El Rayo Laser

El Rayo Laser

Láser

Estados Unidos de la Fuerza Aérea experimento con láser

Los rayos láser en la niebla, que se refleja en el parabrisas del coche Un láser es un dispositivo que emite luz ( radiación electromagnética ) a través de un proceso de amplificación óptica basada en la emisión estimulada de fotones . El término “láser” se originó como un acrónimo de Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación . [ 1 ] [ 2 ] La luz láser emitido se caracteriza por su alto grado de espacial y temporal de la coherencia , inalcanzable con otras tecnologías.

Coherencia espacial generalmente se expresa a través de la salida que es un haz estrecho que es la difracción limitada , a menudo llamado “rayo de lápiz.” Los rayos láser puede ser enfocado a pequeñas manchas muy, logrando una muy alta irradiación . O puede ser lanzado en un haz de baja divergencia muy a fin de concentrar su poder a gran distancia.

Temporal (o longitudinal) coherencia implica una onda polarizada en una sola frecuencia que fase se correlaciona más de una distancia relativamente grande (la longitud de coherencia ) a lo largo de la viga. [ 3 ] Un rayo producido por una otra fuente de luz incoherente o térmica tiene una amplitud instantánea y la fase que varían al azar con respecto al tiempo y posición, y por lo tanto una coherencia muy corta duración.

La mayoría de los llamados “única longitud de onda” láseres producen radiación en varios modos de tener un poco diferentes frecuencias (longitudes de onda), a menudo no en una sola polarización. Y a pesar de la coherencia temporal implica monocromatismo, incluso hay láseres que emiten un amplio espectro de la luz, o emitir diferentes longitudes de onda de la luz al mismo tiempo. Hay algunos láseres que no sean modo espacial única y por lo tanto sus rayos de luz divergen más de lo requerido por la difracción de límite. Sin embargo, todos estos dispositivos se clasifican como “láser”, basada en su método de producción que la luz: la emisión estimulada. Los láseres se emplean en aplicaciones donde la luz de la coherencia espacial o temporal requerida no se podían producir utilizando las tecnologías más simples.

erminología

De izquierda a derecha: rayos gamma , rayos X , ultravioleta, rayos, espectro visible , infrarrojo , microondas , ondas de radio . Abajo: la ampliación del espectro visible desde el violeta (400nm) al rojo (700nm). La palabra láser que empezó como un acrónimo de “amplificación de luz por emisión estimulada de radiación”, en el uso moderno “luz” en general denota la radiación electromagnética de una frecuencia, no sólo la luz visible , por lo tanto, láser infrarrojo , láser ultravioleta , rayos láser X , y etc. Debido a que el predecesor de microondas del láser, el máser , fue desarrollada por primera vez, los dispositivos de este tipo que operan en el microondas y las frecuencias de radio se conocen como “máser” en lugar de “láser de microondas” o “láser de radio”. En la literatura técnica temprana, especialmente en Bell Telephone Laboratories el láser se llama un máser óptico , este término ha quedado obsoleta. [ 4 ]

Un láser que produce la luz por sí misma es técnicamente un oscilador óptico en lugar de un amplificador óptico como sugiere el acrónimo. Se ha señalado con humor que el perdedor acrónimo de “oscilación de luz por emisión estimulada de radiación”, habría sido más correcto. [ 5 ] Con el uso generalizado de la sigla original como un sustantivo común, real amplificadores ópticos han llegado a ser a que se refiere como “amplificadores láser”, a pesar de la aparente redundancia en esa designación.

El nuevo formado verbo a lase se utiliza con frecuencia en el campo, que significa “para producir luz láser”, [ 6 ] sobre todo en referencia al medio del aumento de un láser, cuando el láser está en funcionamiento que se dice que es “láser.” Además el uso de las palabras de láser y máser en un sentido amplio, no se refiere a la tecnología láser o dispositivos, se puede ver en usos tales como máser astrofísico y láser de átomos .

Diseño

componentes principales: 1. Ganancia media 2. Láser de bombeo de la energía 3. Reflector 4. acoplador de salida 5. Por rayo láser

El láser consiste en un medio de ganancia dentro de un altamente reflectante cavidad óptica , así como un medio para el suministro de energía al medio de ganancia. El medio del aumento es un material con propiedades que le permiten amplificar la luz por emisión estimulada. En su forma más simple, una cavidad se compone de dos espejos dispuestos de tal forma que la luz rebota de ida y vuelta, cada vez que pasa por el medio del aumento. Por lo general uno de los dos espejos, el acoplador de la salida , es parcialmente transparente. El rayo láser de salida se emite a través de este espejo.

La luz de una longitud de onda específica que pasa por el medio del aumento es amplificada (aumentos en el poder), los espejos que rodean asegurar que la mayoría de la luz hace muchos pases a través del medio del aumento, que se amplifica en varias ocasiones. Parte de la luz que hay entre los espejos (es decir, dentro de la cavidad) pasa a través del espejo parcialmente transparente y se escapa como un rayo de luz .

El proceso de suministro de la energía necesaria para la amplificación se llama bombeo . La energía se suministra normalmente como una corriente eléctrica o luminosa en una longitud de onda diferente. la luz puede ser otorgada por una lámpara de destello o tal vez otro láser. La mayoría de los láseres práctica contiene elementos adicionales que afectan a propiedades tales como la longitud de onda de la luz emitida y la forma de la viga.

Láser física

Un láser de helio-neón de demostración en el Laboratorio Kastler-Brossel en Universidad. París 6 . El resplandor rosado-naranja que atraviesa el centro del tubo es de la descarga eléctrica que de manera inadvertida produce luz incoherente, como en un tubo de neón. Que el plasma resplandeciente Sin embargo, también actúa como el medio de ganancia a través del cual pasa el haz interno, ya que se refleja entre los dos espejos. salida de la radiación láser en el espejo frontal se puede ver para producir un pequeño (alrededor de 1 mm de diámetro) punto intensa en la pantalla a la derecha. Aunque se trata de un puro color rojo y profundo, puntos de luz láser son tan intensas que las cámaras suelen ser sobreexpuesta y distorsionar su color, a menudo aparecen más blancas.

Espectro de un láser de neón de helio se puede apreciar su pureza espectral muy alta (limitado por el aparato de medición). El ancho de banda de 0.002 nm del medio lasing es de más de 10.000 veces más estrecho que la anchura espectral de un diodo emisor de luz (cuyo espectro se muestra aquí para la comparación), con el ancho de banda de un solo modo longitudinal es mucho más estrecha aún. Ver también: la ciencia del laser El medio del aumento de un láser es un material de pureza controlado, el tamaño, la concentración y la forma, que amplifica el haz por el proceso de emisión estimulada. Puede ser de cualquier estado : gases , líquidos , sólidos o de plasma . El medio del aumento absorbe energía de la bomba, lo que plantea en algunos electrones de alta energía (“ emocionado “) estados cuánticos . Las partículas pueden interactuar con la luz absorbiendo o emitiendo fotones. De emisión puede ser espontáneo o estimulado. En este último caso, el fotón se emite en la misma dirección que la luz que está pasando. Cuando el número de partículas en un estado de excitación mayor que el número de partículas en un estado de menor energía, inversión de población se alcanza y el monto de la emisión estimulada por la luz que pasa a través de es mayor que la cantidad de absorción. Por lo tanto, la luz es amplificada. Por sí mismo, esto hace que un amplificador óptico . Cuando un amplificador óptico se coloca dentro de una cavidad resonante óptica, se obtiene un láser.

La luz generada por la emisión estimulada es muy similar a la señal de entrada en términos de longitud de onda, fase y polarización. Esto le da a la luz del láser de su coherencia típico, y le permite mantener la polarización uniforme y con frecuencia monocromaticidad establecido por el diseño de la cavidad óptica.

La óptica del resonador se refiere a veces como una “cavidad óptica”, pero esto es un nombre equivocado: los láseres de uso de resonadores abierta frente a la cavidad literal que se emplearían en frecuencias de microondas en un máser . El resonador consiste típicamente en dos espejos entre los cuales un haz coherente de la luz viaja en ambas direcciones, lo que refleja sobre sí mismo para que un fotón promedio pasará por el medio del aumento en varias ocasiones antes de que sea emitido por la abertura de salida o se pierde a la difracción o la absorción. Si la ganancia (amplificación) en el medio es mayor que las pérdidas del resonador, entonces el poder de la luz de recirculación puede aumentar de forma exponencial . Pero cada caso la emisión estimulada devuelve un átomo de su estado excitado al estado fundamental, la reducción de la ganancia del medio. Con el aumento de potencia del haz de la ganancia neta (ganancia de la pérdida de tiempo) se reduce a la unidad y el medio de ganancia se dice que está saturado. En una onda continua (CW) del láser, el equilibrio de poder en contra de la bomba y la saturación de la cavidad pérdidas de ganancia produce un valor de equilibrio de la potencia del láser dentro de la cavidad, lo que determina el equilibrio del punto de funcionamiento del láser. Si la potencia de la bomba aplicado es demasiado pequeño, la ganancia no será suficiente para superar las pérdidas del resonador, y la luz láser no se producirá. La potencia de la bomba mínimo necesario para comenzar la acción del laser se llama el umbral de acción láser . El medio de ganancia amplificar cualquier fotones que pasan a través de ella, independientemente de la dirección, pero sólo los fotones en un modo espacial apoyada por el resonador pasará más de una vez a través del medio y recibir ampliación sustancial.

La viga en la cavidad y la viga de la salida del láser, cuando se viaja en el espacio libre (o un medio homogéneo) en lugar de guías de onda (como en una fibra óptica láser), se puede aproximar como un haz de Gauss en la mayoría de los láseres, como vigas de exhibición la divergencia mínima de un diámetro determinado. Sin embargo, algunos láseres de alta potencia puede ser multimodo, con los modos transversales frecuencia aproximada usando Hermite - Gauss o Laguerre -gaussianos funciones. Se ha demostrado que el láser de resonadores inestables (no se utiliza en la mayoría de los láseres) producen fractal en forma de vigas. [ 7 ] Cerca de la viga “cintura” (o región focal ) es altamente colimado : los frentes de onda son planos, perpendicular a la dirección de propagación , sin divergencia del haz en ese punto. Sin embargo, debido a la difracción , que sólo puede seguir siendo fiel así dentro de la gama de Rayleigh . El haz de un solo modo transversal (haz gaussiano) con láser con el tiempo diverge en un ángulo que varía inversamente con el diámetro del haz, como lo requiere la difracción de la teoría. Así, el “haz de lápiz” generados directamente por una común -neón láser de helio se extendería a un tamaño de unos 500 kilómetros cuando brilló en la Luna (de la distancia de la tierra). Por otro lado la luz de un láser semiconductor normalmente sale del cristal pequeño con un gran divergencia: hasta 50 °. Sin embargo, incluso como un haz divergente puede ser transformado en un haz colimado de manera similar a través de una lente de sistema, ya que siempre se incluye, por ejemplo, en un puntero láser cuya luz proviene de un diodo láser . Esto es posible gracias a la luz que es de un modo espacial única. Esta propiedad única de la luz láser, la coherencia espacial , no se pueden replicar usando el estándar de fuentes de luz (excepto por descartar la mayor parte de la luz) como se puede apreciar al comparar el haz de una linterna (antorcha) o centro de atención a la de casi cualquier láser.

El mecanismo de producción de la radiación en un láser se basa en la emisión estimulada , donde la energía se extrae de una transición en un átomo o molécula. Se trata de un fenómeno cuántico descubierto por Einstein , que deriva de la relación entre el coeficiente de una emisión espontánea y describir el coeficiente B que se aplica a la absorción y emisión estimulada. Sin embargo, en el caso del láser de electrones libres , los niveles de energía atómica no están involucrados, sino que parece que la operación de este dispositivo en lugar exótico puede ser explicada sin hacer referencia a la mecánica cuántica .

Continuo y pulsado modos de operación

El láser puede ser clasificado como de funcionamiento, ya sea en modo pulsado o continuo, dependiendo de si la potencia es esencialmente constante en el tiempo o si su producción toma la forma de pulsos de luz en una u otra escala de tiempo. Por supuesto, incluso un láser cuya salida es continua normalmente puede ser intencionalmente enciende y se apaga a una tasa con el fin de crear pulsos de luz. Cuando la tasa de modulación es en escalas de tiempo mucho más lento que el tiempo de vida cavidad y el período de tiempo durante el cual la energía puede ser almacenada en el medio lasing o mecanismo de bombeo, entonces todavía está clasificado como un “o” pulsos “láser de onda continua modulada”. La mayoría de los diodos láser que se utiliza en sistemas de comunicación entran en esa categoría.

operación de onda continua

Algunas aplicaciones de los láseres dependen de un rayo cuya potencia de salida es constante en el tiempo. Este láser se conoce como onda continua ( CW ). Muchos tipos de láser se puede hacer para operar en modo de onda continua para satisfacer dicha demanda. Muchos de estos láseres en realidad Laser en varios modos longitudinales al mismo tiempo, y tiempos entre la óptica de frecuencias ligeramente diferentes de las oscilaciones de hecho producen variaciones de amplitud en escalas de tiempo más corto que el tiempo de ida y vuelta (el inverso de la frecuencia de espaciamiento entre los modos), por lo general unos pocos nanosegundos o menos. En la mayoría de los casos, estos láseres son todavía llama “onda continua” como su potencia de salida es constante cuando se promedian sobre cualquier períodos de tiempo más largo, con la frecuencia de las variaciones de energía muy alta que tenga o no poco impacto en el uso previsto. (Sin embargo, el término no se aplica a modo de bloqueo láser, donde la intención es crear pulsos muy cortos a la tasa del tiempo de ida y vuelta).

Para la operación de onda continua que se requiere para la inversión de la población de la ganancia de medio que se repone continuamente por una fuente constante de la bomba. En algunos medios de comunicación lasing esto es imposible. En algunos otros láseres que requeriría de bombeo del láser a un nivel de muy alta potencia continua que sería poco práctico o destruir el láser, produciendo un calor excesivo. Estos láseres no se puede ejecutar en modo CW.

Pulsada la operación

la puesta a punto del láser se refiere a cualquier láser no clasificados como onda continua, de modo que la potencia óptica aparece en pulsos de cierta duración en algún tipo de repetición. Esto abarca una amplia gama de tecnologías que aborden una serie de motivaciones diferentes. Algunos láseres pulsados ​​simplemente porque no se puede ejecutar en continua modo.

En otros casos, la aplicación requiere la producción de los pulsos que tienen una energía tan grande como sea posible. Puesto que la energía del pulso es igual a la potencia media, dividido por la tasa de repetición, este objetivo a veces puede ser satisfecha mediante la reducción de la tasa de pulsos para que más energía se puede construir en medio de pulsos. En la ablación con láser , por ejemplo, un pequeño volumen de material en la superficie de una pieza de trabajo se puede evaporar si se calienta en un breve periodo de tiempo muy, mientras que el suministro de la energía gradualmente permitir que el calor se absorbe en la mayor parte de la pieza , nunca alcanzar una temperatura suficientemente alta en un punto determinado.

Otras aplicaciones se basan en la potencia pico del pulso (en lugar de la energía en el pulso), sobre todo con el fin de obtener la óptica no lineal de efectos. Para un pulso de energía dada, esto requiere la creación de pulsos de el menor tiempo posible la utilización de técnicas como la Q de conmutación .

El ancho de banda óptica de un pulso no puede ser menor que el recíproco de la anchura del pulso. En el caso de pulsos muy cortos, lo que implica lasing sobre un ancho de banda considerable, todo lo contrario a los estrechos anchos de banda muy típica de los láseres de CW. El medio lasing en algunos láseres de colorante y los láseres de estado sólido vibrónicas produce ganancia óptica en un amplio ancho de banda, haciendo un láser posible que de esta manera puede generar pulsos de luz tan corto como unos pocos femtosegundos (10 −15 s).

Q-switching

Artículo principal: Q-switching En un láser Q-switched, la inversión de población se le permite construir mediante la introducción de la pérdida en el interior del resonador que excede la ganancia del medio, lo que también puede ser descrito como una reducción del factor de calidad o la ‘Q’ de la cavidad. Entonces, después de la energía de la bomba almacenada en el medio de láser se ha acercado al máximo nivel posible, el mecanismo de la pérdida introducido (a menudo un elemento electro-óptico o acústico-) se elimina rápidamente (o que se produce por sí mismo en un dispositivo pasivo), lo que permite lasing para empezar que rápidamente se obtiene la energía almacenada en el medio del aumento. Esto da lugar a un pulso corto que la incorporación de la energía, y por lo tanto una alta energía máxima.

Modo de bloqueo

Artículo principal: modelocking Un modo-bloqueado láser es capaz de emitir pulsos muy cortos del orden de decenas de picosegundos a menos de 10 femtosegundos . Estos pulsos se repetirá en el momento de ida y vuelta, es decir, el tiempo que tarda la luz en completar un vuelo de ida y vuelta entre los espejos que comprende el resonador. Debido al límite de Fourier (también conocido como la energía a tiempo la incertidumbre ), un pulso de tal longitud temporal de corto tiene un espectro lo largo de un ancho de banda considerable. Así como un medio de ganancia debe tener un ancho de banda de ganancia suficientemente amplio como para amplificar las frecuencias. Un ejemplo de un material adecuado, es de titanio , dopado, crecido artificialmente Zafiro ( Ti: zafiro ), que tiene una ganancia de ancho de banda muy ancha y por lo tanto pueden producir pulsos de una duración de sólo unos pocos femtosegundos.

Tal modo de láser bloqueado son una herramienta más versátil para la investigación de los procesos que ocurren en escalas de tiempo muy corto (conocido como la física de femtosegundo, la química del femtosegundo y ciencia ultrarrápida ), para maximizar el efecto de la no linealidad de los materiales ópticos (por ejemplo, en armónicos de segunda generación , paramétrica abajo-conversión , osciladores ópticos paramétricos , etc) debido a la potencia de pico grande, y en las aplicaciones de la ablación. [ cita requerida ] Una vez más, debido a la corta duración del pulso extremadamente, como un láser de pulsos que se producen alcanzar un pico de potencia extremadamente alta .

Pulsada de bombeo

Otro método de lograr la operación de láser pulsado es bombear el material láser con una fuente que se está pulsada, ya sea a través de electrónica de carga en el caso de lámparas de destello, o de otro láser que ya está pulsada. Pulsada de bombeo se utilizó históricamente con láseres de colorante en la vida de la población invertida de una molécula de tinte fue tan corto que una alta energía, bomba de velocidad que se necesitaba. La manera de superar este problema fue para cargar grandes condensadores que luego se cambió a la descarga a través flashlamps, produciendo un destello intenso. Pulsada de bombeo también se requiere para nivel láser de tres en los que el nivel de energía más baja se convierte rápidamente en la prevención más densamente pobladas lasing hasta que los átomos de relajarse con el estado fundamental. Estos láseres, como el láser excimer y el láser de vapor de cobre, no se puede funcionar en modo CW.

Historia

Fundaciones

En 1917, Albert Einstein estableció los fundamentos teóricos para el láser y el máser en el documento Quantentheorie strahlung der Agregar (en la Teoría Cuántica de la Radiación), a través de una nueva derivación de Max Planck de Derecho s ‘de la radiación, conceptual basado en los coeficientes de probabilidad ( coeficientes de Einstein ) para la absorción, emisión espontánea y emisión estimulada de radiación electromagnética, en 1928, Rudolf W. Ladenburg confirmó la existencia de los fenómenos de absorción y emisión estimulada negativos; [ 8 ] en 1939, Valentín A. Fabrikant predijo la uso de la emisión estimulada para amplificar “corto” olas; [ 9 ] en 1947, Willis E. Lamb y RC Retherford se encuentran la emisión estimulada de manifiesto en los espectros de hidrógeno y efectúa la primera demostración de emisión estimulada, [ 8 ] en 1950, Alfred Kastler (Nobel Premio de Física 1966) propuso el método de bombeo óptico , confirmado experimentalmente, dos años más tarde, por Brossel, Kastler, y el invierno. [ 10 ]

Maser

Artículo principal: Maser En 1953, Charles Hard Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger produjo el amplificador de microondas en primer lugar, un dispositivo que funciona en principios similares al láser, pero que amplifica microondas en lugar de la radiación visible o radiación infrarroja. de máser de Townes era incapaz de salida continua. [ cita requerida ] Mientras tanto, en la Unión Soviética , Nikolai Basov y Aleksandr Prokhorov se trabaja de forma independiente en la cuántica del oscilador y resolvió el problema de la salida continua de los sistemas mediante el uso de más de dos niveles de energía. Estos medios podrían obtener la liberación de emisiones estimuladas entre un estado de excitación y un estado excitado más bajo, no el estado fundamental, facilitar el mantenimiento de una inversión de población . En 1955, Basov y Prokhorov sugirió bombeo óptico de un sistema multi-nivel como un método para la obtención de la inversión de la población, más tarde, un método principal de láser de bombeo.

Townes informes de que varios físicos eminentes - entre ellos, Niels Bohr , John von Neumann , Isidor Rabi , Kusch Polykarp y Llewellyn Thomas - argumentó el MASER violado Heisenberg principio de incertidumbre por lo tanto, no podía trabajar. y [2] En 1964, Charles H. Townes, Nikolay Basov y Aleksandr Prokhorov compartieron el Premio Nobel de Física , “por un trabajo fundamental en el campo de la electrónica cuántica, que ha llevado a la construcción de osciladores y amplificadores basados ​​en el principio máser-láser”.

Láser

En 1957, Charles Hard Townes y Arthur Leonard Schawlow , entonces en los Laboratorios Bell , comenzó un estudio serio del láser infrarrojo. Como las ideas desarrolladas, abandonaron infrarrojos de radiación en lugar de concentrarse en la luz visible . El concepto fue originalmente llamado “máser óptico”. En 1958, los Laboratorios Bell presentó una patente de aplicación para su máser óptico propuesto, y Schawlow y Townes presentó un manuscrito de sus cálculos teóricos de la Physical Review , publicado ese año en el Volumen 112, Número N º 6.

Notebook Laser: Primera página de la libreta en donde Gordon Gould acuñó el acrónimo LASER, y describió el tecnológico elementos para construir el dispositivo. Al mismo tiempo, en la Universidad de Columbia , el estudiante graduado Gordon Gould estaba trabajando en una tesis doctoral sobre los niveles de energía excitados de talio . Cuando Gould y Townes se reunieron, hablaron de la radiación de emisión , como un tema general, después, en noviembre de 1957, Gould señaló sus ideas para un “láser”, incluyendo el uso de un proceso abierto resonador (más tarde, un dispositivo láser componente esencial). Por otra parte, en 1958, Prokhorov propusieron de manera independiente utilizando un resonador abierto, la primera aparición publica (la URSS) de esta idea. En otros lugares, en los EE.UU., Schawlow y Townes había acordado un resonador láser de diseño abierto - aparentemente sin darse cuenta de las publicaciones de Prokhorov y láser obra inédita de Gould.

En una conferencia en 1959, Gordon Gould publicó el término láser en el periódico El láser, Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación . [ 1 ] [ 5 ] lingüística intención de Gould estaba usando la opción “-aser” partícula palabra como un sufijo - con precisión denota el espectro de la luz emitida por el dispositivo de láser, por lo que los rayos X: Xaser , ultravioleta: uvaser , etcétera, pero ninguno se estableció como un término discreto, aunque “Raser” fue brevemente popular para denotar la radiofrecuencia que emiten los dispositivos.

Las notas de Gould incluidos posibles aplicaciones de un láser, tales como la espectrometría , la interferometría , radar , y la fusión nuclear . Continuó el desarrollo de la idea, y presentó una solicitud de patente en abril de 1959. La Oficina de Patentes de EE.UU. negó su solicitud, y otorgó una patente a los laboratorios Bell , en 1960. Eso provocó un veintiocho años de demanda , con prestigio científico y el dinero que está en juego. Gould obtuvo su patente de menor importancia por primera vez en 1977, sin embargo, no fue hasta 1987 que obtuvo la primera patente victoria demanda significativa, cuando un juez federal ordenó a los EE.UU. Oficina de Patentes a conceder patentes a Gould para el bombeo óptico y la descarga de gas dispositivos láser.

El 16 de mayo de 1960, Theodore H. Maiman operó el funcionamiento del láser en primer lugar, [ 11 ] [ 12 ] en Hughes Research Laboratories , Malibu, California, por delante de varios equipos de investigación, incluidas las de Townes , en la Universidad de Columbia , Arthur Schawlow , en los Laboratorios Bell , [ 13 ] y Gould, en la TRG (Grupo de Investigación Técnica) de la empresa. funcionales láser Maiman utilizó un estado sólido flashlamp -bombeado sintéticos de rubí de cristal para producir luz láser roja, a 694 nanómetros de longitud de onda, sin embargo, el dispositivo sólo es capaz de puesta a punto, debido a sus tres niveles de bombeo esquema de diseño. Más tarde, en 1960, la iraní físico Ali Javan , y William R. Bennett , y Herriott Donald , construyó el primer láser de gas , utilizando helio y neón, que era capaz de funcionamiento continuo en el infrarrojo (Patente de EE.UU. 3.149.290), más tarde, recibió el de Java Premio Albert Einstein en 1993. Basov y Javan propuso el semiconductor láser de diodo concepto. En 1962, Robert N. Hall demostró el primer láser de diodo dispositivo, hecho de arseniuro de galio y se emite a 850 nm, la casi infrarroja del espectro de banda. Más tarde, en 1962, Nick Holonyak, Jr. demostró que el láser de semiconductor primero con una emisión visible. Este láser de semiconductor principio sólo podría ser utilizado en la puesta a punto de cruce, y cuando se enfría a nitrógeno líquido, la temperatura (77 ˚ K). En 1970, Zhores Alferov , en la URSS, y Hayashi Izuo y Morton Panish de Bell Telephone Laboratories también desarrollada de forma independiente-la temperatura ambiente, el funcionamiento del diodo láser-continua, con el heterounión estructura.

Las innovaciones recientes

Gráfico que muestra la historia de la máxima intensidad del pulso láser en los últimos 40 años. Desde los primeros tiempos de la historia de láser, láser de la investigación ha producido una variedad de tipos de láser mejorada y especializada, optimizado para los objetivos de rendimiento, incluyendo:

nuevas bandas de longitud de onda máxima potencia de salida media pico máximo de energía de pulso pico máximo de potencia del pulso potencia mínima duración del pulso eficiencia de potencia máxima costo mínimo y esta investigación prosigue en la actualidad.

Lasing sin mantener el medio inducido a una inversión de población se descubrió en 1992 en sodio de gas y otra vez en 1995 en el rubidio de gas por varios equipos internacionales. [ cita requerida ] Esto se logró mediante el uso de un máser externos para inducir la “transparencia óptica” en el medio mediante la introducción y destructiva interferir las transiciones de electrones entre dos caminos de tierra, de modo que la probabilidad de los electrones del suelo para absorber la energía ha sido cancelado.

Tipos y principios de funcionamiento

Para obtener una lista completa de tipos de láser más ver esta lista de tipos de láser .

Longitudes de onda del láser disponibles en el mercado. tipos de láser con láser de distintas líneas se muestran por encima de la barra de longitud de onda, mientras que los láseres continuación se encuentran las que pueden emitir en un rango de longitud de onda. El color codifica el tipo de materiales con láser (véase la descripción de la figura para obtener más detalles). Láseres de gas

Artículo principal: láser de gas Tras la invención del láser de gas He Ne?, muchos emisiones de gases se han encontrado otros para amplificar la luz coherente. láseres de gas utilizando diversos gases se han construido y utilizado para muchos fines. El láser de helio-neón (He Ne) es capaz de operar a una serie de longitudes de onda diferentes, sin embargo la gran mayoría están diseñados para lase de 633 nm, los cuales bajo coste relativamente láser altamente coherente, pero son muy comunes en la investigación óptica y laboratorios educativos. Comercial de dióxido de carbono (CO 2 ) láser puede emitir muchos cientos de vatios en modo de un espacio único que se puede concentrar en un punto diminuto. Esta emisión es en el infrarrojo térmico a 10.6 micras; láseres son utilizados regularmente en la industria para corte y soldadura. La eficiencia de un CO 2 láser es inusualmente alto: 10%. en argón-ion láser puede funcionar a una serie de transiciones lasing entre 351 y 528,7 nm. Dependiendo del diseño óptico de uno o más de estas transiciones pueden ser lasing al mismo tiempo, la mayoría de las líneas de uso común son 458 nm, 488 nm y 514.5 nm. El nitrógeno de la descarga eléctrica transversal del gas a presión atmosférica (TEA) con láser es un láser de gas barato, a menudo en casa construida por los aficionados, que produce la luz UV incoherente y no a 337,1 nm. [ 14 ] láser de iones de metal son láseres de gas que generan luz ultravioleta profunda longitudes de onda. Helio - plata (HEAG) 224 nm y neón - cobre (Ne Cu?) 248 nm son dos ejemplos. Al igual que toda la presión del gas láser-bajo, el aumento de los medios de comunicación de estos láseres tienen estrecha oscilación muy linewidths , menos de 3 GHz (0,5 picómetros ), [ 15 ] que facilita su posible uso en la fluorescencia suprimido la espectroscopia Raman .

Láseres químicos

Láseres químicos son impulsados ​​por una reacción química que permite una gran cantidad de energía para ser puesto en libertad rápidamente. Tal láseres de alta potencia muy especialmente de interés para el, sin embargo los láseres de onda continua químicos militar en niveles de potencia muy alta, alimentada por corrientes de gases, se han desarrollado y algunas aplicaciones industriales. A modo de ejemplo, en el láser de fluoruro de hidrógeno (2700–2900 nm) y el láser de fluoruro de deuterio (3800 nm), la reacción es la combinación de hidrógeno o deuterio con productos de la combustión de gas de etileno en el trifluoruro de nitrógeno .

Excimer láser

Excimer láser es un tipo especial de láser de gas alimentado por una descarga eléctrica en la que el medio lasing es un excimer , o más precisamente una excímeros en los diseños existentes. Estas son moléculas que sólo puede existir con un átomo en un estado electrónico excitado . Una vez que la molécula transfiere su energía de excitación de un fotón, por lo tanto, sus átomos ya no están ligados entre sí y se desintegra la molécula. Esto reduce drásticamente la población del estado de menor energía lo que facilita en gran medida una inversión de población. Excímeros se utilizan actualmente son todos los compuestos de gases nobles , gases nobles son químicamente inertes y sólo pueden formar compuestos, mientras que en un estado excitado. láser Excimer habitualmente funcionan a luz ultravioleta con longitudes de onda applicatons más importantes, incluyendo semiconductores fotolitografía y LASIK cirugía del ojo. De uso general incluyen moléculas excimer ArF (emisión a 193 nm), Kr Cl? (222 nm), KrF (248 nm), Xe Cl? (308 nm), y XeF (351 nm). [ 16 ] El moleculares flúor láser, que emite a 157 nm en el ultravioleta de vacío se refiere a veces como un láser excimer, sin embargo, esto parece ser un nombre inapropiado ya que F 2 es un compuesto estable.

Láseres de estado sólido

Un doble frecuencia verde puntero láser , que muestra la construcción interna. Dos AAA células y de electrónica de potencia del módulo láser (diagrama inferior) Contiene un potente IR 808 nm láser de diodo que ópticamente bombea un Nd: YVO 4 de cristal dentro de una cavidad láser. Que el láser produce 1.064 nm (infrarrojo) de luz que se limita principalmente en el interior del resonador. También dentro de la cavidad láser, sin embargo, es un cristal de KTP lineal-no lo que hace que duplicar la frecuencia, lo que resulta a la luz verde a 532 nm. El espejo es transparente para esta longitud de onda visible, que se expande y colimada con dos lentes (en este diseño en particular). Láseres de estado sólido o utilizar una varilla de vidrio cristalino que es “dopados” con los iones que proporcionan los estados de energía requerida. Por ejemplo, el primer láser de trabajo era un láser de rubí , a partir de rubí ( cromo dopado con corindón ). La inversión de la población es en realidad mantiene en el “dopante”, tales como el cromo o de neodimio . Estos materiales son bombeados ópticamente con una longitud de onda más corta que la longitud de onda lasing, a menudo de un tubo de flash o de otro láser.

Cabe señalar que “de estado sólido” en este sentido se refiere a un cristal o de vidrio, pero este uso es distinta de la denominación de “estado sólido de la electrónica”, en referencia a los semiconductores. láseres de semiconductores (diodos láser) se bombea eléctricamente y por lo tanto no se refiere a como los láseres de estado sólido. La clase de los láseres de estado sólido, sin embargo, adecuadamente incluyen láseres de fibra en la que dopantes en la lase de cristal bajo el bombeo óptico. Pero en la práctica, se refiere simplemente como “ láseres de fibra “por” de estado sólido “reservado para los láseres con una varilla sólida de dicho material.

Láser puntos (650, 532, 405 nm) Neodimio es un común “dopante” en diversos cristales láser de estado sólido, incluyendo ortovanadato itrio ( Nd: YVO 4 ), litio fluoruro de itrio ( Nd: YLF ) y granate de itrio-aluminio ( Nd: YAG ). Todos estos láseres pueden producir una gran potencia en el infrarrojo del espectro en 1064 nm. Se utilizan para el corte, soldadura y marcado de los metales y otros materiales, y también en la espectroscopia y para el bombeo de láseres de colorante .

Estos láseres son también de doble frecuencia , triplicado o cuadruplicado , en los llamados “ bombeado por diodos de estado sólido “o láser DPSS. De tercera, o cuarta generación armónica, en segundo lugar estos producen 532 nm ( verde , visible), 355 nm y 266 nm (ultravioleta | UV]]) vigas. Esta es la tecnología detrás de la brillante punteros láser sobre todo en verde (532 nm) y otras longitudes de onda visibles a corto.

Iterbio , holmio , tulio , y erbio son otros comunes “dopantes” en láseres de estado sólido. Iterbio se utiliza en los cristales, tales como Yb: YAG, Yb: KGW, Yb: KYW, Yb: SYS, Yb: NIÑOS, Yb: Ca F 2?, por lo general funcionan alrededor de 1020–1050 nm. Son potencialmente muy eficiente y de alta potencia debido a un defecto cuántica pequeños. Extremadamente altos poderes en pulsos ultracortos se puede lograr con Yb:. YAG Holmium YAG cristales dopados emiten a 2097 nm y una forma de funcionamiento del láser eficiente en infrarrojo longitudes de onda absorbidas por los tejidos del cojinete de agua. El Ho-YAG es por lo general funciona en un modo pulsado, y se pasa a través de fibra óptica de dispositivos quirúrgicos para el recubrimiento y las articulaciones, eliminar la pudrición de los dientes, vaporizar el cáncer, y pulverizar los cálculos renales y biliares.

Titanio dopados con zafiro ( Ti: zafiro ) produce un muy armonioso infrarrojos láser, utilizado para la espectroscopia . También es notable para su uso como un modo de láser bloqueado producir pulsos ultracortos de pico de potencia extremadamente alta.

limitaciones térmicas en el estado láseres sólidos surgen de potencia de la bomba no convertidos que se manifiesta en forma de calor. Este calor, cuando se combina con un alto coeficiente de termo-óptica (d n / d T ) puede dar lugar a efecto de lente térmica, así como la eficiencia cuántica reducida. Estos tipos de problemas pueden ser superados por otra novela de bombeo de diodos láser de estado sólido, el diodo-bombeado delgada disco láser . Las limitaciones térmicas en este tipo de láser se atenúan mediante el uso de un medio de láser de la geometría en la que el espesor es mucho menor que el diámetro de la viga de la bomba. Esto permite una incluso mayor gradiente térmico en el material. Thin láser de disco se ha demostrado para producir a niveles de kilovatios de energía. [ 17 ]

Láseres de fibra

Artículo principal: láser de fibra Láseres de estado sólido o amplificadores de láseres de donde la luz es guiada por la reflexión interna total en un solo modo de fibra óptica en cambio se llama láseres de fibra . Rectores de la luz permite obtener largas regiones muy proporcionar buenas condiciones de refrigeración, las fibras de tener una superficie elevada relación de volumen que permite una refrigeración eficiente. Además, la guía de ondas propiedades de la fibra tienden a reducir la distorsión térmica de la viga. Erbio y iterbio iones son comunes las especies activo en láseres de tales.

Muy a menudo, el laser de la fibra está diseñado como un vestido de fibra doble . Este tipo de fibra se compone de un núcleo de la fibra, un revestimiento interior y un revestimiento exterior. El índice de las tres capas concéntricas se seleccionará de forma que el núcleo de la fibra actúa como una fibra de modo único para la emisión láser, mientras que los actos de revestimiento exterior como varios modos de funcionamiento muy básico para el laser de la bomba. Esto permite que la bomba de propagar una gran cantidad de energía en ya través de la región núcleo interno activo, mientras que todavía tiene una apertura numérica de alto (NA) tener fácil acceso a las condiciones de lanzamiento.

la luz de la bomba se puede utilizar de manera más eficiente mediante la creación de un disco láser de fibra , o una pila de láseres tales.

Los láseres de fibra tienen un límite fundamental en que la intensidad de la luz en la fibra no puede ser tan alto que no linealidades óptica inducida por la intensidad de campo eléctrico local puede llegar a ser dominante e impedir la operación con láser y / o llevar a la destrucción material de la fibra. Este efecto se llama photodarkening . En los materiales con láser a granel, la refrigeración no es tan eficiente, y es difícil separar los efectos de photodarkening de los efectos térmicos, pero los experimentos en las fibras muestran que la photodarkening se puede atribuir a la formación de larga vida centros de color . [ cita requerida ]

Láseres de cristal fotónico

láseres de cristal fotónico son láseres basados ​​en nano-estructuras que proporcionan el modo de confinamiento y la densidad óptica de los estados (DOS) la estructura necesaria para la reacción tenga lugar. Son típicos micras de tamaño y armonioso en las bandas de los cristales fotónicos. [ 18 ] Láseres de semiconductor

Un 5,6 mm ‘cerrado puede’ diodo láser comercial, probablemente a partir de un CD o reproductor de DVD láseres semiconductores son diodos que están eléctricamente bombeado. Recombinación de los electrones y los huecos creados por la corriente aplicada introduce ganancia óptica. La reflexión de los extremos de la forma cristalina un resonador óptico, aunque el resonador puede ser externo a la de semiconductores en algunos diseños.

Comercial diodos láser emiten en longitudes de onda de 375 nm a 1800 nm y longitudes de onda de más de 3 micras se han demostrado. Bajo a medio de láser diodos de potencia se utilizan en las impresoras láser y CD / DVD. diodos de láser también se utiliza con frecuencia para ópticamente bomba de otros láseres de alta eficiencia. La mayor potencia del láser diodos industriales, con una potencia hasta 10 kW (70dBm) [ cita requerida ] , se utilizan en la industria para corte y soldadura. -Cavidad láser semiconductor externos tienen un activo medio de semiconductores en una cavidad más grande. Estos dispositivos pueden generar energía con productos de alta calidad de la luz buena, estrecha de longitudes de onda sintonizable, anchura de línea de radiación, o pulsos de láser ultracortos.

Los rayos láser (rojo, verde, violeta) cavidad de la superficie que emite rayos láser-vertical ( VCSEL ) son los láseres de semiconductor cuya emisión es la dirección perpendicular a la superficie de la oblea. VCSEL dispositivos suelen tener una salida de viga circular más de diodos láser convencionales, y podría ser mucho más barato de fabricar. A partir de 2005, sólo 850 nm VCSEL están ampliamente disponibles, con 1300 nm VCSEL comenzando a ser comercializado, [ 19 ] 1550 nm dispositivos y un área de investigación. VECSELs son cavidades VCSEL externa. láseres de cascada cuántica son los láseres de semiconductores que tienen una activa transición entre la energía sub-bandas de un electrón en una estructura que contiene varios pozos cuánticos .

El desarrollo de un silicio láser es importante en el campo de la computación óptica . El silicio es el material de elección para los circuitos integrados y electrónica tal y fotónicos de silicio componentes (tales como interconexiones ópticas ) podría ser fabricado en el mismo chip. Lamentablemente, el silicio es un material lasing difícil de tratar, ya que tiene ciertas propiedades que bloquean los rayos láser. Sin embargo, recientemente se han producido los equipos láser de silicio a través de métodos tales como la fabricación del material lasing de silicio y otros materiales semiconductores, como el indio (III) fosfuro o galio (III) de arseniuro , materiales que permiten que la luz coherente que debe ser producido a partir de silicio. Estos se llaman láser de silicio híbrido . Otro tipo es un láser Raman , que se aprovecha de la dispersión Raman para producir un rayo láser a partir de materiales como el silicio.

Láseres de colorante

láseres de colorante utilizar un tinte orgánico como medio de ganancia. El espectro de ganancia gama de colorantes disponibles, o mezclas de colorantes, permite que estos láseres ser muy armonioso, o para producir pulsos de corta duración muy ( del orden de unos pocos femtosegundos ). Aunque estos láseres sintonizables son principalmente conocidos en su forma líquida, los investigadores también han demostrado linewidth armonioso emisiones estrecha en las configuraciones del oscilador dispersión incorporación de estado sólido aumento de los medios de comunicación del tinte. [ 20 ] En su forma más prevalente estos colorantes láser estado sólido uso del tinte-dopado polímeros como los medios de comunicación láser.

Láseres de electrones libres

Láseres de electrones libres , o FELS, generar, de alta potencia de radiación coherente, que es ampliamente sintonizables, que actualmente varían en longitud de onda de las microondas, a través de la radiación de terahercios e infrarrojo, para el espectro visible, para rayos X blandos. Ellos tienen el rango de frecuencias más amplio de cualquier tipo de láser. Mientras FEL vigas compartir la óptica mismos rasgos como de otros láseres, tales como la radiación coherente, operación FEL es muy diferente. A diferencia del gas, líquido o en estado sólido láser, que se basan en los estados consolidados o molecular, atómica, Fels utilizar un haz de electrones relativistas como el medio lasing, de ahí el término electrón libre .

Exótico los medios de comunicación láser

En septiembre de 2007, la BBC News informó de que se especuló sobre la posibilidad de utilizar positronio aniquilación para conducir un programa muy potente de rayos gamma láser. [ 21 ] El Dr. David Cassidy, de la Universidad de California, Riverside, propuso que un láser como solo podría ser utilizado para desencadenar una fusión nuclear la reacción, en sustitución de los bancos de cientos de láseres empleados actualmente en fusión por confinamiento inercial experimentos. [ 21 ]

Basado en el espacio de rayos X láser bombeado por una explosión nuclear también se han propuesto como armas antimisiles. [ 22 ] [ 23 ] Tales dispositivos se paso a paso las armas.

Usos

Los láseres varían en tamaño desde microscópicas láseres de diodo (arriba) con numerosas aplicaciones, al campo de fútbol de tamaño de neodimio de vidrio láser (abajo) usado para la fusión por confinamiento inercial , las armas nucleares de investigación y otras fuentes de energía física de los experimentos de alta densidad. Artículo principal: aplicaciones láser Cuando los láseres se inventaron en 1960, se les llamaba “una solución buscando un problema”. [ 24 ] Desde entonces, se han convertido en omnipresente, la búsqueda de utilidad en miles de variadas aplicaciones de alta en todos los sectores de la sociedad moderna, incluyendo la electrónica de consumo , la información la tecnología , la ciencia , la medicina , la industria , aplicación de la ley , de entretenimiento , y los militares .

El primer uso del láser en la vida cotidiana de la población en general era el supermercado de código de barras escáner, introducido en 1974. El laserdisc jugador, introducido en 1978, fue el éxito de productos de consumo primero en incluir un láser, pero el disco compacto jugador fue el láser equipada primer dispositivo para convertirse en comunes, comenzando en 1982, seguido poco después por las impresoras láser .

Algunos otros usos son:

Medicina : La cirugía sin sangre , la curación por láser, el tratamiento quirúrgico , cálculo renal del tratamiento, tratamiento del ojo , la odontología Industria : corte, soldadura , tratamiento térmico de materiales, el marcado de piezas, medición sin contacto de las partes Militar rectores de la marca: objetivos, municiones , misiles de defensa , las contramedidas electro-ópticos (EOCM) , alternativa a la del radar , el cegamiento tropas. aplicación de la ley : se utiliza para latente la huella digital de detección en la identificación forense de campo [ 25 ] [ 26 ] Research : Spectroscopy , laser ablation , laser annealing , laser scattering , laser interferometry , LIDAR , laser capture microdissection , fluorescence microscopy Desarrollo de productos / comerciales: impresoras láser , discos ópticos (CD por ejemplo, y similares), código de barras escáneres, termómetros , punteros láser , hologramas , bubblegrams . Laser pantallas de iluminación : la luz láser muestra Cosméticos piel tratamientos: el acné el tratamiento, la celulitis y estrías , reducción y eliminación del vello . En 2004, con exclusión de los láseres de diodo, aproximadamente 131.000 láser se vendieron con un valor de EE.UU. $ 2190000000. [ 27 ] En el mismo año, aproximadamente 733 millones de diodos láser, valuado en $ 3.20 millones de dólares, fueron vendidas. [ 28 ]

Ejemplos por el poder

Láser de aplicación en astronomía óptica adaptativa imágenes Diferentes aplicaciones necesitan láseres con potencias de salida diferentes. Los láseres que producen un haz continuo o una serie de pulsos cortos se pueden comparar sobre la base de su potencia media. Los láseres que producen pulsos también puede ser caracterizado basado en el pico de energía de cada pulso. El pico de potencia de un láser pulsado es muchos órdenes de magnitud mayor que la potencia media. La potencia media de salida es siempre menor que la potencia consumida.

Ejemplos de sistemas de impulsos con una potencia pico de alta:

700 TW (700 × 10 12 W) - Instalación Nacional de Ignición una viga de 192, 1.8 Sistema láser adyacentes MJ-10-un diámetro de objetivo de cámara. metros, [ 33 ] 1,3 MP (1.3 × 10 15 W) - de gran alcance del laser de la mayoría del mundo a partir de 1998, ubicado en el Laboratorio Lawrence Livermore [ 34 ] Hobby utiliza

En los últimos años, algunos aficionados han tomado participaciones en los láseres. Los láseres utilizados por los aficionados son generalmente de clase IIIA o IIIB, aunque algunos han hecho sus propios tipos de clase IV. [ 35 ] Sin embargo, en comparación con otros aficionados, los aficionados del láser es mucho menos común, debido a los peligros potenciales y costos involucrados. Debido al coste de los láseres, algunos aficionados a utilizar los medios económicos para obtener los láseres, como salvamento diodos láser de roto reproductores de DVD (rojo), Blu-ray jugadores (violeta), o incluso más diodos láser de potencia desde un CD o grabadoras de DVD . [ 36 ]

Los aficionados también han estado tomando los láseres pulsados ​​superávit de jubilados aplicaciones militares y su modificación a la holografía pulsada. Pulsada Ruby y los lasers pulsados ​​YAG se han utilizado.

Seguridad

Recomendación de seguridad para láser. Artículo principal: la seguridad de laser Incluso el primer láser fue reconocido como potencialmente peligroso. Theodore Maiman caracteriza el primer láser que tiene un poder de uno “Gillette”, ya que podría grabar a través de una Gillette hoja de afeitar . En la actualidad, se acepta que los láseres de baja potencia, incluso con sólo unos pocos milivatios de potencia de salida puede ser peligroso para la vista humana, cuando el haz de un láser hacia los ojos directamente o después de la reflexión de una superficie brillante. En longitudes de onda que la córnea y la lente puede enfocar bien, la divergencia y baja la coherencia de la luz láser significa que puede ser enfocado por el ojo en un lugar muy pequeño en la retina , resultando en la quema localizadas y daños permanentes en cuestión de segundos o incluso menos tiempo.

Los láseres son usualmente marcadas con un número de clase de seguridad, que identifica lo peligroso que el láser es la siguiente:

Clase I / 1 es inherentemente seguro, por lo general porque la luz se encuentra en un recinto, por ejemplo, en reproductores de CD. Clase II / 2 es seguro durante el uso normal, el reflejo del parpadeo del ojo evitará daños. Por lo general, hasta 1 mW de potencia, por ejemplo, punteros láser . Los lásers de Clase IIIa/3R suelen ser hasta 5 mW y un riesgo reducido de lesiones oculares en el momento del reflejo de parpadeo. Mirando como un rayo durante varios segundos es probable que cause daños a un punto en la retina. Clase IIIb/3B puede causar daño a los ojos de inmediato tras la exposición. láseres Clase IV / 4 se puede quemar la piel, y en algunos casos, incluso dispersa la luz puede causar irritación en ojos y / o daños en la piel. Muchos láseres industriales y científicos en esta clase. Las potencias indicadas son para la luz visible, rayos láser de onda continua. Para los láseres pulsados ​​y longitudes de onda invisibles, otros límites de potencia se aplican. Las personas que trabajan con la clase 3B y clase 4 láseres pueden proteger sus ojos con gafas de seguridad que están diseñados para absorber la luz de una longitud de onda particular.

Algunos láseres con longitudes de onda infrarroja más allá de unos 1,4 micrómetros se refieren a menudo como “seguro para la vista”. Esto se debe a la moleculares vibraciones intrínseca de agua moléculas muy absorben fuertemente la luz en esta parte del espectro, y por lo tanto un haz de láser en estas longitudes de onda se atenúa tan completamente a su paso por el ojo de la córnea que la luz no queda enfocada por la lente sobre la retina . La etiqueta “seguro para la vista” puede ser engañoso, sin embargo, ya que sólo se aplica a los relativamente bajos de onda continua de energía vigas; ninguna de alta potencia o de conmutación de Q en estas longitudes de onda del láser puede quemar la córnea, causando daños graves en los ojos.

Como armas

Los rayos láser son famosos por empleados como sistemas de armas en la ciencia ficción, pero las armas láser reales se encuentran aún en fase experimental. La idea general de las armas de haz láser es golpear un objetivo con un tren de pulsos breves de luz. La evaporación rápida y la expansión de la superficie hace que las ondas de choque [ cita requerida ] que el daño al objetivo. La potencia necesaria para proyectar una potencia de láser de haz de alta de este tipo está más allá de los límites de la tecnología móvil de energía actual favoreciendo químicamente potencia dinámica láseres de gas .

Los láseres de todos los poderes, pero el menor puede ser potencialmente utilizados como armas incapacitantes, a través de su capacidad para producir pérdida de la visión permanente o temporal en diversos grados cuando se dirige a los ojos. El grado, el carácter y duración del trastorno de la visión causada por la exposición del ojo a la luz del láser varía con la potencia del láser, la longitud de onda (s), la colimación de la viga, la orientación exacta de la viga, y la duración de la exposición. Los láseres de siquiera una fracción de un vatio de potencia puede producir y permanente pérdida de la visión inmediata en determinadas condiciones, por lo que los láseres como potencial letal, pero las armas incapacitantes no. La desventaja extrema que la ceguera inducida por láser representa hace que el uso de láseres incluso letales armas no moralmente controvertidos, y las armas concebidas para causar ceguera han sido prohibidos por el Protocolo sobre armas láser cegadoras . Fuerza Aérea de los EE.UU. está trabajando actualmente en la YAL-1 con láser en el aire , montado en un Boeing 747, para derribar misiles balísticos enemigos sobre territorio enemigo.

En el ámbito de la aviación, los riesgos de exposición a rayos láser basados ​​en tierra, deliberadamente dirigido a pilotos han crecido en la medida en que las autoridades de aviación han procedimientos especiales para hacer frente a esos peligros. [ 37 ]

El 18 de marzo 2009 Northrop Grumman afirma que sus ingenieros en Redondo Beach había construido y probado con éxito un accionamiento eléctrico de CO 2 con láser capaz de producir una viga de 100 kilovatios, lo suficientemente potente como para destruir un avión o un tanque. Según Brian Strickland, director para el Ejército de Estados Unidos ‘s Conjunto de alta potencia de estado sólido programa de láser, láser de una potencia eléctrica es capaz de ser montado en un avión, barco u otro vehículo, ya que requiere menos espacio para su equipo de apoyo que un láser químico. [ 38 ] Sin embargo, la fuente de tal energía eléctrica grande en una aplicación móvil no está claro.

predicciones de ficción

Ver también: pistola de rayos Varios novelistas describen dispositivos similares al láser, antes del descubrimiento de la emisión estimulada :

Un dispositivo láser-como fue descrito en Alexey Tolstoy ‘s de ciencia ficción novela El hiperboloide del ingeniero Garin , en 1927. Mijaíl Bulgákov exagerado el efecto biológico (láser estimulación bio) de la luz roja intensa en su novela de ciencia ficción huevos Fatal (1925), sin ningún tipo de descripción razonable de la fuente de esta luz roja. (En esa novela, la luz roja de vez en cuando aparece por primera vez desde el sistema de iluminación de un microscopio de avanzada, a continuación, el protagonista Prof. Persikov organiza la especial puesta a punto para la generación de la luz roja.)

Laser. (2011, June 1). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 04:20, June 7, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Laser&oldid=431992406

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.

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. 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. Nicolay Gennadiyevich Basov y Aleksandr Mikhailovich 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.

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 16/05/1980, 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. 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. En 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.

Ya en el siglo XXI, 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. En 2002, científicos australianos “teletransportan” con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro. Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales. En 2006, científicos de la compañía Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicación mucho más rápidas y eficientes.

Láser. (2008, 6) de agosto. Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 07:36, agosto 8, 2008 from http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%A1ser&oldid=19260850.


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