EL LÁSER
Características de la emisión láser
De entre todas las propiedades esenciales de la emisión láser, es su gran intensidad la que otorga su nombre a este tipo de radiación.
En efecto, la intensidad de la emisión láser es inusitadamente elevada, convirtiéndose así la radiación en una poderosa herramienta de trabajo. En los láseres el
rango de potencia (magnitud relacionada directamente con la intensidad) es amplísimo, empezando desde las fracciones de watio que se emplean en algunas
tecnologías (lectores de CD), hasta el orden los gigawatios que se alcanzan en el láser NOVA, del laboratorio Lawrence Livermoore, que es el más potente
que existe en el mundo.
Otra de las características esenciales de los láseres es la emisión de luz altamente monocromática (es decir, se emite luz con una longitud
de onda única, o en su caso dos valores siempre bien definidos, lo que equivale a que la anchura de banda es prácticamente despreciable), lo que por un lado
resulta beneficioso en algunas aplicaciones y por otro impone serias limitaciones a su uso. Actualmente existen láseres que son capaces de barrer todo el rango
de longitud de onda del visible (láseres de colorante), aunque su precio es elevadísimo.
Otra de las características fundamentales de la radiación láser es su elevada coherencia (la fase de la radiación permanece constante con
el tiempo). Por último, destacaremos la elevada direccionabilidad de la radiación láser (la radiación se propaga en una única dirección), lo que permite su uso a
largas distancias (control remoto) y con enorme precisión.
Componentes de un láser
Medio láser, que es el material capaz de producir la radiación; fuente externa de energía, que puede ser eléctrica u óptica;
caja o cavidad de resonancia, que contiene el medio láser y los espejos para reflejar la luz, uno de los cuales la transmite parcialmente. La luz se
amplifica sucesivamente al reflejarse en los espejos y atraviesa repetidamente el material láser. Una fracción de la intensidad del haz resultante
se atraviesa el espejo que transmite parcialmente. Esta fracción constituye el haz láser operante.
Fases en el funcionamiento: Bombeo y Emisión Espontánea
En primer lugar, se produce un proceso de bombeo, en el cual las partículas (átomos, moléculas o iones) del medio láser
se excitan, promoviéndose sus electrones a niveles de energía superiores y con tiempos de vida más cortos. Este proceso se produce mediante un
aporte de energía. A continuación, suele tener lugar un proceso de relajación parcial de las partículas excitadas mediante emisión de calor.
Como paso previo a la emisión láser, los electrones de algunas de estas partículas excitadas vuelven al estado fundamental mediante un fenómeno
de emisión espontánea. Este fenómeno se traduce en la emisión ordinaria de fotones cuya energía equivale a la diferencia de energía entre los niveles
implicados en el fenómeno láser.
Emisión Estimulada
Confinados dentro de la cavidad resonante, los fotones emitidos espontáneamente se reflejan en los espejos y atraviesan
repetidamente el medio láser. Cuando uno de estos fotones choca con una partícula excitada se produce de forma instantánea una desexcitación
de esta partícula, mediante un tránsito radiactivo en el que se emite un nuevo fotón, en fase con el primero y con su misma energía. Así, se produce una
interferencia constructiva que da lugar a una radiación más intensa y coherente (fotones en fase). Este proceso se puede repetir sucesivamente,
dando lugar a una radiación de alta intensidad. Este fenómeno recibe el nombre de emisión estimulada y es el que da lugar a la radiación láser.
El inconveniente de la Absorción
Estos procesos parecen bastante lógicos en un medio en el que hay un gran número de partículas excitadas, pero no hay que olvidar
que también pueden existir otras muchas que permanezcan en estado fundamental. Así, también es muy probable que la radiación, espontánea o ya amplificada
incida sobre una partícula que se encuentra en el estado fundamental y la excite. Esto provoca una disminución de la intensidad de la radiación que, de
repetirse continuamente, se puede llegar a extinguir. Este fenómeno de absorción compite claramente con el de emisión estimulada y es desfavorable
para la emisión láser. Para evitarlo, se trata de conseguir que el número de partículas en estado excitado supere al número de partículas en estado
fundamental, minimizando así la posibilidad de que ocurra la absorción y favoreciéndose la emisión estimulada. Este fenómeno se conoce como
inversión de población y es característico de la radiación láser. La inversión de la población viene determinada por la efectividad de la etapa de
bombeo y de la caja de resonancia, así como por la naturaleza del medio láser.
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Autor: Marco Castillo
Publicado el 15 de abril de 2000.
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