Mecanismos de la acción láser

Mecanismos de la acción láser

Si bien existen varios mecanismos que producen emisión láser, laser potencia se describe el ejemplo sencillo de un láser de cuatro niveles con bombeo óptico contínuo, como puede ser el láser de neodimio.

Niveles electrónicos involucrados en la emisión láser de iones de neodimio trivalentes.

Absorción del bombeo y transiciones no radiativas

En el estado inicial, la mayoría de los electrones puntero 532nm se encuentran en el estado fundamental y son excitadosmediante un haz de luz de bombeo que contiene energía en las bandas de absorción del neodimio. Los electrones excitados en varios niveles se desexcitan rápidamente de forma no radiativa hacia un nivel metaestable, que en el caso del neodimio es el 4F3/2 donde permanece un tiempo relativamente largo, decayendo lentamente al nivel fundamental y al nivel 4I11/2. Si se cumplen ciertas condiciones en el material y la potencia de bombeo, es posible que se produzca la inversión de población, esto es, que existan más átomos excitados en el nivel 4F3/2 que los que están en el nivel inferior 4I11/2.

Emisión estimulada

Desde el nivel metaestable 4F3/2 pueden desexcitarse espontáneamente algunos electrones que producen una emisión de luz a 1064 nm. Algunos de éstos, se emiten en el ángulo correcto para reflejarse por los espejos de la cavidad un número elevado de veces. Estos fotones que se reflejan con el ángulo correcto pasan varias cerca de átomos excitados de láser rojo neodimio y producen la emisión estimulada de radiación. Si el medio activo se encuentra en la condición de inversión de población y las pérdidas de la cavidad son inferiores a la ganancia del medio activo, ocurre que al reflejarse en las paredes de la cavidad se produce una amplificación del primer fotón que se emitió espontáneamente. Tras un número determinado de reflexiones la intensidad dentro de la cavidad es muy elevada y las pequeñas perdidas del espejo acoplador son la radiación láser que emite el dispositivo.

Clasificación de láseres según UNE EN 60825-1 /A2-2002

Según la peligrosidad de los láseres y en función del Límite de Emisión Accesible (LEA) se pueden clasificar los láseres en las siguientes categorías de riesgo:

Clase 1: Seguros en condiciones razonables de utilización.

Clase 1M: Como la Clase 1, pero no seguros cuando se miran a través de instrumentos ópticos como lupas o binoculares.

Clase 2: Láseres visibles (400 a 700 nm). Los reflejos de aversión protegen el ojo aunque se utilicen con instrumentos ópticos.

Clase 2M: Como la Clase 2, pero no seguros Puntero Laser Azul cuando se utilizan instrumentos ópticos.

Clase 3R: Láseres cuya visión directa es potencialmente peligrosa pero el riesgo es menor y necesitan menos requisitos de fabricación y medidas de control que la Clase 3B.

Clase 3B: La visión directa del haz es siempre peligrosa, mientras que la reflexión difusa es normalmente segura.

Clase 4: La exposición directa de ojos y piel siempre es peligrosa y la reflexión difusa normalmente también. Pueden originar incendios y explosiones.

Aplicaciones

El tamaño de los láseres es muy variable, desde los diodos láser microscópicos (arriba) con numerosas aplicaciones, hasta el láser de cristales de neodimio con un tamaño similar al de un campo de fútbol, (abajo) usado para la fusión de confinamiento inercial, investigación sobre armas nucleares de destrucción masiva u otros experimentos Puntero láser 200mW físicos en los que se presenten altas densidades de energía.

Cuando se inventaron, en 1960, los láseres se calificaron como "una solución a la espera de un problema". Desde entonces, se han vuelto omnipresentes y actualmente pueden encontrarse en miles de aplicaciones, en campos muy variados, como la electrónica de consumo, la tecnología de la información, la investigación científica, la medicina, la industria y el sector militar.

En muchas aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas, como la coherencia, la monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser muy coherente puede enfocarse por debajo de su límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocosnanómetros. Cuando se enfoca un haz de láser potente en un punto, éste recibe una enorme densidad de energía.10 Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un CD, DVD o Blu-ray. También Puntero láser 100mW verde permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimarmateriales. El rayo láser se emplea en el proceso de fabricación de grabar o marcar metales, plásticos y vidrio.

Tipos de láseres

Atendiendo a la naturaleza de su medio activo, podemos clasificar los dispositivos láser en:

Semiconductores

Diodos láser, usados en punteros láser, impresoras láser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD;

Láser de punto cuántico, un tipo de láser semiconductor que usa puntos cuánticos como el medio activo en su región de emisión de luz. Debido al apretado confinamiento de los portadores de carga en los puntos cuánticos, exhiben una estructura electrónica similar a la de los átomos. Los láseres fabricados con medios tan activos exhiben un comportamiento bastante cercano a los láseres de gas, pero no presentan algunos de los inconvenientes asociados a los tradicionales láseres de semiconductores basados en medios activos sólidos o de pozo cuántico. Se han observado mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y estabilidad con la temperatura. La región activa del punto cuántico Puntero láser 400mW puede diseñarse para operar con diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la composición del punto cuántico. Esto permite que este tipo de láser pueda fabricarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la tecnología de láser semiconductor actual.11

Gas

Láser de helio-neón, o láser HeNe, es un tipo de láser de gas que utiliza como medio activo una mezcla gaseosa de helio y neón. Los láseres de helio-neón emiten, habitualmente, a una longitud de onda de 633 nm, luz visible de color rojo. Son un tipo de láser habitual en laboratorios docentes o en el caso de láseres estabilizados, en aplicaciones de metrología de alta precisión.

El medio activo del láser es una mezcla de helio y de neón contenida en un tubo de vidrio cerrado, en una proporción de 5:1 aproximadamente y a una presión relativamente baja (habitualmente alrededor de 300 Pa). La energía para el bombeo se consigue con una descarga eléctrica de unos 1.000 V a través de dos electrodos situados a cada extremo del tubo. La cavidad resonante suele estar formada por un espejo plano de alta reflectancia en un extremo y un espejo cóncavo con una transmisión de un 1% al otro extremo, separados normalmente unos 15-20 cm. Los láseres de helio-neón tienen unas potencias de salida de entre 1 mW y 100 mW. La longitud de onda es de 632,816 nm en el aire, que corresponde a una longitud de onda de 632,991 nm en el vacío. En cada caso particular, la longitud de onda obtenida se encuentra en un intervalo de 0,002 nm alrededor de este valor, debidoPuntero láser 5000mw a las fluctuaciones térmicas que provocan pequeñas oscilaciones de las dimensiones de la cavidad.

Láser de dióxido de carbono, emite en el infrarojo lejano a 10.6 µm.

Láser excimer, el medio activo puede estar formado por diversas moléculas excímeras de vida muy corta formadas por gases nobles y halógenos, producen luzultravioleta.

Estado sólido

Estos láseres emplean típicamente vidrios, cristales o fibras dopadas como medio activo. Aunque los semiconductores son también de estado sólido, se suelen tomar en una categoría diferente. Algunos láseres de estado sólido son:

Materiales dopados con tierras raras: Láser neodimio-YAG, El medio activo es un cristal YAG (Yttrium Aluminium Garnet) dopado con neodimio trivalente. Emite en el infrarojo cercano a 1064 nm. Es frecuentemente convertido a verde 532 nm utilizando un cristal no lineal que dobla la frecuencia como por ejemplo, el KTP.

YAG dopado con erbio trivalente, emite a eficientemente a 2900nm pero también puede operar a 1645 nm.

YAG dopado con tulio trivalente, que opera normalmente a 2015 nm.

YAG dopado con holmio trivalente, que emite a 2090 nm. Es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de humedad en secciones de menos de un milímetro de espesor. Generalmente opera en modo pulsante y pasa a través de dispositivos quirúrgicos de fibra óptica. Se utiliza para quitar manchas de los dientes, láser 20000mw vaporizar tumores cancerígenos y deshacer cálculos renales y vesiculares.

Láser de fibra dopada con erbio, un tipo de láser formado de una fibra óptica especialmente fabricada, se utiliza principalmetne como amplificador para comunicaciones ópticas de larga distancia.

Materiales dopados con metales de transición: Láser de zafiro dopado con titanio trivalente, es un láser sintonizable desde el rojo hasta el infrarojo cercano, entre 650 y 1100 nm. Tienen la característica de que según el diseño óptico de la cavidad puede operar en modo contínuo o emitiendo pulsos ultra cortos.

Laser de rubí. Fue el primer tipo de láser que se produjo, Puntero láser 30000mw se cunstruyó en 1960 y emite luz a 694.3 nm, visible como un rojo profundo.

Colorante o líquidos[editar]

Láser de colorante, formados por un colorante orgánico como la Rodamina 6G y un medio generalmente líquido que circula a través de la cavidad. Según el colorante utilizado, pueden Puntero láser 50mw operar en ultravioleta, visible o infrarojo.

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