Láser
De Wikipedia, la enciclopedia libre
Un láser (inglés: laser, 'Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation' ‘Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación’</font>) ? 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.
Tabla de contenidos |
[editar] Historia del laser
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 teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial.
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 en lugar de un haz de luz visible. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nikolay Basov y Aleksandr 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 energía. Townes, Basov y Prokhorov 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.
A continuación se muestra una línea del tiempo de los eventos más relevantes de la historia del laser:
- 1917. El físico Albert Einstein desarrolló el concepto de la "emisión estimulada", que dio paso al desarrollo posterior de la luz láser.
- 1947. Los físicos Willis E. Lamb y R. C. Rutherford demostraron la emisión estimulada por primera vez.
- 1951. El físico Charles H. Townes y sus colegas conciben el Máser, el primer dispositivo basado en la emisión estimulada. Son galardonados con el premio Nobel de Física en 1964. El físico Joseph Weber también trabajó en el concepto de máser y de láseres presentando sus ideas en una conferencia en 1952, y publicando el primer texto sobre lo que ahora denominamos electrónica cuántica.
- 1958. Los físicos Arthur L. Schawlow y Charles H. Townes fueron los primeros en escribir un artículo detallado sobre los máser ópticos. También se les atribuye la invención del láser.
- 1960. Schalow y Townes patentan su tecnología láser y los físicos Peter P Sorokin y Mirek Stevenson desarrollan el primer láser de uranio.
- 1962. El físico Robert Hall inventa el láser semiconductor.
- 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.
- 1970. El físico Gordon Gould patenta la tecnología láser más utilizada en aplicaciones industriales, comerciales y médicas.
- 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.
- 1984. Tiene lugar la primera demostración registrada de un láser de rayos X.
- 1985. 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 tecnología desarrollada se usa en el campo del almacenamiento masivo de datos.
- 1994. En el Reino Unido se utiliza por primera vez la tecnología láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.
- 2001. Científicos de la Universidad de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser.
- 2002. Científicos australianos <<teletransportan>> con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro.
- 2003. El escáner láser permitirá al museo británico efectuar exhibiciones virtuales.
- Actualmente. Científicos de la compañía Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser a base de silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicación mucho más rápidas y eficientes.
[editar] 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.
[editar] Bombeo
Se provoca mediante una fuente de radiación (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 estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estimulo, 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, 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 energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.
[editar] Uso de láseres
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 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. 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 y plásticos.
[editar] Tipos de láseres
- Láseres de estado sólido
Se caracterizan porque el medio que produce la amplificación de la radiación tiene estado sólido. Generalmente se les conoce con el nombre de este medio activo. Son sin duda los láseres más utilizados porque proveen los pulsos más intensos y porque requieren unas rutinas de mantenimiento mucho menores y más baratas. El primer láser de estado sólido que se desarrolló fue el láser de Rubí, pero en la actualidad los láseres más utilizados son los granates de itrio y aluminio (YAG) dotados con diversos elementos como cromo (Cr) o neodimio (Nd). Los extremos de la varilla se tallan de forma que sus superficies sean paralelas y se recubren con una capa reflectante no metálica. Los láseres de estado sólido proporcionan las emisiones de mayor energía. Normalmente funcionan por pulsos, generando un destello de luz durante un tiempo breve. Se han logrado pulsos de sólo 1,2 × 10-14 segundos, útiles para estudiar fenómenos físicos de duración muy corta. El bombeo se realiza convencionalmente mediante luz de tubos de destello de xenón, lámparas de arco o lámparas de vapor metálico, aunque cada vez más se utilizan para el bombeo láseres de diodos. La gama de frecuencias se ha ampliado desde el infrarrojo (IR) hasta el ultravioleta (UV) e incluso a longitudes de onda menor (rayos X de poca energía o rayos X blandos) mediante la utilización de técnicas de óptica no lineal para la generación de armónicos superiores (empleando en algunos casos cristales anisotrópicos como el fosfato de hidrógeno y potasio, KDP, o irradiando blancos de itrio).
Algunos láseres de estado sólido son:
ej:Nd:YAG (1064 nm)
Ho:YAG (2090 nm)
Er:YAG (2940 nm)
Rubí (694 nm)
Alexandrita (755 nm)
- Láseres de gases (transiciones electrónicas)
ej: He-Ne
Argón (488 ó 514.5 nm)
- Láseres de gases (transiciones vibracionales de los átomos)
ej: CO2
N2
Láseres de gas
El medio de un láser de gas puede ser un gas puro, como en el láser de nitrógeno, una mezcla de gases o incluso un vapor metálico, como en el láser de vapor de cobre. Suele estar contenido en un tubo cilíndrico de vidrio o cuarzo. En el exterior de los extremos del tubo se sitúan dos espejos para formar la cavidad del láser. Los láseres de gas son bombeados por luz ultravioleta, haces de electrones, corrientes eléctricas o reacciones químicas. El láser de helio-neón resalta por su elevada estabilidad de frecuencia, pureza de color y mínima dispersión del haz. Los láseres de dióxido de carbono son muy eficientes, y son los láseres de onda continua (CW, siglas en inglés) más potentes.
- Láseres de colorantes
- Láseres de diodos semiconductores
Láseres de semiconductores
Los láseres de semiconductores son los más compactos, y suelen estar formados por una unión entre capas de semiconductores con diferentes propiedades de conducción eléctrica. La cavidad del láser se mantiene confinada en la zona de la unión mediante dos límites reflectantes. El arseniuro de galio es el semiconductor más usado. Los láseres de semiconductores se bombean mediante la aplicación directa de corriente eléctrica a la unión, y pueden funcionar en modo CW con una eficiencia superior al 50%. Se ha diseñado un método que permite un uso de la energía aún más eficiente. Implica el montaje vertical de láseres minúsculos, con una densidad superior al millón por centímetro cuadrado. Entre los usos más comunes de los láseres de semiconductores están los reproductores de discos compactos (véase Grabación de sonido y reproducción) y las impresoras láser.
Láseres líquidos
Los medios más comunes en los láseres líquidos son tintes inorgánicos contenidos en recipientes de vidrio. Se bombean con lámparas de destello intensas —cuando operan por pulsos— o por un láser de gas —cuando funcionan en modo CW. La frecuencia de un láser de colorante sintonizable puede modificarse mediante un prisma situado en la cavidad del láser.
Láseres de electrones libres
En 1977 se desarrollaron por primera vez láseres que emplean para producir radiación haces de electrones, no ligados a átomos, que circulan a lo largo de las líneas de un campo magnético; actualmente están adquiriendo importancia como instrumentos de investigación. Su frecuencia es regulable, como ocurre con los láseres de colorante, y en teoría un pequeño número podría cubrir todo el espectro, desde el infrarrojo hasta los rayos X. Con los láseres de electrones libres debería generarse radiación de muy alta potencia que actualmente resulta demasiado costosa de producir. Ver Radiación de sincrotrón.
[editar] Aplicaciones del Láser
Los posibles usos del láser son casi ilimitados. El láser se ha convertido en una herramienta valiosa en la industria, en la tecnología y en la medicina.
estados Unidos prueba el uso del rayo laser montado en un avion 747 para probarlo en la intercepcion de un misil en 2008.[1]
[editar] Médicas
Con haces intensos y estrechos de luz láser es posible cortar y cauterizar ciertos tejidos en una fracción de segundo sin dañar el tejido sano circundante. Se emplea para soldar la retina, perforar el cráneo, reparar lesiones y cauterizar vasos sanguíneos.
En la odontología se utiliza como antinflamatorio, analgésico, cicatrizante e higienizante.
[editar] Comunicaciones.
La luz láser puede viajar a grandes distancias por el espacio exterior con una pequeña reducción de la intensidad de la señal. Debido a su alta frecuencia puede transportar 1000 veces más canales de televisión que las microondas. Por ello resultan ideales para comunicaciones espaciales y registro de información.
[editar] Aplicaciones en la industria
Es posible enfocar sobre un punto pequeño un haz de láser potente, con lo que se logra una cantidad de energía grande por unidad de superficie. Los haces enfocados pueden calentar, fundir o vaporizar materiales de forma precisa. Los laseres se usan para taladrar diamantes, moldear maquinas, herramientas y componentes electrónicos. El potente y breve pulso del láser puede tomar fotos en billonesimas de segundo.
[editar] Consideraciones preventivas
- El láser puede quemar.
- El empleo de láser produce radiación que es dañina a los ojos; es necesaria ropa de protección.
- No alumbrar a los ojos
[editar] Véase también
[editar] Enlaces externos
af:Laser ar:ليزر bg:Лазер bs:Laser ca:Làser cs:Laser da:Laser de:Laser el:Λέιζερ en:Laser eo:Lasero et:Laser eu:Laser fa:لیزر fi:Laser fr:Laser gl:Láser he:לייזר hi:लेसर विज्ञान hr:Laser hu:Lézer id:Laser it:Laser ja:レーザー ko:레이저 lt:Lazeris mk:Ласер ms:Laser nl:Laser (licht) no:Laser pl:Laser pt:Laser ro:Laser ru:Лазер simple:Laser sk:Laser sl:Laser sq:Lazeri sr:Ласер sv:Laser th:เลเซอร์ tr:Lazer ug:لازىر uk:Лазер vi:Laser zh:激光
