3.2 Estudio y Aplicaciones de Emisión Láser.

3.2 Estudio y aplicaciones de emisión láser  El láser es un dispositivo electrónico que amplifica un haz de luz de extraordinaria intensidad. intensidad. Se basa en la excitación excitación de una onda estacionaria estacionaria entre dos espejos uno opaco y otro trasl!cido en un medio homo"#neo. $omo resultado de este proceso se ori"ina una onda luminosa de m!ltiples idas y venidas entre los espejos que sale por el trasl!cido.

Generalidades de dispositivo Láser 

%áse %áserr es un acr acróni ónimo de Light Light Ampli Amplific ficati ation on by Stimul Stimulated ated Emissi Emission on of  &Emisión ón de luz por emisió emisión n estimu estimulad lada a de radiac radiación ión'. '. %a ener"( ener"(a a Radiation &Emisi "ene "enera rada da por por un %áser áser est está dent dentro ro de la porc porció ión n ópt óptica ica del del espe espect ctro ro electroma"n#tico se"!n ilustra la fi"ura ). *n haz %áser es no ionizante y abarca desde el ultravioleta &)++ , -++ nm' visible &-++/++ nm' e 0nfrarrojo &/++ nm , ) mm'.

%a lon"itud de onda de un haz %áser expresa el color en caso de luz visible o radiación óptica invisible y la unidad más com!n para la lon"itud de onda es el nanó nanómet metro ro &nm'. &nm'. %os %os %áser %áser actua actuale less emit emiten en hace hacess de radia radiaci ción ón ópti óptica. ca. %a radia radiaci ción ón óptic óptica a &ult &ultrav ravio iole leta ta visi visibl ble e e infr infrarr arroj ojo' o' se deno denomi mina na radia radiaci ción ón no ionizante ionizante para distin"uirlo distin"uirlo de la radiación radiación ionizante como rayos 1 y rayos "amma que se conoce que produce efectos bioló"icos. %os %áser de rayos 1 están bajo desarrollo pero están limitados a pocos laboratorios especiales. *n dispositivo %áser produce un haz intenso de radiación óptica &o de luz' altamente direccional. Si se diri"e refleja o enfoca sobre un objeto el haz %áser será parcialmente

absorbido elevando la temperatura de la superficie yo el interior del objeto lo que causa una potencial alteración o deformación del material. Estas propiedades las cuales se han aplicado a la ciru"(a con %áser y al procesamiento de materiales pueden tambi#n causar dao a los tejidos.

Puntos importantes Se utiliza el t#rmino luz solamente para el ámbito visible y el t#rmino radiación óptica para todo el ámbito óptico desde ultravioleta &*4' pasando por visible hasta infrarrojo 05. Se utiliza el t#rmino haz %áser para al efecto de la propa"ación concentrada &6ausiano' resultante desde un dispositivo %áser el cual se analiza en esta "u(a como causante de problemas y por lo cual se deben se"uir aspectos de se"uridad. El t#rmino dispositivo %áser se utiliza para referirse al aparato o equipo que "enera el haz por medio de emisión estimulada desde un medio "aseoso estado sólido semiconductor l(quido u otro siendo este aparato o equipo complejo o simple. 7o es recomendable utilizar el t#rmino luz %áser ni radiación %áser ya que es redundante del acrónimo.   El t#rmino rayo %áser se aplica solo si se analiza una situación de óptica "eom#trica pero no es aconsejable en casos de óptica f(sica u óptica cuántica. Se usará en el caso "eneral que as( lo amerite. 8ropiedades de un haz %áser.

CARACTERÍSTICAS GEERALES !E LA L"# L$SER% En estos momentos estamos en condiciones de comenzar el estudio de las caracter(sticas fundamentales de la radiación láser que se caracteriza por una serie de propiedades diferentes de cualquier otra fuente de radiación electroma"n#tica como son9 ). :onocromaticidad. Emite una radiación electroma"n#tica de una sola lon"itud de onda en oposición a las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes &bombillas comunes' que emiten en un ran"o más amplio entre el visible y el infrarrojo de ah( que desprendan calor. %a lon"itud de onda en el ran"o del espectro electroma"n#tico de la luz visible se identifica por los diferentes colores &rojo naranja amarillo verde azul violeta' estando la luz blanca compuesta por todos

ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a trav#s de un prisma. 2. $oherencia espacial o direccionalidad. %a radiación láser tiene una diver"encia muy pequea es decir puede ser  proyectado a lar"as distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de ener"(a en un área mayor. 7ota9 Esta propiedad se utilizó para calcular la lon"itud entre la ;ierra y la %una al enviar un haz láser hacia la %una donde rebotó sobre un pequeo espejo situado en su superficie y #ste fue medido en la ;ierra por un telescopio. 3. $oherencia temporal. %a luz láser se transmite de modo paralelo en una !nica dirección debido a su naturaleza de radiación estimulada al estar constituido el haz láser con rayos de la misma fase frecuencia y amplitud.

TIPOS DE LASER 1. El láser de Rubí 

5ecordemos que fue el primer láser y que fue construido por ;heodore :aiman en )<=+ quien usó como medio activo un cristal de rub( sint#tico. El rub( es una piedra preciosa formada por cristales de óxido de aluminio >l2?3 que contiene una pequea concentración de alrededor de +.+@A de impurezas de óxido de cromo $r2?3 &el óxido de aluminio puro >l2?3 se llama zafiro'. %a presencia del óxido de cromo hace que el transparente cristal puro de óxido de aluminio se torne rosado y lle"ue a ser hasta rojizo si la concentración de óxido de cromo aumenta. %a forma "eom#trica t(pica que adopta el rub( usado en un láser es la de unas barras cil(ndricas de ) a )@ mm de radio y al"unos cent(metros de lar"o. &4#ase Bi". 3'

Fi. ! ". Láser de #elio$%e&n

El láser de helioneón fue el primer láser de "as que se construyó. >ctualmente si"ue siendo muy !til y se emplea con mucha frecuencia. %os centros activos de este láser son los átomos de neón pero la excitación de #stos se realiza a trav#s de los átomos de helio. *na mezcla t(pica de Ce7e para estos láseres contiene siete partes de helio por una parte de neón. &4#ase Bi". -'

Fi. ' !. El láser de Ar&n ioni(ado

%as transiciones radiactivas entre niveles altamente excitados de "ases nobles se conocen desde hace lar"o tiempo y la oscilación láser en este medio activo data desde la d#cada de los sesenta. Entre estos láseres el de ar"ón ionizado es el que más se utiliza debido a sus intensas l(neas de emisión en la re"ión azulverde del espectro electroma"n#tico y a la relativa alta potencia continua que se puede obtener de #l. &4#ase Bi". @'

Fi. ) '. Láseres de C&' 

El láser de bióxido de carbono $?2 es el ejemplo más importante de los láseres moleculares. El medio activo en este láser es una mezcla de bióxido de carbono &$?2' nitró"eno &72' y helio &Ce' aunque las transiciones láser se llevan a cabo en los niveles ener"#ticos del $?2.D $omo en se"uida veremos el 72 y el Ce son importantes para los procesos de excitación y desexcitación de la mol#cula de $?2. &4#ase Bi". = y /'

Fi. *

Fi. + ). Láser de as diná,i-o de O"

%a diferencia fundamental entre un láser de "as dinámico y un láser convencional de $?2 radica en el m#todo de bombeo empleado. En el láser de "as dinámico la radiación láser es producida al enfriar rápidamente una mezcla de "as precalentado que fluye a lo lar"o de una tobera hasta la cavidad del resonador. 8or las altas potencias que es capaz de proporcionar se ha convertido en una importante alternativa para ciertas aplicaciones industriales. &4#ase Bi". '

Fi. / *. Láser de solu-iones lí0uidas oráni-as

El medio activo en este tipo de láseres está compuesto por l(quidos en los que se han disuelto compuestos or"ánicos entendidos estos !ltimos cómo los hidrocarburos y sus derivados. Estos láseres son bombeados ópticamente y como en se"uida veremos una de sus más importantes caracter(sticas radica en que pueden emitir radiación láser en anchas bandas de lon"itud de onda es decir  que son FsintonizablesF. &4#ase Bi". <'

Fi.  +. Láseres de se,i-ondu-tores

%os láseres de semiconductores son los láseres más eficientes baratos y pequeos que es posible obtener en la actualidad. Gesde su invención en )<=2 se han mantenido como l(deres en muchas aplicaciones cient(ficotecnoló"icas y su continua producción masiva nos da un inicio de que esta situación se prolon"ará por mucho tiempo. &4#ase Bi". )+'

Fi. 12. /. Láser de ele-trones libres

;odos los sistemas láser anteriormente vistos basan su funcionamiento en la inversión de población lo"rada en un medio activo atómico o molecular. 8or tanto la lon"itud de onda a la cual el láser emite está inevitablemente determinada por  los centros activos contenidos en la cavidad láser es decir por las transiciones ener"#ticas permitidas a los átomos o mol#culas de dicho medio. *n láser basado en la emisión de radiación estimulada por electrones libres no tiene las limitaciones propias de los láseres anteriormente vistos pues los electrones libres no están sujetos a la existencia de transiciones ener"#ticas particulares y por lo tanto pueden "enerar radiación electroma"n#tica en cualquier lon"itud de onda del espectro. Este tipo de láseres utilizan como medio activo un haz de electrones que se mueve con velocidades cercanas a la de la luz. Gebido a esto se le llama haz  relativista de electrones . 8odemos describir un láser de electrones libres como un instrumento que convierte la ener"(a cin#tica de un haz relativista de electrones en radiación láser. &4#ase Bi". ))'