láser

History

Aunque la posibilidad teórica de la emisión estimulada fue fundamentada por Einstein ya en 1917, el primer dispositivo que utilizó este principio para microondas —el máser— fue creado por Charles Townes y su grupo en 1954. Y en 1960, Theodore Maiman construyó el primer láser que emitía luz visible, empleando un cristal de rubí.

How it works

Primero, el medio activo del láser (por ejemplo, un cristal o un gas) se bombea con energía de una fuente externa. Los átomos pasan a un estado excitado y luego, al «liberar» el exceso de energía, emiten fotones. Estos fotones primarios estimulan a otros átomos excitados para que emitan fotones idénticos; así nace una avalancha de partículas de luz iguales. Dos espejos paralelos hacen pasar la luz repetidamente a través del medio, amplificándola, hasta que una parte sale por uno de los espejos, formando un rayo dirigido.

History

Aunque la posibilidad teórica de la emisión estimulada fue fundamentada por Einstein ya en 1917, el primer dispositivo que utilizó este principio para microondas —el máser— fue creado por Charles Townes y su grupo en 1954. Y en 1960, Theodore Maiman construyó el primer láser que emitía luz visible, empleando un cristal de rubí.

How it works

Primero, el medio activo del láser (por ejemplo, un cristal o un gas) se bombea con energía de una fuente externa. Los átomos pasan a un estado excitado y luego, al «liberar» el exceso de energía, emiten fotones. Estos fotones primarios estimulan a otros átomos excitados para que emitan fotones idénticos; así nace una avalancha de partículas de luz iguales. Dos espejos paralelos hacen pasar la luz repetidamente a través del medio, amplificándola, hasta que una parte sale por uno de los espejos, formando un rayo dirigido.

History

En 1917, Einstein predijo teóricamente la emisión estimulada. En 1954, Charles Townes, James Gordon y Herbert Zeiger crearon el primer máser, que funcionaba con amoníaco. Seis años después, Theodore Maiman demostró el primer láser óptico de rubí. Poco después, Ali Javan construyó el láser de helio-neón (1961), y Robert Hall, el primer láser semiconductor (1962). Estos descubrimientos transformaron la ciencia, las telecomunicaciones, la medicina y la industria.

How it works

El medio activo (por ejemplo, neodimio en un cristal YAG o una mezcla de helio y neón) se excita mediante bombeo externo, llevando los átomos a un nivel energético metaestable. Cuando la población del nivel superior supera a la del inferior (inversión de población), un fotón emitido espontáneamente inicia la emisión estimulada en los átomos excitados vecinos, generando una cascada de fotones coherentes. Dentro del resonador óptico (por ejemplo, un etalón Fabry-Perot), la luz se refleja repetidamente en los espejos y se amplifica en cada pasada. Parte de la radiación sale por un espejo semitransparente. Los fotones, al ser bosones, se acumulan en un mismo estado cuántico, garantizando la identidad de los parámetros del haz láser. En los láseres semiconductores, la realimentación se logra mediante difracción de Bragg en estructuras periódicas (realimentación distribuida) con la condición mλ = 2nΛ.

Open problems & fun facts

Realización de láseres de rayos X compactos y baratos con bombeo de fuentes no coherentes.; Aumento de la eficiencia y potencia de los láseres semiconductores al reducir su tamaño.; Generación de pulsos ultracortos (del rango de attosegundos) con fase controlada y forma de envolvente.; Logro de las condiciones para la fusión termonuclear por láser con compresión uniforme de los blancos.

💡 Los punteros láser de rayo rojo usan un diminuto láser de diodo basado en arseniuro de galio-aluminio, que emite eficientemente con una corriente de apenas unos miliamperios.