como mediciones de distancias a lugares inaccesibles o realizaci√≥n de un modelo digital del terreno (MDT).
  • Arquitectura: catalogaci√≥n de Patrimonio.
  • Arqueol√≥gico: documentaci√≥n.
  • Investigaci√≥n: Espectroscop√≠a, Interferometr√≠a l√°ser, LIDAR, distanciometr√≠a.
  • Desarrollos en productos comerciales: Impresoras l√°ser, CD, ratones √≥pticos, lectores de c√≥digo de barras, punteros l√°ser, term√≥metros, hologramas, aplicaciones en iluminaci√≥n de espect√°culos.
  • Tratamientos cosm√©ticos y cirug√≠a est√©tica: Tratamientos de Acn√©, celulitis, tratamiento de las estr√≠as, depilaci√≥n.

Véase también

Referencias

  1. ‚ÜĎ Michael De Podesta (2002). Understanding the Properties of Matter. CRC Press. pp. 131. ISBN 0415257883. http://books.google.com/books?id=h8BNvnR050cC&pg=PA131&lpg=PA131. 
  2. ‚ÜĎ F. K. Kneub√ľhl, M. W. Sigrist: Laser. 3. Auflage. Teubner, 1991, p. 4.
  3. ‚ÜĎ T. H. Maiman: Stimulated Optical Radiation in Ruby. In: Nature. 187 4736, 1960, p. 493‚Äď494.
  4. ‚ÜĎ ¬ęTeletransporte en un rayo l√°ser¬Ľ (en espa√Īol). http://www.elmundo.es/ (23 de junio de 2002). Consultado el 21 de noviembre de 2007.
  5. ‚ÜĎ ¬ęEl Museo Brit√°nico abre al p√ļblico el centro de realidad virtual de Silicon Graphics¬Ľ (en espa√Īol). http://www.sgi.com/. Consultado el 21 de noviembre de 2007.
  6. ‚ÜĎ ¬ęIntel desarrolla un chip que emite luz l√°ser¬Ľ (en espa√Īol). http://www.lanacion.com.ar/ (18 de septiembre de 2006). Consultado el 21 de noviembre de 2007.
  7. ‚ÜĎ Onaik - Art√≠culos de inform√°tica. ¬ęL√°ser¬Ľ (en espa√Īol).

Enlaces externos


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  • l√°ser ‚ÄĒ (Del ingl. laser, acr√≥n. de light amplification by stimulated emission of radiation, amplificaci√≥n de luz mediante emisi√≥n inducida de radiaci√≥n). 1. m. Dispositivo electr√≥nico que, basado en la emisi√≥n inducida, amplifica de manera… ‚Ķ   Diccionario de la lengua espa√Īola


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