Láser

Experimento militar cun láser

Un Láser (acrónimo inglés de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, i.e. Amplificación de Luz mediante Emisión Estimulada de Radiación) é unha fonte de luz formada por unha cavidade óptica resoante que posúe un medio activo no seu interior. Emite luz moi monocromática e cunha alta coherencia espacial e temporal.

Principio de funcionamento

Medio activo

O láser, como tamén o fai o LED (díodo emisor de luz), emprega un medio activo para a emisión de luz. Este medio pode ser excitado por unha corrente eléctrica ou por un feixe de luz, de xeito que os electróns que posúe sexan bombeados a certo nivel enerxético para logo se desexcitaren mediante a emisión de luz.

A diferenza doutros dispositivos como as lámpadas incandescentes ou os tubos fluorescentes, os electróns non presentan un intervalo continuo de valores de enerxía de excitación. A enerxía de excitación é característica do medio escollido -o medio activo- e presenta un valor preciso ou un conxunto discreto de valores precisos (dentro dun pequeno rango chamado anchura espectral). Deste xeito, cada desexcitación prodúcese mediante a emisión de fotóns dunha enerxía ben definida, ou o que é o mesmo: frecuencia e longura de onda iguais para todos os fotóns. Isto é, a luz emitida é monocromática. Unha consecuencia do dito é a eficiencia propia destes dispositivos (Láser e LED) na conversión da potencia inxectada en luz, por non presentaren perdas en emisión de radiación que non se desexa, principalmente a que se transforma en perdas de carácter térmico (calor).

Cavidade resoante

O que diferenza ao Láser dun LED é o feito de introducir o medio activo nunha cavidade resoante. Isto fai que en lugar de se ter emisión espontánea, como ocorre no LED, se teña emisión estimulada; ambos os dous fenómenos cuánticos foron observados e descritos por Albert Einstein ao fío das suas investigacións do efecto fotoeléctrico, nos albores do século XX.

Emisión estimulada e coherencia

Brevemente, a emisión estimulada consiste na desexcitación de electróns en presenza dun fotón -que non resulta absorbido, simplesmente 'pasa' perto-; un fotón que teña unha longura de onda compatíbel co espectro de emisión do medio, de xeito que se estimula a emisión doutro fotón que vai presentar a mesma fase, a mesma dirección de propagación e a mesma longura de onda que ese fotón presente; e ademais a anchura espectral da radiación emitida será moito menor que a propia da emisión espontánea. Isto acádase cunha cavidade resoante, que confina luz cunha longura de onda precisa, facéndoa pasar unha e outra vez sobre o medio activo, de xeito que ao cabo dun certo tempo de arranque (normalmente moi pequeno), toda a luz que se emite presenta a mesma polarización, a mesma fase temporal e a mesma dirección de propagación, isto é: a luz emitida é coherente espacial e temporalmente.

Bombeo e outras características

Este principio de funcionamento común a todos os láseres (agás os láseres de electróns libres, que non se tratan neste artigo), vai presentar certas variantes, que dan lugar a diferentes características na luz emitida. Por comentar algunhas de xeito moi xeral e como xa se adiantou, o bombeo pódese realizar mediante o paso dunha corrente polo medio activo, ou ben mediante un feixe de luz láser procedente doutro láser (chamado láser de bombeo). Por outra banda, segundo as características do bombeo que se aplique, pódese obter un feixe de luz continuo (CW, continuous wave) ou pulsado mediante conmutación de gaño (gain switching), ou ancoraxe de modos (mode locking). Tamén se pode acadar o pulsado mediante a colocación de medios pasivos como un absorbente saturábel á saída, como se fai en certas técnicas de ancoraxe de modos. Pero hai moitos outros factores, o tipo de medio activo (cristal, semicondutor, gas, etc), a potencia de alimentación, o tamaño da cavidade, etc. que van intervir de xeito determinante no tipo de láser de que se trate.

Tipos de Láser

Entre os tipos de láser máis habituais podemos atopar os seguintes grupos, que poden asemade ser subdivididos en grupos ben diferentes, e incluso ser reagrupados baixo outro criterio, dado o amplo abano de dispositivos que abrangue cada un deles; En calquera caso podemos atopar:

Láser de estado sólido

Láser de gas (p.ex.:He-Ne, CO2)

Láser de colorante

Láser de semicondutor

Díodo láser

Láser excímero

Láser de electróns libres

Invención do láser

Precedido polo máser (o seu homólogo na zona espectral das microondas) no ano 1953, o primeiro láser (de estado sólido) foi inventado no ano 1960 por Theodore H. Maiman nos Hughes Research Laboratories en Malibu (California), adiantándose a outros equipos de investigación de diferentes países. Nese mesmo ano o físico iraniano Ali Javan inventou o láser de gas. A partir daquí e ata o día de hoxe o seu desenvolvemento, así como o de toda a tecnoloxía ao redor da óptica e da optoelectrónica, presentan un ritmo vertixinoso que non deixa de medrar polo impacto que tivo e ten en todas as tecnoloxías biomédicas, industriais, de comunicacións, etc; así como na propia investigación básica en todas as pólas das ciencias experimentais desde a física ata a bioloxía.

Artigos relacionados

Óptica

Óptica coherente

Optoelectrónica

Díodo láser

LED