Láser

Un láser (de la sigla inglesa LASER: 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.

Procesos 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 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. En el láser el bombeo puede ser eléctrico u óptico, mediante tubos de flash o luz. Resonador óptico Está compuesto por dos espejos que logran la amplificación y a su vez crean el haz laser. Dos tipos de resonadores: Resonador estable, emite un único haz laser, 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. Aplicaciones Cuando se inventó en 1960, se denominaron como "una solución buscando un problema que 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 tecnologías de la información (informática), análisis en ciencia, métodos de diagnóstico en medicina, así 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 físicas 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 límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Cuando se enfoca un haz de láser potente sobre un punto, éste recibe una enorme densidad de energía.5 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 son: Diodos láser, usados en punteros láser, impresoras laser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD; Láser de punto cuántico Láser de helio-neón 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 cirugía 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 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. Láser de Zafiro dopado con Titanio, es un láser infrarrojo fácilmente sintonizable que se utiliza en espectroscopía. 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 orgánico operan en el UV-VIS de modo pulsado, usados en espectroscopia por su fácil sintonización y su bajo precio. Algunas aplicaciones del Láser en la vida cotidiana son: Medicina: Operaciones sin sangre, tratamientos quirúrgico, ayudas a la cicatrizción de hericas, tratamientos de piedas en el riñon, operaciones de vista, operaciones odontológicas. Industria: Cortado, guiado de maquinaria y robots de fabricación, mediciones de distancias precisas mediante láser. Defensa: Guiado misiles balísticos, alternativa al Radar, cegago a la tropas enemigas. Ingenieria Civil: Guiado de máquinas tuneladoras en túneles, diferentes aplicaciones en la topografía como mediciones de distancias a lugares innacesibles. Investigación: Espectroscopía, Interferometría láser, LIDAR, distanciometría. Desarrollos en productos comerciales: Impresoras láser, CD, lectores de código de barras, punteros láser, termómetros, hologramas, aplicaciones en iluminación de espectáculos. Tratamientos cosméticos y cirugía estética: Tratamientos de Acné, celulitis, tratamiento de las estrias, depilación.

Jhusep F. Vasquez M.

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Rayos láser son capaces de hacer llover

Científicos de la Universidad de Ginebra demostraron por primera vez que los rayos láser pueden crear formar nubes y provocar lluvia artificial, reemplazando al bombardeo de las nubes que se usa actualmente y que es contaminante. Los investigadores afirmaron que con las condiciones adecuadas y las gotas suficientes en el aire, el poderoso láser podrá invocar a San Isidro (o San Pedro, según el país en que estés) a pedido. El experimento, que promete terminar con la sequía en algunos países, comenzó en un laboratorio (obvio), emitiendo luz infrarroja en una cámara de aire a 24 grados Celsius bajo cero. Las nubes empezaron a formarse, después de que la energía extrajo los electrones, ionizando las moléculas del aire. Con ello se creó un denso camino de gas ionizado, llamado canal de plasma. Jérôme Kasparian, uno de los investigadores, comentó que al ser emitido el láser las condiciones de humedad aumentaron un 50% y las nubes tuvieron hasta 100 veces más agua condensada, provocando la esperada lluvia a control remoto. Este láser se probó durante varias noches en Berlín, dando el mismo resultado que en el laboratorio: un camino de nubes por donde pasa el rayo, siempre y cuando la humedad sea alta. Las conclusiones asombraron a los científicos, quienes planean crear chubascos en una superficie más amplia con muchos rayos. De todas maneras, todavía falta mucho para que esta técnica se perfeccione, pero el doctor Kasparian y su equipo esperan que pronto el agua caiga del cielo como quien abre la llave de la ducha o regadera.

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Rayo laser

Lo que se ha dado en llamar "RAYO LASER" no es otra cosa que un haz de luz con características muy especiales, a las que los físicos definer como "UNA ONDA DE ENERGIA ELECTROMAGNETICA CON SUS CICLOS EN COHERENCIA DE FASE Y FRECUENCIA", pero que se tratará de explicar más ampliamente, para beneficio de los principiantes en dicho tema, de hecho soy uno de ellos (principiante en el tema).Que es la luz?:La luz es una menifestación más de los movimientos vibratorios ondulantes que parecen dar vida al universo entero, de los cuales forman parte también el palpitar de los corazones, las ondas sonoras, el rítmico balanceo de un péndulo, las contracciones y distorciones acompasadas de un resorte que ha sido alterado en su posición fundamental, etc.

Así como podemos obtener sonidos con solo agitar a determinada frecuencia el aire que nos rodea, así también podemos lograr el fenómeno de la luz cada vez que agitemos con otra frecuencia especial el medio electromagnético invisible que rodea a todos los cuerpos. Los sonidos son vibraciones relativamente lentas, causadas por agentes de velocidad similar.v Obviamente, no podemos obtener luz mediante la agitación de los instrumentos físicos corrientes, lo cual se debe a la extrema alta frecuencia de tales ondas. Para lograr vibraciones del rango de la luz, se debe de recurrir a los electrones de los átomos de algunos elementos de la naturaleza. Cada electron gira en el átomo de forma similar de como los planetas lo hacen alrededor del sol, describiendo órbitas cuyo alejamiento del núcleo sirve a los físicos para determinar el grado energético de tal electron. Según se trate de uno u otro elemento, los electrones se distribuyen en ciertas órbitas fundamentales de acuerdo con su propio nivel de energía. Sin embargo, mediante la exitación se puede agregar energía a los electrones de las capas más alejadas del núcleo, con lo cual estos abandonan su órbita fundamental y pasan a otra de mayor diámetro, como si hubiésemos inflado un poco más a un globo de caucho. Este proceso de sumar energía no se puede prolongar indefinidamente, ya que llega el momento en el cual el electron no puede sostenerse en esa órbita artificial y se contrae brúscamente hacia el interior del átomo, hasta un punto en que es rechazado por los otros electrones de las órbitas cercanas del núcleo y lanzado de nuevo hacia el exterior, generando en órbita un movimiento vibratorio de contracción y expansión de muy corto recorrido pero de muy alta frecuencia, suficiente para generar ondas electromagnéticas con características iguales a las de la luz que conocemos.Solamente algunos átomos como el fósforo y flour tienen propiedades naturales para generar fenómenos luminosos (fosforescencia, flourescencia, etc.) aunque muchos otros lo pueden hacer cuando presentan grandes cambios energéticos, tal como ocurre con la combustión de sustancias y en la incandescencia de los filamentos metálicos de las lámparas.QUE SON LOS COLORES: De todo el amplio espectro de ondas electromagnéticas que se extiende desde los rayos gamma emitidos por las sustancias radiactivas hasta las ondas de muy grande longitud emitidas por algunas estaciones de radiodifusión, solamente una estrechísima banda de ondas tiene la propiedad de exitar los órganos de la vista, y se ha denominado "LUZ".Dicha banda o espectro visible abarca longitudes de ondas comprendidas entre 0.0004 milímetros (luz violeta) y 0.0007 milímetros (luz roja). A cada una de las frecuencias comprendidas entre estos dos límites, nuestro cerebro las cataloga como luz azul, verde, amarilla, naranja, etc. Si tenemos en cuenta que la luz se produce por liberación de energía en las últimas órbitas de los átomos y moléculas que, tras hacer sido exitados, vuelven a su estado fundamental, y que la frecuencia de su vibración es dependiente del diámetro normal de la órbita, cual si fuesen resortes oscilando alrededor de su posición de equilibrio, podemos entonces concluir que cada sustancia tiene la propiedad de emitir luz con un determinado color. Así por ejemplo, al quemar sal de cocina en un pedazo de algodón impregnado con alcohol se desprende una luz de color plata, y al popner en combustión un delgado hilo de cobre, se genera luz de color verde, propiedad que permite a los técnicos en fundición reconocer también las temperaturas de los hornos y los metales que están manejando.Cuando la retina del ojo recibe simultáneamente todas las radiaciones de los diferentes colores, como en el caso de la luz solar y la producida por ciertas lámparas incandescentes y de arco, el órgano de la visión registra esta sensación como "luz blanca".La luz ordinaria es incoherente (sin ninguna relación que ligue a las ondas que la constituyen) purque, en los átomos de donde proviene, las vibraciones de las capas electrónicas y la emisión de los fotones (paquete de energía correspondientes a distintos niveles de órbita) se producen en desorden, en cualquier instante y en el haz de luz resultante noexite la menor relación entre las fases de las ondas. En otras palabras, aunque todos los átomos (fuesen iguales, no existe sincronización para los saltos de órbita de los electrones. Mediante filtros adecuados se puede seleccionar luz de un color espefífico (ondas con una misma frecuencia), pero es imposible ordenar sus átomos para que desprendan simultáneamente los fotones y generen ondas con la misma fase en todos los ciclos (fase significa posición, momento, instante).

Adelanto clave de Intel: crean láser a partir del silicio

Hoy sale publicado en la prestigiosa revista científica Nature, un adelanto clave de Intel: se trata de del primer láser basado en silicio del mundo. Este adelanto podría llevar rayos láser y dispositivos ópticos de bajo costo y alta calidad al uso común en aplicaciones de cómputo, comunicaciones y médicas. Pero aún hay que superar algunos problemas para lograr un producto comercial. Como se reportó en el número de hoy de la revista cientifica Nature, investigadores de Intel han encontrado una forma de usar el así llamado efecto Raman y la estructura cristalina del silicio para amplificar la luz al pasar por ella. Cuando se irradia con luz de una fuente externa, el chip experimental produce un láser continuo de alta calidad. Aunque aún está lejos de convertirse en un producto comercial, la capacidad de crear un rayo láser a partir del silicio ordinario podría llevar a la creación de dispositivos ópticos de bajo costo que desplazan datos entre computadoras a la velocidad de la luz (dando origen a nuevas aplicaciones para la computación de alta velocidad). “Fundamentalmente, hemos demostrado por vez primera que el silicio ordinario se puede utilizar para construir dispositivos que amplifican la luz”, dijo el Dr. Mario Paniccia, director del Laboratorio de Tecnología Fotónica de Intel. “El uso de dispositivos fotónicos de alta calidad ha sido limitado porque son costosos de producir y ensamblar. Esta
investigación es un paso importante para traer los beneficios de dispositivos ópticos de silicio de bajo costo al mercado”. Hoy, todas las computadoras tienen una fuente de poder que alimentan los chips, el disco duro y dispositivos periféricos. En el futuro, es posible que las PCs integren también una fuente para alimentar pequeños rayos láser, amplificadores e interconexiones ópticas que desplacen terabytes de datos entre computadoras y a través de redes. Además, existen longitudes de onda de luz especiales que son óptimas para interacciones con el tejido humano. Por ejemplo, un tipo de láser puede ser útil para trabajar en las encías y otro para abrir cavidades en los dientes. Hoy, estos rayos láser cuestan decenas de miles de dólares cada uno, limitando con ello su uso. Este adelanto de Intel podría llevarnos a un producir rayos láser médicos más accesibles de modo que las visitas al dentista sean más sencillas y menos dolorosas para los pacientes.
Detalles técnicos
La creación de un rayo láser Raman en silicio comienza con el grabado de una guía de onda (un conducto para la luz en un chip). El silicio es transparente para la luz infrarroja; de modo que cuando se dirige luz a una guía de onda, ésta puede ser contenida y canalizada en un chip. Al igual que el primer rayo láser desarrollado en 1960, los investigadores de Intel utilizaron una fuente de luz externa para “bombear” luz a su chip. Conforme se bombea luz, las vibraciones atómicas naturales del silicio amplifican la luz en su paso por el chip. Llamado efecto Raman, esta amplificación es más de 10.000 veces más potente en el silicio que en la fibra de vidrio o fibra óptica. Los rayos láser y amplificadores Raman son utilizados hoy día en la industria de las telecomunicaciones y utilizan kilómetros de fibra para amplificar la luz. Mediante el uso de silicio, los investigadores de Intel pudieron amplificar la luz con un chip de silicio de unos cuantos centímetros de tamaño. Un láser es cualquier dispositivo que emite un rayo de luz intenso y coherente (donde todos los fotones tienen la misma longitud de onda, fase y dirección). Cubriendo los lados del chip con un material reflexivo, similar a las cubiertas que se utilizan en anteojos para el sol de alta calidad, el equipo de investigadores de Intel pudo contener y amplificar la luz al rebotar de un lado al otro del chip. Al incrementar la energía de bombeo se llegó a un umbral crítico donde, al instante, un rayo de luz coherente muy preciso (es decir, un láser) salió del chip.
El logro
Inicialmente, ellos descubrieron que incrementar el poder del bombeo de luz más allá de cierto punto no incrementaba más la amplificación de luz en el chip y finalmente incluso la disminuía. La razón de esto resultó ser un proceso físico llamado “Two-Photon Absorption” (“Absorción de dos fotones”), que ocurre cuando dos fotones del haz de bombeo chocan contra un átomo al mismo tiempo y expulsan un electrón. Estos electrones en exceso se acumulan y se reúnen en la guía de onda hasta que absorben tanta luz que se detiene la amplificación. El logro de Intel fue integrar una estructura, llamada técnicamente dispositivo PIN (P-type - Intrinsic - N-type) en la guía de onda en el chip. Cuando se aplica un voltaje al PIN, éste actúa como aspiradora y elimina la mayoría de los electrones que absorben la luz. El dispositivo PIN combinado con el efecto Raman produce un rayo láser continuo. Lograr que el silicio y la luz trabajen juntos La investigación en torno a la fotónica del silicio en Intel se inició como una forma de explorar la aplicación de los conocimientos del silicio de la compañía al desarrollo de dispositivos ópticos integrados que pudieran ser incorporados en diversos productos por clientes de Intel. El equipo de investigación de la fotónica del silicio ha tenido varios logros, comenzando en 2004 con el primer modulador óptico a base de silicio para codificar datos a 1 GHz, lo que representa un incremento de más de 50 veces el récord anterior de la investigación de unos 20 MHz. “Tenemos programas de investigación a largo plazo para hallar nuevas formas de aplicar nuestros conocimientos del silicio para facilitar la vida a las personas”, dijo Kevin Kahn, Intel Senior Fellow y director del Laboratorio de Tecnología de http://www.tomcomputers.com.ar - Tomcomputers Powered by Mambo Open Source Generated: 30 May, 2010, 17:26 Comunicaciones de Intel. “Por ejemplo, estamos desarrollando redes con sensores inalámbricos que se pueden utilizar para detectar fallas en equipos listos para salir al mercado antes de que ocurran o para mejorar los servicios de atención a la salud para ancianos. Nuestra meta de ‘silicionizar’ la fotónica consiste en utilizar nuestras técnicas de manufactura de silicio para producir en masa dispositivos ópticos de bajo costo de modo para que los beneficios de la fotónica de alto ancho de banda se puedan aprovechar en las industrias de la computación y las comunicaciones”. El reporte acerca de esta investigación fue publicado en Nature, con fecha del 17 de febrero. El documento, titulado “A continuous wave Raman Silicon Laser” (“Un rayo láser de silicio Raman de onda continua”), fue elaborado por los investigadores de Intel Haisheng Rong, Richard Jones, Ansheng Liu, Oded Cohen, Dani Hak, Alexander Fang y Mario Paniccia.

Jhusep F. Vasquez M.

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Construcción del láser más potente del mundo

El pasado mes de marzo, los investigadores del Centro Nacional de Ignición hicieron una demostración de un láser de 1,1 megajulios diseñado para provocar reacciones de fusión nuclear en 2010. No obstante, la tecnología del centro, que se alberga en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, aún no es capaz de generar la suficiente cantidad de energía como para utilizarse en una planta nuclear a nivel práctico. Por tanto, y a pesar de que los físicos esperan con anticipación la demostración del año próximo, están trabajando en unos tipos de láser aún más potentes que pudieran hacer posible la creación de un método para un tipo de fusión inducida por láser llamada ignición rápida.

Durante la reunión anual de la Optics Society of America en San José, California, unos investigadores de la Universidad de Texas presentaron planes para la construcción de un láser de exavatio que sería tres veces más potente que cualquier otro existente a día de hoy. Los láseres más potentes en la actualidad operan en el rango de los petavatios, o 10 elevado a la 15 potencia (un cuadrillón) vatios. Un exavatio es 10 elevado a la 18 potencia vatios. Los láseres de exavatios serán capaces de concentrar esa potencia en áreas del tamaño de micrómetros, creando unas enormes intensidades.
Una forma de aumentar la potencia de un láser es mediante la reducción de la duracción del pulso del láser. No obstante, trabajar con pulsos de láser del orden de los picosegundos o incluso fentosegundos es difícil puesto que este tipo de pulsos están hechos a partir de un amplio ancho de banda de frecuencias de luz que dañan el cristal óptico, incluyendo al cristal de fosfato que a menudo se utiliza para ampliar la luz de los láseres, como por ejemplo en el Centro Nacional de Ignición.
Todd Ditmire, director del Grupo de Ciencia de Láseres de Alta Intensidad en la Universidad de Texas en Austin, informó durante la reunión de esta semana que un nuevo tipo de cristal debería ser capaz de soportar los pulsos de luz intensos necesarios para crear un láser de exavatios. El cristal se doparía y se usaría para crear unos dispositivos llamados amplificadores—cuando la luz de los láseres brilla sobre el cristal amplificador, los iones del cristal absorben la luz y la reemiten con una energía más alta. “El cristal sólo es el anfitrión—es un material transparente que contiene los iones,” afirma Ditmire.
La ventaja de usar cristal en vez de otro material es que los fabricantes pueden utilizarlo con dispositivos de gran tamaño, lo que incrementa la potencia del haz resultante. Por el contrario, el zafiro de titanio puede hacer las veces de amplificador para láseres de alta potencia, pero es difícil utilizarlo en piezas grandes, señala Ditmire. En asociación con el fabricante alemán Schott, el grupo de Texas ha empezado a caracterizar las propiedades de su nuevo tipo de cristal, que combina silicato, el material del que están hechos los cristales normales, con el tantalio, un elemento metálico. Ditmire afirma que su grupo está trabajando en la actualidad con Schott para crear piezas más grandes del material y que serán ensambladas para construir el prototipo de láser.
Ditmire cree que la primera aplicación de los láseres de exavatios será como fuente de energía para los aceleradores de partículas médicos. Al bombardear a los tumores con protones se consiguen menos efectos secundarios que con las terapias de rayos x puesto que los protones liberan toda su energía de una vez, evitando los tejidos colindantes. Sin embargo, la tecnología de protones aún no se ha empezado a utilizar ampliamente puesto que en necesario contar un acelerador de partículas de gran tamaño. Los láseres de exavatios compactos deberían tener la potencia suficiente como para acelerar los protones en el uso de terapias médicas.

No obstante, la aplicación potencial más interesante de los láseres de exavatios es en las plantas eléctricas de fusión que dependiesen de un proceso conocido como ignición rápida. Durante las fases iniciales, el Centro Nacional de Ignición utilizará láseres de petavatios para comprimir una pequeña bola de combustible de oro hasta que se caliente y llegue a los 100 millones de grados Celsius, provocando la fusión. Durante la conferencia esta semana, los investigadores también informaron que habían completado otro paso dentro del camino hacia las reacciones de fusión controladas, y describieron una serie de tests preliminares de su sistema utilizando un pulso de 500.000 julios para implosionar una pequeña bola de combustible de fusión.
La ignición rápida funciona de forma distinta. En vez de un único pulso, la técnica utilizaría unos láseres de potencia más baja para “comprimir el combustible si preocuparse acerca de su calentamiento, y después un láser con pulso corto [de exavatios] que actúe como chispa,” provocando la reacción de fusión, afirma Ditmire.
“Existe una controversia acerca de si el proyecto funcionará o no,” admite Ditmire. Apuntar con un pulso tan corto puede que sea problemático. En teoría, no obstante, el proceso de ignición rápida debería utilizar menos energía para funcionar. La medida más importante del rendimiento de un reactor de fusión es su ganancia, o la proporción de energía requerida para operar los láseres frente a la cantidad de energía producida por la reacción. El objetivo del centro de Livermore es una ganancia de entre 15 y 20. “Necesitas una ganancia de 100 para construir una planta eléctrica de fusión, y los cálculos muestras que los láseres de exavatios podrían alcanzar esa cifra,” señala Ditmire.
No obstante el nuevo material de cristal no es la única pieza clave para construir el láser de exavatios. El grupo de Ditmire también ha tenido éxito con las nuevas técnicas de amplificación para producir pulsos de muy corta duración utilizando el Láser de Petavatios Texas de la universidad. Según Ditmire, el truco para conseguir altos niveles de potencia es una técnica llamada gorjeo, mediante la que se separan distintas frecuencias de luz, se pasan a través de amplificadores de cristal, y después de pasan por un compresor para volverlas a unir en un único láser de alta potencia. El método del grupo de Texas combina distintos tipos de amplificadores de cristal para este proceso, permitiendo una mayor compresión de la luz y, por tanto, incrementando la potencia resultante. Durante la reunión, Ditmire informó haber utilizado esta técnica para crear pulsos de 100 femtosegundos.Ditmire no es el único investigador dedicado al desarrollo de láseres de exavatios. El inventor del gorjeo, Gèrad Mourou desde la Escuela Politécnica en Francia, encabeza un proyecto de láser de exavatios europeo llamado ELI, o Extreme Light Infraestructure. El grupo europeo tiene previsto utilizar amplificadores de zafiro de titanio en vez de cristal convencional.

Jhusep F. Vasquez M.

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El rayo (láser) de la muerte

Tomado de: Publico.es (MIGUEL ÁNGEL CRIADO)
La demostración que T. H. Maiman hizo en julio de 1960 de un nuevo ‘tipo’ de luz despertó el miedo de la gente y el escepticismo científico
Dos veces tuvo que realizar su primer experimento y aún así no convenció a todos. Cuando Theodore H. Maiman consiguió un aparato que emitía una intensa y finísima luz, pocos le conocían. Su tosco láser interesó tan poco en su primer intento mayo de 1960 que la prestigiosa revista científica Physical Review Letters se negó a publicar los resultados. El laboratorio donde trabajaba tuvo que organizar una rueda de prensa y repetir el intento que, esta vez sí, fue publicado por la revista Nature.
La repetición de la prueba ante los medios fue el 7 de julio. La noticia pilló con el pie cambiado a las grandes empresas y centros de investigación que llevaban varios años invirtiendo mucho dinero y mucho cerebro en el diseño del láser. Firmas como IBM, Siemens, RCA Labs, General Electric o Bell Labs tenían a los pioneros de la emisión estimulada por radiación, como Townes o Gould. Todos fueron escépticos con el logro. Incluso los periódicos sensacionalistas hablaron del láser como el rayo de la muerte, idea que aprovechó el cine de la época.
A diferencia de la aproximación teórica de otros físicos, Maiman prefirió la práctica para probar la idea postulada por Einstein cuatro décadas antes. Vio que, al aplicar luz sobre el rubí, los átomos de éste se excitaban, haciendo que sus electrones cambiaran su órbita alrededor del núcleo atómico. Al volver a su estado natural, cada electrón liberaba energía, un fotón de luz con la misma longitud de onda que el resto. El resultado era un fino rayo monocromático y unidireccional.
La demostración abrió un camino que aún hoy sigue recorriéndose. Existen decenas de tipos diferentes de láser y centenares de aplicaciones. Pero la gloria no sería para Maiman. Mientras los otros consiguieron el premio Nobel u otras distinciones, el creador del láser murió en 2007 sin ese reconocimiento.

Línea de tiempo
1917. Albert einstein teoriza sobre la luz láserComo en otros casos, el físico alemán fue el primero que explicó el proceso de emisión estimulada, en su texto ‘Sobre la mecánica cuántica de la radiación’. Moriría sin ver una demostración práctica de su idea.
1954. Creación del máserCharles Townes crea un aparato de Amplificación de Microondas por Emisión Estimulada de Radiación. Lo siguiente sería conseguir lo mismo pero con luz visible.
1957. A por la luz visibleTownes y Schallow idean la creación de un amplificador de radiación de los rangos visible e infrarrojo del espectro. Bell Labs patenta la idea.
1959. El término láserEl primero en hablar del Amplificador de Luz por Emisión Estimulada de Radiación o Láser será G. Gould y no Townes. Se inicia una guerra de patentes de 30 años.
1960. Dos despreciadosTheodore Maiman, considerado un recién llegado por otros científicos del campo de la emisión estimulada, usa el rubí, un material desechado por otros, para realizar con éxito las ideas de Einstein. Su dispositivo, tosco y primitivo a los ojos actuales, consigue generar pulsos de luz muy intensa con la misma longitud de onda ( monocromática) y en una dirección determinada. Son los elementos característicos de un rayo láser.
1969. Distancia a la lunaUna adaptación del láser rubí de Maiman a bordo del Apollo 11 permite calcular la distancia exacta entre la Tierra y la Luna. Es su primera aplicación práctica.
1970. Espectáculo de luzEl pabellón Coca Cola de la Expo ‘70 de Osaka (Japón) exhibe un show con rayos láser que fascina a dos millones de personas. Poco después llegaría a los conciertos.
1972. VietnamLas bombas guiadas por láser que caen sobre Hanoi superan la eficacia de las convencionales: aciertan un 45% de los objetivos. Estalla el uso bélico del láser.
1975. Fibra ópticaIngenieros del Laser Diode Labs crean un láser semiconductor a temperatura ambiente. Con la fibra óptica como medio, modernizará las telecomunicaciones.
1980. Llega el CDSony y Phillips crean el formato Compact Disc en el que la música se graba sobre el disco mediante la precisa marca del láser. El primer CD sale al mercado en 1982.
1983. La guerra de ReaganEl presidente de EEUU Ronald Reagan anuncia su Iniciativa de Defensa estratégica. Quiere armar satélites con láser para abatir los misiles soviéticos.
1987. Volver a verEl oftalmólogo Steven Trokel, que había patentado el láser excímero, realiza la primera operación de córnea. Se abre una nueva era en la cirugía.
1997. Depilación láserLas autoridades de EEUU aprueban varios aparatos de depilación laser. Algunos resultan ser una estafa. También este año comienza su uso en odontología.
2008. Origen del universoDesde 1960, el láser se ha usado en las investigaciones más avanzadas. El Texas Petawatt Laser, el más poderoso, recrea el origen de las estrellas.

Jhusep F. Vasquez M.

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Rayo Láser

Escuela Secundaria Técnica n.72 Guadalupe Ceniceros de Zavaleta presentan a… Plata Uribe y Pluma Martínez en…

¿Qué es el rayo láser?
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.
Antes de nada, deberíamos tener claro a que se denomina “rayo láser”. Básicamente, un láser es un haz de luz colimado, monocromático y coherente. También se llama láser al dispositivo que es capaz de generar este haz. Por “colimado” se entiende que el haz de luz tiene una divergencia nula. El flujo de la energía es unidireccional, de modo que cada rayo del haz puede considerarse paralelo a cualquier otro. Esta característica, que en la práctica es imposible de lograr en un 100% pero que se acerca mucho, es la que hace que el rayo de luz emitido por un láser no se “ensanche” a medida que se aleja de la fuente que lo genera. Por ejemplo, un rayo láser proyectado sobre la luna, que a la salida del emisor tenga un diámetro de un milímetro tendrá en el destino un diámetro de un par de kilómetros, y eso después de viajar mas de 384000 km.

Historia del rayo láser
En 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los lásers 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 .
Historia del rayo láser
En 1928 Rudolf Landenburg reportó 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 .
Historia del rayo láser
En 1953 , Charles H. Tornes 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
Historia del rayo 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 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 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.
Generación de un rayo láser:
Proceso
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
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.
Emisión espontánea de radiación
Como explicábamos en el caso del método de bombeo, a veces los electrones que vuelven naturalmente al estado fundamental emiten un fotón; es un proceso aleatorio y la radiación tendrá distintas direcciones y fases, por lo que se genera una radiación monocromática incoherente.
Absorción
En este proceso se absorbe un fotón, con lo que el sistema atómico se mueve a su estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación. Los dispositivos láseres disponibles comercialmente se basan en alguno de estos métodos o en una combinación de más de uno de ellos. No es que uno sea preferible al otro, si no que cada uno tiene características que lo hacen mas adecuados para diferentes aplicaciones.
Diodo láser:
es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD.
Este tipo de láser es el que se encuentra dentro de su lector de discos compactos, DVD, etc. Cuando un diodo convencional o LED se polariza en directa, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Cuando los electrones y huecos están en una misma región, pueden recombinarse (cayendo el electrón al hueco) emitiendo un fotón con la energía correspondiente a la banda prohibida. Esta emisión espontánea se produce en todos los diodos, pero sólo es visible en los diodos LED, que justamente están construidos de una manera especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con el espectro visible; en el resto de diodos, la energía se disipa en forma de radiación infrarroja.

conclusión
el caso de los diodos láser, han permitido el desarrollo de sistemas de almacenamiento masivo de información con capacidades impensadas hace solo una década. Y es una tecnología que no para de ser mejorada, como lo demuestran la aparición constante de nuevos artefactos que dejan a los anteriores en el olvido, debido a sus superiores características, valga el ejemplo de los emergentes HD-DVD o DVD Blue Ray, que utilizando diodos láser con longitudes de onda mas cortas permiten almacenar mucha mas información que los DVDs convencionales.

Jhusep F. Vasquez M.
CI.19598540
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Las aplicaciones del láser

Desde el primer momento hemos de señalar la simbiosis imprescindible entre la ciencia y la empresa, como condición "sine qua non" para el desarrollo de una investigación en la que han primado, tanto los recursos materiales e instrumentales de laboratorio, como los objetivos científicos, técnicos e industriales perseguidos.
Porque ampliaría en exceso el marco de este modesto trabajo, que sólo pretende incidir especialmente en el campo concreto de la tecnología documental y en parcelas tan limitadas como la xerografía y la reprografía documental, tan sólo y a título de ilustración, señalaremos algunas aplicaciones del láser en los terrenos en que más ha evidenciado su contribución al progreso, con aportaciones patentes a las últimas tecnologías. El láser, por ser la fuente luminosa más potente descubierta, por su simplicidad cromática y su altísimo grado de coherencia, se hace imprescindible en el campo de la interferometría. Con él se ha conseguido medir la velocidad de la luz con el mínimo error de 3 m/s., se hace posible el control de la velocidad de flúidos transparentes por métodos no destructivos y su utilidad se hace patente en aplicaciones ópticas de medios no lineales, espectroscopia, análisis de materiales, control y aceleración de partículas, separación de isótopos, etc. Hasta el sueño del "visor estereoscópico" se ha ido haciendo realidad, con las aportaciones del láser a la holografía, en su empeño científico de conseguir la visión tridimensional mediante interferencias, con las posibilidades que en esta faceta se han abierto, entre las que destacamos aquí por más afines, las referidas a la manipulación de documentos (18).
Con sus aportaciones a la metrología se pueden descubrir desalineaciones de milésimas de milímetro en distancias de 100 ms. y se hace posible la alineación automática en construcciones, trazados de autopistas y en problemas de alineación topográfica, industrial, o de la minería. En telemetría, las impulsiones de energía surgidas del láser han conseguido medir distancias astronómicas con sólo algún cm. de error, y sus precisiones en el control de trayectorias de vehículos aeroespaciales (19), se hacen casi absolutas.
Pero donde la eficacia del láser se ha manifestado incluso con espectacularidad, ha sido en el campo de la Medicina. Mientras el láser clásico de dióxido de carbono (CO2) es útil para tratar materiales tan duros como el metal, siendo capaz de cortar, soldar y taladrar, el haz de luz verde del argón es de una eficacia decisiva en retinopatía (20) y en ginecología. Sus efectos hemostáticos, su precisión al identificar virus y bacterias, así como las perforaciones y cortes del bisturí láser a través de los tejidos, suponen avances de gigante en el progreso de la cirugía.
Y finalmente, la acción del rayo láser en los "biestables ópticos", que multiplica por millares la velocidad en el funcionamiento de los circuitos de los ordenadores, ha supuesto otro paso adelante de enorme transcendencia en el campo de la Informática, en nuestros días (21). Los díodos láser de Ar y Ga se utilizan en lectores de discos compactos, en transmisiones por fibra óptica y "optoductos", en el campo de la telecomunicaciones. Los láser colorantes (rodamina, cumarina...), de enorme capacidad de sintonía, con su longitud de onda variable, han supuesto también novísimas posibilidades para la espectofotometría (22) y las decisivas aplicaciones del láser en la generación de caracteres copiadores, registros de microfilm y en los sistemas de impresión.

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Tipología y propiedades del láser

Hay láseres de medios amplificadores sólidos, como el de T. H. Maiman, que fue el primero en conseguir el efecto amplificador del rayo luminoso (9). Utilizó una pequeña barra cilíndrica de rubí sintético, cuyos extremos semitransparentes constituían una cavidad óptica resonante (10). El "bombeo" provocado por la luz emitida por el flash de un tubo de xenón helicoidal que rodeaba la barra de rubí, producía impulsos luminosos de mínima duración (ver Figura 1).

Figura 1: Esquema del láser de estado sólido (11)
Los láseres dotados de amplificadores gaseosos son casi tan antiguos como los del estado sólido (12) y se caracterizan por la utilización de la descarga eléctrica como fuente energética de "bombeo", en el seno de una composición de un 90 % de helio y un 10 % de neón.
Hay haces láser de vapor metálico, de inyección o semiconductor, el de electrones libres, el Helio-Neón (13), muy extendido en los laboratorios y el Argón, utilísimo a la Medicina, basados en medios sólidos, líquidos o gaseosos, que convenientemente bombeados desde el exterior por medios tan elementales como la descarga eléctrica, la inyección del fluído eléctrico, el flash, reacciones químicas, radiaciones ionizantes o los propios rayos láser, consiguen amplificar la luz con intensidad multiplicada, aunque sin modificar su frecuencia, ni su polarización, ni su fase y dirección. De ahí que, aunque sea reducida la potencia óptica emitida, se alcanza la posibilidad de concentrarla por las lentes en una superficie mínima, logrando densidades de energía tan intensas, que consiguen hacer incontables las aplicaciones de las múltiples tipologías láser: dióxido de carbono (14), vidrio de neodimio, díodos láser, láser colorantes (dyes) (15), etc.
El haz láser es luz y como tal, posee todas propiedades de ésta, como las de la reflexión y refracción y la velocidad de recorrido en el vacío. Pero sobre éstas, posee otras propiedades peculiares, que la enriquecen sobremanera.
La primera propiedad que se ha de señalar es la de su extremada direccionalidad, lo que equivale a decir que su haz apenas sufre dispersión en su trayecto. Uno de los primeros láseres dirigidos a la Luna aún en la década de los 60, se dispersó tan sólo el equivalente a la cienmilésima parte del recorrido (16).
Otra propiedad importante es la de la velocidad en todas sus transiciones. Hay láseres que pueden emitir más de mil millones de destellos por segundo. La amplísima gama de potencialidades, según el material activo que se utilice y la capacidad de excitación que posea el láser, es otra de sus propiedades más aprovechables.
Mientras la luz solar se nos evidencia como polícroma y fragmentable en colores al refractarse en el prisma, la luz del rayo láser es generalmente monocroma y además posee una armonía interna de elevada perfección, que se manifiesta en el movimiento ordenado de los fotones, en sincronía perfecta, y con la coherencia temporal y espacial correlativas, dentro de la misma fase (17). Todas estas cualidades justifican la importancia y el número de sus utilidades.

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Otro avance tecnológico de la Reprografía Documental: la impresión con rayo láser

José Luis del Río Sadornil
El rayo Láser, cuyo acrónimo significa "amplificación de luz por la emisión estimulada de radiación" (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), viene a ser un dispositivo de radiación electromagnética, capaz de generar luz y amplificar su onda a una altísima frecuencia.
Descubierta y dominada, en cierto modo, la energía nuclear, la domesticación del rayo láser, al poderse desmarcar del potencial irrefrenable de la energía nuclear y los incontrolables riesgos de la radiactividad, constituyó durante un tiempo un objetivo apasionante.
El scattering estimulado de aquellos electrones libres cruzando espacialmente espectros magnéticos variables, cuya observación y estudio iniciaran los científicos en las Universidades Americanas de Stanford y Columbia en los 60, se ha decantado en los modernos sistemas láser (1). "Básicamente se trata de un haz de luz intensa muy concentrada en un pequeño diámetro" (2), con todo el abanico de posibilidades que su conocimiento y control hoy representan estas "emisiones de luz coherente".
Es el campo de la Electrónica Cuántica (3), ya que los láseres no dejan de ser otra cosa que simples dispositivos cuánticos, cuyo funcionamiento es análogo al del MASER, (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) (4), diferenciándose tan sólo de éste, en que sus frecuencias pertenecen a la región óptica del espectro.
Si nos circunscribimos a los principios básicos de la tecnología láser, tomaremos como primero y fundamental, el de que a cualquier sistema, atómico o molecular, se puede asociar un determinado conjunto de niveles de energía. Otro principio, consecuente y no menos importante que el primero, supone que tales sistemas pueden realizar transiciones entre dichos niveles o estados, tales como la resultante de la adición de fotones coherentes, efecto que Albert Einstein había descubierto en 1917 (5). Así, cualquier electrón que ronde en una órbita determinada, puede saltar a otra superior y arrastrar a un estado "excitado" al átomo en cuestión, con el consiguiente aumento de energía (ganancia) (6), si su transición es a niveles superiores, o pérdida de la misma en forma de luz o de calor, si es a niveles inferiores.
Un láser se compone fundamentalmente de una cavidad resonante (7) de espejos en la que la luz discurre sobre su trayectoria. Dicha cavidad contiene al medio que actúa como un amplificador, por efecto de un "bombeo", procedente de una fuente externa de energía.
Si como efecto del "bombeo", las ganancias compensan con superavit a las pérdidas de energía, el láser emite ondas luminosas denominadas modos, diseñados de acuerdo con la longitud y forma geométrica de la cavidad. Este diseño y selección se efectúa al mismo tiempo en la longitud de onda (modos longitudinales), y en la forma de la onda (modos transversales), lo que induce a una doble "coherencia": espacial y temporal, que dota al haz láser de cualidades extraordinarias y multiplica sus posibilidades y aplicaciones (8).

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