Escuela Secundaria Escuela Secundaria Técnica n.72 Guadalupe Técnica n.72 Guadalupe Ceniceros de Zavaleta Ceniceros de Zavaleta

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Rayo Rayo LáserLáser

¿Qué es el rayo láser?¿Qué es el rayo láser?

Un Un láserláser ( (Light Amplification by Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, Stimulated Emission of Radiation, Amplificación de Luz por Emisión Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de RadiaciónEstimulada de Radiación) es un ) es un dispositivo que utiliza un efecto de dispositivo que utiliza un efecto de la la mecánica cuántica, la emisión , la emisión inducida o estimulada, para inducida o estimulada, para generar un haz de generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza tamaño, la forma y la pureza controlados.controlados.

Antes de nada, deberíamos tener claro a que se Antes de nada, deberíamos tener claro a que se denomina “rayo láser”. Básicamente, un láser es un haz denomina “rayo láser”. Básicamente, un láser es un haz de luz colimado, monocromático y coherente. También se de luz colimado, monocromático y coherente. También se llama láser al dispositivo que es capaz de generar este llama láser al dispositivo que es capaz de generar este haz.haz.

Por “colimado” se entiende que el haz de luz tiene una Por “colimado” se entiende que el haz de luz tiene una divergencia nula. El flujo de la energía es unidireccional, divergencia nula. El flujo de la energía es unidireccional, de modo que cada rayo del haz puede considerarse de modo que cada rayo del haz puede considerarse paralelo a cualquier otro. Esta característica, que en la paralelo a cualquier otro. Esta característica, que en la práctica es imposible de lograr en un 100% pero que se práctica es imposible de lograr en un 100% pero que se acerca mucho, es la que hace que el rayo de luz emitido acerca mucho, es la que hace que el rayo de luz emitido por un láser no se “ensanche” a medida que se aleja de por un láser no se “ensanche” a medida que se aleja de la fuente que lo genera. Por ejemplo, un rayo láser la fuente que lo genera. Por ejemplo, un rayo láser proyectado sobre la luna, que a la salida del emisor tenga proyectado sobre la luna, que a la salida del emisor tenga un diámetro de un milímetro tendrá en el destino un un diámetro de un milímetro tendrá en el destino un diámetro de un par de kilómetros, y eso después de viajar diámetro de un par de kilómetros, y eso después de viajar mas de 384000 km.mas de 384000 km.

Historia del rayo láser Historia del rayo láser

En 1916, En 1916, Albert Einstein estableció los estableció los fundamentos para el desarrollo de los fundamentos para el desarrollo de los lásers y de sus predecesores, los lásers y de sus predecesores, los máseres (que emiten microondas), utilizando la ley (que emiten microondas), utilizando la ley de radiación de de radiación de Max Planck basada en los basada en los conceptos de conceptos de emisión espontánea e e inducida de inducida de radiación..

Historia del rayo láser Historia del rayo láser

En 1928 Rudolf Landenburg reportó haber obtenido En 1928 Rudolf Landenburg reportó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión la primera evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque no pasó de ser estimulada de radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría fue olvidada hasta después de la fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada , cuando fue demostrada definitivamente por definitivamente por Willis Eugene Lamb y y R. C. Rutherford..

Historia del rayo láser Historia del rayo láser

En En 1953, , Charles H. Tornes y los estudiantes de postgrado y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y y Herbert J. Zeiger construyeron el primer construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios : un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser pero que produce un haz coherente de físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en de Townes era incapaz de funcionar en continuo. continuo. Nikolái Básov y y Aleksandr Prójorov de la de la Unión Soviética trabajaron independientemente en el trabajaron independientemente en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el niveles de energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el Premio Nobel de Física en 1964 por "los trabajos fundamentales en 1964 por "los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica", los cuales condujeron a en el campo de la electrónica cuántica", los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en los la construcción de osciladores y amplificadores basados en los principios de los máser-láser principios de los máser-láser

Historia del rayo láser Historia del rayo láser

Townes y Townes y Arthur Leonard Schawlow son considerados los son considerados los inventores del láser, el cual inventores del láser, el cual patentaron en patentaron en 1960. Dos . Dos años después, años después, Robert Hall inventa el láser inventa el láser semiconductor. En 1969 se semiconductor. En 1969 se encuentra la primera encuentra la primera aplicación industrial del aplicación industrial del láser al ser utilizado en las láser al ser utilizado en las soldaduras de los soldaduras de los elementos de chapa en la elementos de chapa en la fabricación de vehículos y, fabricación de vehículos y, al año siguiente Gordon al año siguiente Gordon Gould patenta otras Gould patenta otras muchas aplicaciones muchas aplicaciones prácticas para el láser prácticas para el láser

El 16 de mayo de 1980, El 16 de mayo de 1980, un grupo de físicos de la un grupo de físicos de la Universidad de HullUniversidad de Hull liderados por Geoffrey liderados por Geoffrey Pret registran la primera Pret registran la primera emisión láser en el rango emisión láser en el rango de los rayos X. Cinco de los rayos X. Cinco años después se años después se comienza a comercializar comienza a comercializar el disco compacto, donde el disco compacto, donde un haz láser de baja un haz láser de baja potencia "lee" los datos potencia "lee" los datos codificados en forma de codificados en forma de pequeños orificios (puntos pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un disco y rayas) sobre un disco óptico con una cara óptico con una cara reflectante. reflectante.

GeneracióGeneración de un n de un rayo láser:rayo láser:

ProcesoProceso

Los láseres constan de un medio activo Los láseres constan de un medio activo capaz de generar el láser. Hay cuatro capaz de generar el láser. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y emisión estimulada de radiación y absorción. absorción.

bombeobombeo

Se provoca Se provoca mediante una mediante una fuente de radiación fuente de radiación como puede ser como puede ser una lámpara, el una lámpara, el paso de una paso de una corriente eléctrica, corriente eléctrica, o el uso de o el uso de cualquier otro tipo cualquier otro tipo de fuente de fuente energética que energética que provoque una provoque una emisión.emisión.

Emisión espontánea de Emisión espontánea de radiación radiación Como explicábamos Como explicábamos

en el caso del método en el caso del método de bombeo, a veces de bombeo, a veces los electrones que los electrones que vuelven naturalmente vuelven naturalmente al estado fundamental al estado fundamental emiten un fotón; es un emiten un fotón; es un proceso aleatorio y la proceso aleatorio y la radiación tendrá radiación tendrá distintas direcciones y distintas direcciones y fases, por lo que se fases, por lo que se genera una radiación genera una radiación monocromática monocromática incoherente.incoherente.

Absorción Absorción

En este proceso se absorbe En este proceso se absorbe un fotón, con lo que el un fotón, con lo que el sistema atómico se mueve a sistema atómico se mueve a su estado de energía más su estado de energía más alto, pasando un electrón al alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este estado metaestable. Este fenómeno compite con el de fenómeno compite con el de la emisión estimulada de la emisión estimulada de radiación.radiación.

Los dispositivos láseres Los dispositivos láseres disponibles comercialmente disponibles comercialmente se basan en alguno de estos se basan en alguno de estos métodos o en una métodos o en una combinación de más de uno combinación de más de uno de ellos. No es que uno sea de ellos. No es que uno sea preferible al otro, si no que preferible al otro, si no que cada uno tiene cada uno tiene características que lo hacen características que lo hacen mas adecuados para mas adecuados para diferentes aplicaciones. diferentes aplicaciones.

Diodo láser:Diodo láser:

es un dispositivo es un dispositivo semiconductor semiconductor similar a los diodos similar a los diodos LED pero que bajo LED pero que bajo las condiciones las condiciones adecuadas emite adecuadas emite luz láser. A veces luz láser. A veces se los denomina se los denomina diodos láser de diodos láser de inyección, o por inyección, o por sus siglas inglesas sus siglas inglesas LD o ILD. LD o ILD.

Este tipo de láser es el que se encuentra dentro de su Este tipo de láser es el que se encuentra dentro de su lector de discos compactos, DVD, etc. Cuando un lector de discos compactos, DVD, etc. Cuando un diodo convencional o LED se polariza en directa, los diodo convencional o LED se polariza en directa, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Cuando los electrones y que circula por el diodo. Cuando los electrones y huecos están en una misma región, pueden huecos están en una misma región, pueden recombinarse (cayendo el electrón al hueco) recombinarse (cayendo el electrón al hueco) emitiendo un fotón con la energía correspondiente a emitiendo un fotón con la energía correspondiente a la banda prohibida. Esta emisión espontánea se la banda prohibida. Esta emisión espontánea se produce en todos los diodos, pero sólo es visible en produce en todos los diodos, pero sólo es visible en los diodos LED, que justamente están construidos de los diodos LED, que justamente están construidos de una manera especial con el propósito de evitar que la una manera especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con y una energía de la banda prohibida coincidente con el espectro visible; en el resto de diodos, la energía el espectro visible; en el resto de diodos, la energía se disipa en forma de radiación infrarroja.se disipa en forma de radiación infrarroja.

conclusiónconclusión

el caso de los diodos láser, han permitido el desarrollo de el caso de los diodos láser, han permitido el desarrollo de sistemas de almacenamiento masivo de información con sistemas de almacenamiento masivo de información con capacidades impensadas hace solo una década. Y es una capacidades impensadas hace solo una década. Y es una tecnología que no para de ser mejorada, como lo demuestran la tecnología que no para de ser mejorada, como lo demuestran la aparición constante de nuevos artefactos que dejan a los aparición constante de nuevos artefactos que dejan a los anteriores en el olvido, debido a sus superiores características, anteriores en el olvido, debido a sus superiores características, valga el ejemplo de los emergentes HD-DVD o DVD Blue Ray, valga el ejemplo de los emergentes HD-DVD o DVD Blue Ray, que utilizando diodos láser con longitudes de onda mas cortas que utilizando diodos láser con longitudes de onda mas cortas permiten almacenar mucha mas información que los DVDs permiten almacenar mucha mas información que los DVDs convencionales.convencionales.

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