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1 de febrero de 2016

Qué es LASER

Ahora en la ciudad de Medellin esta muy de moda la depilación laser tanto en hombres como en mujeres, los grandes avances de esta tecnología permiten eliminar los foliculos pilosos responsables del crecimiento de los vellos.
Si quieres saber más sobre que es un laser , lee el siguiente informe:
La Fuerza Aérea de los Estados Unidos experimento con láser

Rojo (660 y 635 nm), verde (532 y 520 nm) y el láser azul-violeta (405 nm y 445)
Un láser es un dispositivo que emite luz a través de un proceso de amplificación óptica basada en la emisión estimulada de radiación electromagnética. El término "láser" se originó como un acrónimo de "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". [1] [2] El primer láser fue construido en 1960 por Theodore H. Maiman en Hughes laboratorios, basado en el trabajo teórico por Charles Townes duro y Arthur Leonard Schawlow. Un láser difiere de otras fuentes de luz en que emite luz coherente. Coherencia espacial permite un láser para enfocarse a una situación difícil, lo que permite aplicaciones como corte por láser y la litografía. Coherencia espacial también permite un rayo láser para mantenerse estrecha a grandes distancias (colimación), lo que permite aplicaciones como punteros láser. Los láseres también pueden tener una alta coherencia temporal, lo que les permite emiten luz con un muy estrecho espectro, es decir, que pueden emitir un solo color de la luz. Coherencia temporal puede ser utilizado para producir pulsos de luz tan corto como un femtosegundo.

Entre sus muchas aplicaciones, los láseres se utilizan en las unidades de disco óptico, impresoras láser y escáneres de código de barras; fibra óptica y comunicaciones ópticas en el espacio libre; cirugía láser y tratamientos de la piel; corte y soldadura de materiales; militares y policiales dispositivos para marcar objetivos y rango de medición y la velocidad; y pantallas de iluminación láser en entretenimiento.

Fundamentos
Los láseres se distinguen de otras fuentes de luz, por su coherencia. Coherencia espacial se expresa normalmente a través de la salida de ser un haz estrecho, que es la difracción de limitada. Los rayos láser pueden ser enfocados a lugares muy pequeños, logrando una muy alta irradiancia, o pueden tener muy baja divergencia con el fin de concentrar su poder a una gran distancia.

Temporal (o longitudinal) coherencia implica un polarizada de onda en una sola frecuencia cuya fase está correlacionada sobre una distancia relativamente grande (la longitud de coherencia) a lo largo de la viga. [3] Un haz producido por una fuente de luz incoherente térmica o de otro tipo tiene una amplitud instantánea y fase que varían aleatoriamente con respecto al tiempo y la posición, por lo tanto tener una longitud de coherencia corta.

Los láseres se caracterizan en función de su longitud de onda en el vacío. La mayoría de los láseres "sola longitud de onda" en realidad producen radiación en varios modos que tienen ligeramente diferentes frecuencias (longitudes de onda), a menudo no en una sola polarización. Aunque coherencia temporal implica monocromaticidad, hay láseres que emiten un amplio espectro de la luz o emiten diferentes longitudes de onda de la luz al mismo tiempo. Hay algunos láseres que no son de modo espacial único y por lo tanto tienen haces de luz que divergen más de lo requerido por el límite de difracción. Sin embargo, todos estos dispositivos se clasifican como "láseres" en función de su método de producción de luz, es decir, emisión estimulada. Los láseres se emplean en aplicaciones donde la luz de la coherencia espacial o temporal requerida no podía ser producido utilizando tecnologías más simples.

Terminología

Los rayos láser en la niebla, que se refleja en el parabrisas del coche
La palabra láser comenzó como un acrónimo de "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". En el uso moderno, el término "luz" incluye la radiación electromagnética de cualquier frecuencia, no sólo la luz visible, por lo tanto, los términos de láser infrarrojo, láser ultravioleta, láser de rayos X, y así sucesivamente. Debido a que el predecesor de microondas del láser, el máser, se desarrollaron por primera vez, los dispositivos de este tipo que funciona a microondas y las frecuencias de radio se conocen como "máser" en lugar de "láseres de microondas" o "láseres de radio". En la literatura técnica temprana, especialmente por la Bell Telephone Laboratories, el láser se llama un máser óptico; este término es obsoleto. [4]

Un láser que produce luz por sí misma es técnicamente un oscilador óptico en lugar de un amplificador óptico como se sugiere por el acrónimo. Ha sido con humor señalado que el perdedor siglas, para "oscilación de luz por emisión estimulada de radiación", habría sido más correcto. [5] Con el uso generalizado de la sigla original como un sustantivo común, amplificadores ópticos han llegado a ser mencionado como "amplificadores láser", a pesar de la aparente redundancia en esa designación.

El back-formada verbo a lasear se utiliza con frecuencia en el campo, lo que significa "para producir luz láser," [6] sobre todo en referencia al medio de ganancia de un láser; cuando un láser es operativo en el que se dice que es "láser". Además el uso de las palabras de láser y máser en un sentido amplio, no se refiere a la tecnología láser o dispositivos, se puede ver en usos tales como máser astrofísico y láser de átomo.

Diseño

Componentes de un láser típica:
1. Ganancia medio
2. Energía de bombeo láser
3. Alto reflector
4. acoplador de salida
5. Rayo laser
Archivo: Laser, principle.ogv cuántica
Animación explicar la emisión estimulada y el principio laser
Artículo principal: la construcción Laser
Un láser consta de un medio de ganancia, un mecanismo para energizar, y algo óptica para proporcionar retroalimentación. [7] El medio de ganancia es un material con propiedades que le permiten amplificar la luz por medio de la emisión estimulada. Luz de una longitud de onda específica que pasa por el medio de ganancia se amplifica (aumentos en el poder).

Para el medio de ganancia para amplificar la luz, que debe ser suministrado con energía en un proceso llamado de bombeo. La energía se suministra típicamente como una corriente eléctrica o como la luz a una longitud de onda diferente. Luz de bombeo puede ser proporcionada por una lámpara de flash o por otro láser.

El tipo más común de láser utiliza la retroalimentación de una cavidad óptica -a par de espejos en cada extremo del medio de ganancia. Luz rebota hacia atrás y adelante entre los espejos, pasa a través del medio de ganancia y siendo amplificada cada vez. Típicamente uno de los dos espejos, el acoplador de salida, es parcialmente transparente. Parte de la luz se escapa a través de este espejo. Dependiendo del diseño de la cavidad (si los espejos son plana o curvada), la luz que sale del láser puede extenderse hacia fuera o formar un estrecho haz. En analogía con osciladores electrónicos, este dispositivo es a veces llamado un oscilador de láser.

La mayoría de los láseres prácticos contienen elementos adicionales que afectan a las propiedades de la luz emitida, tales como la polarización, longitud de onda, y la forma del haz.

La física láser
Ver también: ciencia láser
Los electrones y la forma en que interactúan con los campos electromagnéticos son importantes en nuestra comprensión de la química y la física.

Emision estimulada
Artículo principal: La emisión estimulada
En el punto de vista clásico, la energía de un electrón en órbita alrededor de un núcleo atómico es mayor para las órbitas más lejos del núcleo de un átomo. Sin embargo, los efectos de la mecánica cuántica obligan electrones para asumir posiciones discretas en orbitales. Por lo tanto, los electrones se encuentran en los niveles específicos de energía de un átomo, dos de los cuales se muestran a continuación:

Estimulada Emission.svg
Cuando un electrón absorbe energía, ya sea de la luz (fotones) o calor (fonones), que recibe ese quantum incidente de la energía. Pero transiciones sólo se permiten en entre niveles discretos de energía, tales como los dos se muestra arriba. Esto lleva a las líneas de emisión y líneas de absorción.

Cuando un electrón se excita de un menor a un nivel de energía más alto, no se quedará así para siempre. Un electrón en un estado excitado puede decaer a un estado de menor energía que no está ocupada, de acuerdo con una constante de tiempo determinada caracterización de esa transición. Cuando un electrón tales decae sin influencia externa, emitiendo un fotón, que se llama "la emisión espontánea". La fase asociado con el fotón que se emite es al azar. Un material con muchos átomos en un estado tan emocionado por lo tanto puede dar lugar a la radiación que está muy espectralmente limitado (centrada alrededor de una longitud de onda de la luz), pero los fotones individuales no tendría ninguna relación de fase común y emanaría en direcciones aleatorias. Este es el mecanismo de la fluorescencia y emisión térmica.

Un campo electromagnético externo a una frecuencia asociada con una transición puede afectar el estado de la mecánica cuántica del átomo. A medida que el electrón en el átomo hace una transición entre dos estados estacionarios (ninguno de los cuales muestra un campo de dipolo), entra en un estado de transición que tiene un campo de dipolo, y que actúa como una pequeña eléctrico dipolo, y esto dipolo oscila a una frecuencia característica. En respuesta al campo eléctrico externo a esta frecuencia, la probabilidad de que el átomo de entrar en este estado de transición es mucho mayor. Por lo tanto, la tasa de transiciones entre dos estados estacionarios se ha mejorado más allá de que, debido a la emisión espontánea. Tal transición al estado superior se llama la absorción, y destruye un fotón incidente (la energía del fotón entra en alimentar el aumento de la energía del estado superior). Una transición desde la más alta a una estado de menor energía, sin embargo, produce un fotón adicional; este es el proceso de emisión estimulada.

Medio de ganancia y de la cavidad

Un láser de helio-neón manifestación en el Laboratorio Kastler-Brossel en Univ. Paris 6. El resplandor rosa-naranja que atraviesa el centro del tubo es de la descarga eléctrica que produce luz incoherente, al igual que en un tubo de neón. Este brillante de plasma es excitado y entonces actúa como el medio de ganancia a través del cual pasa el haz interno, tal como se refleja entre los dos espejos. Salida de radiación láser a través del espejo frontal se puede ver para producir un diminuto (alrededor de 1 mm de diámetro) punto intenso en la pantalla, a la derecha. Aunque se trata de un color rojo intenso y puro, puntos de luz láser son tan intensas que las cámaras son típicamente sobreexpuestas y distorsionan su color.

Espectro de un láser de helio-neón que ilustra su muy alta pureza espectral (limitada por el aparato de medición). El ancho de banda de 0.002 nm del medio de acción láser es así más de 10.000 veces más estrecha que la anchura espectral de un diodo emisor de luz (cuyo espectro se muestra aquí para la comparación), con el ancho de banda de un único modo longitudinal de ser mucho más estrecha todavía.
El medio de ganancia es excitado por una fuente externa de energía en un estado excitado. En la mayoría de los láseres de este medio consiste en una población de átomos que han sido excitado a un estado tal por medio de una fuente de luz exterior, o un campo eléctrico que suministra energía para los átomos para absorber y ser transformados en sus estados excitados.

El medio de ganancia de un láser es normalmente un material de pureza controlada, tamaño, concentración, y la forma, que amplifica el haz por el proceso de emisión estimulada se ha descrito anteriormente. Este material puede ser de cualquier estado: gas, líquido, sólido, o plasma. El medio de ganancia absorbe la energía de la bomba, lo que plantea algunos electrones a alta energía ("excitado") estados cuánticos. Las partículas pueden interactuar con la luz por cualquiera de los fotones que absorben o emiten. Emisión puede ser espontánea o estimulada. En este último caso, el fotón se emite en la misma dirección que la luz que está pasando por. Cuando el número de partículas en un estado excitado superior al número de partículas en un estado de menor energía, inversión de población se consigue y la cantidad de la emisión estimulada debido a la luz que pasa a través es mayor que la cantidad de absorción. Por lo tanto, la luz se amplifica. Por sí mismo, esto hace que un amplificador óptico. Cuando un amplificador óptico se coloca dentro de una cavidad resonante óptica, se obtiene un oscilador láser. [8]

En algunas situaciones, es posible obtener la acción láser con sólo una sola pasada de la radiación EM a través del medio de ganancia, y esto produce un rayo láser sin necesidad de una cavidad resonante o reflectante (véase, por ejemplo láser de nitrógeno). [9] Por lo tanto , la reflexión en una cavidad resonante se requiere generalmente para un láser, pero no es absolutamente necesario.

La óptica del resonador se refiere a veces como una "cavidad óptica", pero esto es un nombre inapropiado: láseres utilizan resonadores abiertos en oposición a la cavidad literal que se emplea en frecuencias de microondas en un máser. El resonador consiste típicamente en dos espejos entre los cuales un haz coherente de luz viaja en ambas direcciones, lo que refleja sobre sí misma de manera que un fotón promedio pasará a través del medio de ganancia en repetidas ocasiones antes de que se emite desde la abertura de salida o se pierde a la difracción o absorción. Si la ganancia (amplificación) en el medio es mayor que las pérdidas del resonador, entonces la potencia de la luz de recirculación puede elevarse de manera exponencial. Pero cada evento emisión estimulada devuelve un átomo de su estado excitado al estado fundamental, la reducción de la ganancia del medio. Con el aumento de potencia del haz de la ganancia neta (ganancia pérdida menos) reduce a la unidad y el medio de ganancia se dice que está saturado. En una onda continua (CW) láser, el equilibrio de poder de la bomba contra la saturación y la cavidad pérdidas de ganancia produce un valor de equilibrio de la potencia del láser dentro de la cavidad; este equilibrio determina el punto de funcionamiento del láser. Si la potencia de la bomba aplicada es demasiado pequeña, la ganancia nunca será suficiente para superar las pérdidas de resonador, y no se produce luz láser. La potencia de la bomba mínimo necesario para comenzar la acción del láser se llama el umbral de acción láser. El medio de ganancia amplificará los fotones que pasan a través de él, independientemente de la dirección; pero sólo los fotones en un modo espacial apoyado por el resonador pasarán más de una vez a través del medio y recibir amplificación sustancial.

La luz emitida
La luz generada por la emisión estimulada es muy similar a la señal de entrada en términos de longitud de onda, la fase, y la polarización. Esto da luz láser su coherencia característica, y le permite mantener la polarización uniforme y, a menudo monocromaticidad establecido por el diseño de la cavidad óptica.

La viga en la cavidad y el haz de salida del láser, cuando se viaja en el espacio libre (o un medio homogéneo) en vez de guías de onda (como en una fibra óptica láser), se puede aproximar como un haz de Gauss en la mayoría de los láseres; tales vigas exhiben la divergencia mínima para un diámetro dado. Sin embargo, algunos láseres de alta potencia pueden ser multimodo, con los modos transversales menudo aproximadas usando Hermite - Gaussianos o Laguerre funciones -Gaussian. Se ha demostrado que los resonadores de láser inestables (no se utiliza en la mayoría de los láseres) producir vigas en forma de fractal. [10] Cerca del haz de "cintura" (o región focal) es altamente colimado: los frentes de onda son planas, normal a la dirección de propagación , sin divergencia del haz en ese punto. Sin embargo, debido a la difracción, que sólo puede permanecer fieles dentro de la gama de Rayleigh. El haz de un monomodo transversal (haz gaussiano) láser finalmente diverge en un ángulo que varía inversamente con el diámetro del haz, como es requerido por difracción teoría. Así, el "haz de lápiz" generada directamente por una común láser de helio-neón se extendería a un tamaño de quizás 500 kilometros cuando brilló en la Luna (de la distancia de la tierra). Por otro lado, la luz de un láser de semiconductor normalmente sale del pequeño cristal con una gran divergencia: hasta 50 °. Sin embargo, incluso un haz divergente tal puede ser transformado en un haz colimado de manera similar por medio de una lente de sistema, como siempre se incluye, por ejemplo, en un puntero láser, cuya luz se origina a partir de un diodo láser. Eso es posible debido al ser de luz de un solo modo espacial. Esta propiedad única de la luz láser, coherencia espacial, no puede ser replicado utilizando fuentes de luz estándar (excepto descartando la mayor parte de la luz), como se puede apreciar al comparar el haz de una linterna (antorcha) o centro de atención a la de casi cualquier láser.

Quantum vs. procesos de emisión clásicos
El mecanismo de producción de radiación en un láser se basa en la emisión estimulada, donde la energía se extrae de una transición en un átomo o molécula. Este es un fenómeno cuántico descubierto por Einstein que deriva la relación entre el coeficiente A que describe la emisión espontánea y el coeficiente B que se aplica a la absorción y la emisión estimulada. Sin embargo, en el caso del láser de electrones libres, los niveles de energía atómica no están involucrados; parece que el funcionamiento de este dispositivo en lugar exótico puede explicarse sin hacer referencia a la mecánica cuántica.

Modos continuo y pulsado de funcionamiento

Lidar mediciones de la topografía lunar hecha por Clementine misión.

LaserLink

Altímetro Láser de Mercurio (MLA) del MESSENGER nave espacial
Un láser puede ser clasificado como operando en modo continuo o pulsado, dependiendo de si la salida de potencia es esencialmente continua en el tiempo o si su salida toma la forma de pulsos de luz en una u otra escala de tiempo. Por supuesto, incluso un láser cuya salida es normalmente continua se puede girar intencionalmente y bajar en alguna tasa para crear pulsos de luz. Cuando la tasa de modulación está en escalas de tiempo mucho más lento que el tiempo de vida de la cavidad y el período de tiempo durante el cual la energía se puede almacenar en el medio de acción láser o un mecanismo de bombeo, entonces todavía se clasifica como un "modulada" o láser de onda continua "de impulsos". La mayoría de los diodos láser utilizados en los sistemas de comunicación caen en esa categoría.

Operación de onda continua
Algunas aplicaciones de los láseres dependen de un haz cuya potencia de salida es constante en el tiempo. Tal un láser se conoce como onda continua (CW). Muchos tipos de láseres se pueden hacer para que funcione en modo de onda continua para satisfacer dicha solicitud. Muchos de estos láseres en realidad lase en varios modos longitudinales al mismo tiempo, y late entre las frecuencias ligeramente diferentes ópticas de las oscilaciones, de hecho, producir variaciones de amplitud en escalas de tiempo más corto que el tiempo de ida y vuelta (el recíproco de la separación de frecuencias entre modos), por lo general unos pocos nanosegundos o menos. En la mayoría de los casos estos láseres todavía se denominan "onda continua" como su potencia de salida es constante cuando promediado sobre cualquier período de tiempo más largos, con las variaciones de potencia de muy alta frecuencia que tiene poco o ningún impacto en el uso previsto. (Sin embargo, el término no se aplica al modo bloqueado láser, donde la intención es crear pulsos muy cortos a razón del tiempo de ida y vuelta).

Para el funcionamiento de onda continua que se requiere para la inversión de población del medio de ganancia que ser repuesto continuamente por una fuente de bombeo constante. En algunos medios de acción láser esto es imposible. En algunos otros láseres que requeriría el bombeo del láser a un nivel muy alto de potencia continua que sería poco práctico o destruir el láser mediante la producción de calor excesivo. Estos láseres no se pueden ejecutar en modo CW.

Operación pulsada
Operación pulsada de láseres se refiere a cualquier láser no clasificados como onda continua, de modo que la potencia óptica aparece en pulsos de cierta duración en algún tasa de repetición. Esto abarca una amplia gama de tecnologías que abordan una serie de diferentes motivaciones. Algunos láseres se pulsan simplemente porque no se pueden ejecutar en continuo de modo.

En otros casos la aplicación requiere la producción de impulsos que tienen una energía tan grande como sea posible. Puesto que la energía del pulso es igual a la potencia media dividida por la tasa de repetición, este objetivo a veces puede ser satisfecha mediante la reducción de la tasa de impulsos de modo que más energía puede ser acumulado en entre pulsos. En la ablación con láser, por ejemplo, un pequeño volumen de material en la superficie de una pieza de trabajo se puede evaporar si se calienta en un tiempo muy corto, mientras que el suministro de la energía gradualmente permitiría que el calor se absorbe en el grueso de la pieza , no alcanzar una temperatura suficientemente alta en un punto particular.

Otras aplicaciones confían en la potencia de cresta del impulso (en lugar de la energía en el pulso), sobre todo con el fin de obtener ópticos no lineales efectos. Para una energía de impulso dado, esto requiere la creación de impulsos del menor tiempo posible utilizando técnicas tales como Q-conmutación.

El ancho de banda óptica de un pulso no puede ser más estrecha que el recíproco de la anchura del impulso. En el caso de pulsos extremadamente cortos, que implica la acción láser sobre un ancho de banda considerable, muy al contrario de los anchos de banda muy estrechos típicos de láseres CW. El medio emisor de láser en algunos láseres de colorante y vibrónicas láseres de estado sólido produce ganancia óptica en un amplio ancho de banda, haciendo posible un láser que puede así generar pulsos de luz tan corto como unos pocos femtosegundos (10 -15 s).

Q-conmutación
Artículo principal: Q-conmutación
En un láser de Q-conmutado, se deja que la inversión de población para construir mediante la introducción de la pérdida en el interior del resonador que excede la ganancia del medio; Esto también puede ser descrito como una reducción del factor de calidad o 'Q' de la cavidad. Luego, después de la bomba de la energía almacenada en el medio de láser se ha acercado al nivel máximo posible, el mecanismo de la pérdida introducido (a menudo un elemento electromagnético o acústico-óptico) se elimina rápidamente (o que ocurre por sí mismo en un dispositivo pasivo), lo que permite la acción láser para comenzar que obtiene rápidamente la energía almacenada en el medio de ganancia. Esto se traduce en un impulso corto que la incorporación de energía, y por lo tanto una alta potencia de pico.

Modo de bloqueo-
Artículo principal: Modo de bloqueo
Un láser de modo bloqueado es capaz de emitir pulsos extremadamente cortos del orden de decenas de picosegundos a menos de 10 femtosegundos. Estos pulsos se repetirán en el momento de ida y vuelta, es decir, el tiempo que tarda la luz en completar una ida y vuelta entre los espejos que comprenden el resonador. Debido a la límite de Fourier (también conocida como energía-tiempo de incertidumbre), un pulso de tal longitud temporal corto tiene un espectro repartidos en un ancho de banda considerable. Por lo tanto un medio como la ganancia debe tener un ancho de banda de ganancia suficientemente amplia para amplificar esas frecuencias. Un ejemplo de un material adecuado es de titanio -doped, cultivado artificialmente zafiro (Ti: zafiro), que tiene un ancho de banda de ganancia muy amplia y por lo tanto puede producir pulsos de sólo unos pocos femtosegundos duración.

Estos láseres modo bloqueado son una herramienta más versátil para la investigación de los procesos que ocurren en escalas de tiempo extremadamente cortos (conocida como la física de femtosegundo, la química de femtosegundo y ciencia ultrarrápida), para maximizar el efecto de la no linealidad en materiales ópticos (por ejemplo, en la generación de segundo armónico, paramétrica conversión descendente, osciladores paramétricos ópticos y similares), debido a la potencia de pico grande, y en aplicaciones de ablación. [cita requerida] Una vez más, debido a la duración del pulso extremadamente corto, tal láser producirá impulsos que alcanzan una potencia extremadamente alto pico .

Bombeo Pulsada
Otro método de lograr la operación de láser pulsado es bombear el material láser con una fuente que es en sí mismo pulsada, ya sea a través de carga electrónica en el caso de lámparas de flash, o otro láser que ya está pulsado. Bombeo pulsado fue utilizado históricamente con láseres de colorante, donde el tiempo de vida de la población invertida de una molécula de colorante era tan corto que una alta energía, se necesitaba bomba rápido. La manera de superar este problema era para cargar grandes condensadores que luego se cambiaron a descargar a través de lámparas de destellos, produciendo un destello intenso. También se requiere bombeo pulsada para láser de tres niveles en los que el nivel de energía más baja se convierte rápidamente altamente poblada prevenir una mayor acción láser hasta que esos átomos se relajan al estado fundamental. Estos láseres, como el láser excimer y el láser de vapor de cobre, no pueden funcionar en el modo CW.

Historia
Cimientos
En 1917, Albert Einstein estableció los fundamentos teóricos para el láser y el máser en el periódico Zur Quantentheorie der Strahlung (En la teoría cuántica de la radiación) a través de una nueva derivación de Max Planck ley 's de la radiación, basado conceptualmente en coeficientes de probabilidad ( coeficientes de Einstein) para la absorción, emisión espontánea, y la emisión estimulada de radiación electromagnética. En 1928, Rudolf W. Ladenburg confirmó la existencia de los fenómenos de la emisión estimulada y absorción negativa. [11] En 1939, Valentin A. Fabrikant predijo el uso de emisión estimulada para amplificar las ondas "cortas". [12] En 1947, Willis E. Lamb y RC Retherford encontraron emisión estimulada de manifiesto en los espectros de hidrógeno y efectuar la primera demostración de la emisión estimulada. [11] En 1950, Alfred Kastler (Premio Nobel de Física 1966) propusieron el método de bombeo óptico, confirmado experimentalmente, dos años más tarde , por Brossel, Kastler, y Winter. [13]

Maser
Artículo principal: Maser

Aleksandr Prokhorov
En 1953, Charles Townes duro y estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger produjeron el primer amplificador de microondas, un dispositivo que funciona en principios similares al láser, pero la amplificación de microondas de radiación en lugar de la radiación infrarroja o visible. Máser de Townes era incapaz de salida continua. [Cita requerida] Mientras tanto, en la Unión Soviética, Nikolay Basov y Aleksandr Prokhorov estaban trabajando de forma independiente en el quantum oscilador y resolvió el problema de los sistemas de continua de salida mediante el uso de más de dos niveles de energía. Estos medios de ganancia podrían liberar emisiones estimuladas entre un estado excitado y un estado excitado inferior, no el estado fundamental, lo que facilita el mantenimiento de una inversión de población. En 1955, Prokhorov y Basov sugirieron bombeo óptico de un sistema multi-nivel como un método para la obtención de la inversión de población, más tarde, un método principal de bombeo láser.

Townes informa que varios físicos -entre ellos eminentes Niels Bohr, John von Neumann, Isidor Rabi, Polykarp Kusch y Llewellyn Thomas -argued el máser violó de Heisenberg principio de incertidumbre y por lo tanto no podía trabajar. [14] En 1964 Charles Hard Townes, Nikolay Basov y Aleksandr Prokhorov compartieron el Premio Nobel de Física ", para el trabajo fundamental en el campo de la electrónica cuántica, lo que ha llevado a la construcción de osciladores y amplificadores basados ​​en el principio máser-láser".

Láser
En 1957, Charles Townes duro y Arthur Leonard Schawlow, a continuación, en los Laboratorios Bell, comenzó un estudio serio del láser infrarrojo. Como desarrollaron las ideas, abandonaron infrarroja radiación para concentrarse en cambio en la luz visible. El concepto fue originalmente llamado "máser óptico". En 1958, los Laboratorios Bell presentó una solicitud de patente para su máser óptico propuesto; y Schawlow y Townes presentaron un manuscrito de sus cálculos teóricos a la Physical Review, publicado ese año en el tomo 112, Edición No. 6.


LASER portátil: Primera página del cuaderno en el que Gordon Gould acuñó el acrónimo LASER, y describió los elementos para construir el dispositivo.
Al mismo tiempo, en la Universidad de Columbia, el estudiante graduado Gordon Gould estaba trabajando en una tesis doctoral acerca de los niveles de energía de emocionados talio. Cuando se reunieron Gould y Townes, hablaron de la radiación de emisiones, como un tema general; después, en noviembre de 1957, Gould señaló sus ideas para un "láser", incluyendo el uso de un proceso abierto resonador (más tarde un componente esencial láser dispositivo). Por otra parte, en 1958, Prokhorov propuso de forma independiente mediante un resonador abierto, la primera aparición publica (la URSS) de esta idea. En otros lugares, en los EE.UU., Schawlow y Townes habían acordado un diseño láser resonador abierto - aparentemente sin darse cuenta de las publicaciones de Prokhorov y el trabajo con láser inédita de Gould.

En una conferencia en 1959, Gordon Gould publicó el término LASER en el periódico El LASER, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. [1] [5] intención lingüística de Gould estaba usando el "-aser" partícula palabra como un sufijo - de precisión denotar el espectro de la luz emitida por el dispositivo láser; por lo tanto, los rayos X: Xaser, ultravioleta: uvaser, etcétera; ninguno se estableció como un término discreta, aunque "raser" fue brevemente popular para denotar dispositivos de radiofrecuencia que emiten.

Notas de Gould incluidas posibles aplicaciones de un láser, como la espectrometría, interferometría, radar, y la fusión nuclear. Continuó el desarrollo de la idea, y presentó una solicitud de patente en abril de 1959. La Oficina de Patentes de Estados Unidos le negó su solicitud, y otorgó una patente a los laboratorios Bell, en 1960. Eso provocó una de veintiocho años demanda, con prestigio científico y dinero que está en juego. Gould ganó su primera patente de menor importancia en 1977, pero no fue hasta 1987 que ganó la primera significativa victoria demanda de patente, cuando un juez federal ordenó a la Oficina de Patentes de Estados Unidos para emitir patentes de Gould para el bombeo óptico y las de descarga de gas dispositivos láser. La cuestión de cómo asignar el crédito por la invención del láser sigue sin resolverse por los historiadores. [15]

El 16 de mayo de 1960, Theodore H. Maiman operó el primer láser de funcionamiento, [16] [17] en Hughes Research Laboratories, Malibú, California, por delante de varios equipos de investigación, incluidas las de Townes, en la Universidad de Columbia, Arthur Schawlow, al Bell Labs, [18] y Gould, de la empresa TRG (Grupo de Investigación Técnica). Láser funcional de Maiman utilizó un estado sólido lámpara de destellos -pumped sintética ruby cristal para producir luz láser de color rojo, en 694 nanómetros de longitud de onda; sin embargo, el dispositivo sólo era capaz de funcionamiento por impulsos, debido a su esquema de diseño de bombeo de tres niveles. Más tarde ese año, el iraní físico Ali Javan, y William R. Bennett, y Donald Herriott, construyó el primer láser de gas, utilizando helio y neón que era capaz de operación continua en el infrarrojo (patente estadounidense 3.149.290); después, Javán recibió el Premio Albert Einstein en 1993. Basov y Javán propuso el semiconductor diodo láser concepto. En 1962, Robert N. Pasillo demostró la primera diodo láser dispositivo, hecho de arseniuro de galio y emitida a 850 nm el cercano infrarrojo banda del espectro. Más tarde ese año, Nick Holonyak, Jr. demostró el primer láser semiconductor con una emisión visible. Esta primera láser semiconductor sólo se podía utilizar en operación pulsada de haz, y cuando se enfría a nitrógeno líquido temperaturas (77 K). En 1970, Zhorés Alfiórov, en la URSS, y Izuo Hayashi y Morton Panish de Bell Telephone Laboratorios también desarrollaron de forma independiente de temperatura ambiente, los láseres de diodo continua-operación, utilizando la heterounión estructura.

Las innovaciones recientes

Gráfico que muestra la historia de la máxima intensidad de pulso láser a lo largo de los últimos 40 años.
Desde los primeros tiempos de la historia de láser, la investigación con láser ha producido una variedad de mejores y más especializados tipos de láser, optimizados para diferentes objetivos de rendimiento, incluyendo:

nuevas bandas de longitud de onda
máxima potencia de salida media
pulso pico máximo de energía
pulso pico máximo de potencia
salida mínima duración del pulso
máxima eficiencia energética
coste mínimo
y esta investigación continúa hasta nuestros días.

Lasing sin mantener el medio excitado en una inversión de población [dudoso - discutir] fue descubierto en 1992 en sodio de gas y de nuevo en 1995 en el rubidio. De gas por varios equipos internacionales [cita requerida] Esto se logró mediante el uso de un máser externa para inducir "óptica transparencia "en el medio mediante la introducción de interferir destructivamente y las transiciones de electrones entre dos caminos de tierra, de modo que la probabilidad de los electrones de tierra para absorber cualquier energía ha sido cancelada.

Tipos y principios de funcionamiento
Para una lista más completa de los tipos de láser ver esta lista de tipos de láser.

Las longitudes de onda de los láseres disponibles comercialmente. Tipos de láser con líneas de láser distintos se muestran por encima de la barra de longitud de onda, mientras que por debajo se muestran los láseres que pueden emitir en un rango de longitud de onda. El color codifica el tipo de material láser (vea la descripción de la figura para más detalles).
Láseres de gas
Artículo principal: láser de gas
Después de la invención del láser de gas de He-Ne, se han encontrado muchas otras emisiones de gases para amplificar la luz coherente. Láseres de gas que utilizan muchos gases diferentes se han construido y utilizado para muchos propósitos. El láser de helio-neón (HeNe) es capaz de operar en un número de diferentes longitudes de onda, sin embargo, la gran mayoría están diseñados para lase a 633 nm; estos láseres relativamente baratos, pero muy coherentes son muy comunes en la investigación óptica y laboratorios educativos. Comercial dióxido de carbono (CO 2) láseres pueden emitir muchos cientos de vatios en un solo modo espacial que puede ser concentrada en un pequeño punto. Esta emisión es en el infrarrojo térmico a 10,6 m; tales láseres se utilizan regularmente en la industria para el corte y la soldadura. La eficiencia de un CO 2 láser es inusualmente alta:. Más del 30% [19] de ion argón láseres pueden funcionar a un número de transiciones de acción láser entre 351 y 528,7 nm. Dependiendo del diseño óptico una o más de estas transiciones pueden ser de acción láser de forma simultánea; las líneas más utilizadas son 458 nm, 488 nm y 514.5 nm. Un nitrógeno descarga eléctrica transversal en el gas a presión atmosférica (TEA) con láser es un láser de gas barato, a menudo en casa construida por los aficionados, que produce la luz ultravioleta en lugar incoherente a 337,1 nm. [20] láseres de iones de metal son láseres de gas que generan profunda ultravioleta longitudes de onda. Helio -plata (heag) 224 nm y neón -cobre (NECU) 248 nm son dos ejemplos. Como todos los láseres de gas de baja presión, los medios de ganancia de estos láseres tienen bastante estrechas oscilación anchuras de línea, a menos de 3 GHz (0,5 picómetros), [21] les hacen candidatos para su uso en la fluorescencia suprimido la espectroscopia Raman.

Láseres químicos
Láseres químicos son alimentados por una reacción química que permite una gran cantidad de energía para ser puesto en libertad rápidamente. Estos láseres de muy alta potencia son especialmente de interés para los militares, sin embargo los láseres de onda químicas continuas a niveles de potencia muy altos, alimentados por corrientes de gases, se han desarrollado y tienen algunas aplicaciones industriales. Como ejemplos, en el láser de fluoruro de hidrógeno (2700-2900 nm) y el láser de fluoruro de deuterio (3800 nm), la reacción es la combinación de hidrógeno o deuterio gaseoso con productos de combustión de etileno en el trifluoruro de nitrógeno.

Láseres Excimer
Láseres excimer son un tipo especial de láser de gas alimentado por una descarga eléctrica en el que el medio de acción láser es un excimer, o más precisamente una exciplejo en los diseños existentes. Estos son moléculas que sólo puede existir con un átomo en un estado electrónico excitado. Una vez que la molécula transfiere su energía de excitación a un fotón, por lo tanto, sus átomos se ya no ligados entre sí y la molécula se desintegra. Esto reduce drásticamente la población del estado de menor energía facilitando así en gran medida una inversión de población. Excímeros que actualmente se utilizan son todos compuestos de gases nobles; gases nobles son químicamente inertes y sólo pueden formar compuestos, mientras que en un estado excitado. Láseres Excimer habitualmente funcionan a ultravioleta longitudes de onda con las principales aplicaciones, incluyendo semiconductores fotolitografía y LASIK cirugía ocular. Moléculas excimer usados ​​comúnmente incluyen ArF (emisión a 193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), XeCl (308 nm), y XeF (351 nm). [22] El molecular flúor láser, que emite a 157 nm en el ultravioleta de vacío se refiere a veces como un láser excimer, sin embargo, esto parece ser un nombre inapropiado en la medida en F 2 es un compuesto estable.

Láseres de estado sólido

Un 50 W FASOR, basado en un láser de Nd: YAG, que se utiliza en el rango óptico Starfire.
Láseres de estado sólido utilizan una vara cristalina o de vidrio que es "dopados" con iones que proporcionan los estados de energía requeridos. Por ejemplo, el primer láser de trabajo era un láser de rubí, hecho de rubí (cromo -doped corindón). La inversión de población se mantiene en realidad el dopante. Estos materiales son bombeados ópticamente usando una longitud de onda más corta que la longitud de onda de emisión láser, a menudo a partir de un tubo de destellos o de otro láser. El uso del término "estado sólido" en la física del láser es más estrecho que en el uso típico. Láseres semiconductores (diodos láser) son típicamente no se hace referencia como el láser de estado sólido.

Neodimio es un dopante común en varios cristales láser de estado sólido, incluyendo el itrio ortovanadato (Nd: YVO 4), fluoruro de litio de itrio (Nd: YLF) y granate de itrio aluminio (Nd: YAG). Todos estos láseres pueden producir altos poderes en el infrarrojo del espectro a 1064 nm. Se utilizan para el corte, soldadura y marcado de los metales y otros materiales, y también en la espectroscopia y para bombear láseres de colorante. Estos láseres también son comúnmente frecuencia se duplicaron, triplicaron o cuadruplicaron para producir 532 nm (verde, visible), 355 nm y 266 nm (UV) vigas, respectivamente. Doble frecuencia de estado sólido bombeados por diodos (DPSS) láseres se usan para hacer brillantes punteros láser verde.

Iterbio, holmio, tulio y erbio son otros "dopantes" comunes en los láseres de estado sólido. El iterbio se utiliza en los cristales como Yb: YAG, Yb: KGW, Yb: KYW, Yb: SYS, Yb: CHICOS, Yb: CaF 2, por lo general operan alrededor de 1020 a 1050 nm. Ellos son potencialmente muy eficiente y de alta potencia, debido a un pequeño defecto cuántico. Extremadamente altas potencias en pulsos ultracortos se puede lograr con Yb:. YAG Holmium -doped cristales YAG emiten a 2097 nm y forman un láser eficiente que opera a infrarrojos longitudes de onda fuertemente absorbida por los tejidos que contienen agua. El Ho-YAG se suele funcionar en un modo pulsado, y pasa a través de dispositivos quirúrgicos de fibra óptica a resurgir articulaciones, retire la pudrición de los dientes, vaporizar tipos de cáncer, y pulverizar cálculos renales y biliares.

Titanio -doped zafiro (Ti: zafiro) produce una altamente sintonizable infrarrojos láser, de uso común para la espectroscopia. También es notable para su uso como un modo bloqueado la producción de láser pulsos ultracortos de poder extremadamente alto pico.

Limitaciones Térmicas en los láseres de estado sólido surgen de potencia de la bomba sin convertir que calienta el medio. Este calor, cuando se combina con un alto coeficiente de termo-óptico (d n / d T) puede causar efecto de lente térmica y reducir la eficiencia cuántica. Delgadas bombeado por diodo láser de disco superar estos problemas por tener un medio de ganancia que es mucho más delgado que el diámetro del haz de la bomba. Esto permite una temperatura más uniforme en el material. Láseres de disco delgado se han demostrado para producir haces de hasta un kilovatio. [23]

Los láseres de fibra
Artículo principal: láser de fibra
Láseres de estado sólido o amplificadores láser donde la luz se guía por la reflexión interna total en un solo modo de fibra óptica en cambio se llama láseres de fibra. Rectores de la luz permite que las regiones de ganancia extremadamente largas proporcionar buenas condiciones de enfriamiento; fibras tienen gran superficie en relación al volumen que permite un enfriamiento eficiente. Además, las propiedades de guía de ondas de la fibra tienden a reducir la distorsión térmica de la viga. Erbio y de iterbio iones son especies activas comunes en este tipo de láseres.

Muy a menudo, el láser de fibra está diseñado como una fibra de doble revestimiento. Este tipo de fibra se compone de un núcleo de la fibra, un revestimiento interior y un revestimiento exterior. El índice de las tres capas concéntricas se elige de manera que el núcleo de la fibra actúa como una fibra monomodo para la emisión láser mientras que los actos revestimiento exterior como un núcleo altamente multimodo para el láser de bombeo. Esto permite que la bomba de propagar una gran cantidad de energía en ya través de la región de núcleo interno activo, mientras que todavía tiene una apertura numérica alta (NA) para tener condiciones de inyección fáciles.

La luz de la bomba se puede utilizar de manera más eficiente mediante la creación de un disco láser de fibra, o una pila de tales láseres.

Los láseres de fibra tienen un límite fundamental en que la intensidad de la luz en la fibra no puede ser tan alta que no linealidades ópticas inducidas por la intensidad de campo eléctrico local puede llegar a ser dominante e impedir el funcionamiento del láser y / o conducir a la destrucción material de la fibra. Este efecto se denomina photodarkening. En los materiales láser a granel, el enfriamiento no es tan eficiente, y es difícil separar los efectos de photodarkening de los efectos térmicos, pero los experimentos en fibras muestran que la photodarkening se puede atribuir a la formación de de larga vida centros de color. [ cita requerida]

Láseres de cristal fotónico
Láseres de cristal fotónico son láseres basados ​​en nano-estructuras que proporcionan el confinamiento de modo y la densidad de estados ópticos (DOS) estructura requerida para las votaciones a tener lugar. [Aclaración necesaria] Son típicos micrómetros de tamaño [dudoso - discutir] y sintonizable en las bandas de los cristales fotónicos. [24] [aclaración necesaria]

Los láseres semiconductores

Un 5,6 mm 'cerrado puede' diodo láser comercial, probablemente de un CD o DVD
Los láseres semiconductores son diodos que son bombeados eléctricamente. La recombinación de electrones y huecos creados por la corriente aplicada introduce ganancia óptica. Reflexión de los extremos del cristal formar un resonador óptico, aunque el resonador puede ser externo al semiconductor en algunos diseños.

Comerciales diodos láser emiten en longitudes de onda de 375 nm a 3500 nm. [25] Menor a diodos láser de potencia media se utilizan en los punteros láser, impresoras láser y reproductor de CD / DVD. Los diodos láser también se utilizan con frecuencia para ópticamente bombear otros láseres con alta eficiencia. Los diodos láser de potencia industrial más altos, con potencia de hasta 10 kW (70 dBm) [cita requerida], se utilizan en la industria de corte y soldadura. Láseres de semiconductor de cavidad externa tienen un medio activo semiconductor en una cavidad más grande. Estos dispositivos pueden generar salidas de alta potencia con buena calidad del haz, estrecho de longitud de onda sintonizable linewidth radiación o pulsos láser ultracortos.

En 2012, Nichia y OSRAM desarrollados y de alta potencia diodos manufacturados comerciales verdes láser (515/520 nm), que compiten con los láseres de estado sólido diodo-bombeado tradicionales. [26] [27]

Láseres emisores de superficie de la cavidad vertical (VCSEL) son láseres semiconductores cuya dirección de emisión es perpendicular a la superficie de la oblea. Dispositivos VCSEL tienen típicamente un haz de salida más circular que los diodos láser convencionales. A partir de 2005, sólo 850 VCSELs nm están ampliamente disponibles, con 1300 VCSELs nm comenzando a comercializarse, [28] y 1550 dispositivos nm un área de investigación. VECSELs son VCSEL externa cavidades. Láseres de cascada cuántica son láseres semiconductores que tienen una activa transición entre la energía sub-bandas de un electrón en una estructura que contiene varios pozos cuánticos.

El desarrollo de un silicio láser es importante en el campo de la computación óptica. El silicio es el material de elección para los circuitos integrados, y así electrónica y fotónicos de silicio componentes (tales como interconexiones ópticas) podría fabricarse en el mismo chip. Por desgracia, el silicio es un material láser difícil de tratar, ya que tiene ciertas propiedades que bloquean la acción láser. Sin embargo, recientemente equipos han producido láseres de silicio a través de métodos tales como la fabricación de material de emisión láser desde el silicio y otros materiales semiconductores, tales como indio (III) fosfuro o de galio (III) arseniuro, materiales que permiten que la luz coherente que debe ser producido a partir de silicio. Estos se llaman láser de silicio híbrido. Otro tipo es un láser Raman, que se aprovecha de dispersión Raman para producir un láser de materiales tales como el silicio.

Láseres de colorante

Primer plano de un láser de colorante de sobremesa basado en Rodamina 6G
Láseres de colorante utilizan un colorante orgánico como el medio de ganancia. El espectro de ganancia de ancho de colorantes disponibles, o mezclas de colorantes, permite que estos láseres para ser altamente ajustable, o producen muy pulsos de corta duración (del orden de unos pocos femtosegundos). Aunque estos láseres sintonizables son conocidos principalmente en su forma líquida, los investigadores también han demostrado estrecho ancho de línea de emisión sintonizable en configuraciones de oscilador dispersivos que incorporan medios de ganancia de colorante en estado sólido. [29] En su forma más frecuente de estos láseres de colorante en estado sólido utilizan tinte dopado polímeros como los medios de comunicación por láser.

Láseres de electrones libres-

El láser de electrones libres FELIX en el Instituto FOM para Plasma Physics Rijnhuizen, Nieuwegein
Láseres de electrones libres, o FELs, generan potencia radiación coherente, alta que está ampliamente sintonizable, en la actualidad, que van de longitud de onda de las microondas a través de la radiación de terahercios y de infrarrojos para el espectro visible, a los rayos X blandos. Tienen la gama de frecuencias más amplia de cualquier tipo de láser. Mientras haces FEL comparten los mismos rasgos ópticos como otros láseres, como la radiación coherente, operación FEL es muy diferente. A diferencia de gas, líquido o láseres de estado sólido, que dependen de estados atómicos o moleculares ligados, FELs utilizar un haz de electrones relativistas como el medio de láser, de ahí el término libre de electrones.

Medios exóticos
En septiembre de 2007, la BBC informó de que se especuló sobre la posibilidad de utilizar positronium aniquilación de conducir un poderoso rayo gamma láser. [30] El Dr. David Cassidy de la Universidad de California, Riverside propone que un solo tal láser podría ser utilizado para encender una fusión nuclear de reacción, la sustitución de los bancos de cientos de láseres empleados actualmente en fusión por confinamiento inercial experimentos. [30]

Basadas en el espacio láseres de rayos X bombeada por una explosión nuclear también se han propuesto como armas antimisiles. [31] [32] Tales dispositivos serían armas de un solo disparo.

Las células vivas se han utilizado para producir luz láser. [33] [34] Las células fueron modificadas genéticamente para producir la proteína fluorescente verde (GFP). La GFP se utiliza como "medio de ganancia" del láser, donde amplificación de la luz se lleva a cabo. Las células se colocaron entre dos espejos diminutos, a sólo 20 millonésimas de metro de diámetro, que actuaron como la "cavidad láser" en el que la luz podría rebotar muchas veces a través de la célula. Al bañar a la célula con luz azul, se pudo ver a emitir dirigida e intensa luz láser verde.

Usos

Los láseres varían en tamaño desde microscópicas láseres de diodo (arriba) con numerosas aplicaciones, al campo de fútbol de tamaño de neodimio láseres de vidrio (abajo) utilizados para la fusión por confinamiento inercial, las armas nucleares de investigación y otros experimentos de física de alta densidad de energía.
Artículo principal: Lista de aplicaciones para láser
Cuando el láser se inventaron en 1960, se les llamaba "una solución en busca de un problema". [35] Desde entonces, se han convertido en omnipresente, encontrando utilidad en miles de aplicaciones muy variadas en todos los sectores de la sociedad moderna, incluyendo la electrónica de consumo, información la tecnología, la ciencia, la medicina, la industria, la aplicación de la ley, el entretenimiento y la militar. la comunicación de fibra óptica utilizando láseres es una tecnología clave en las comunicaciones modernas, permitiendo servicios como el internet.

El primer uso del láser en la vida cotidiana de la población en general era el supermercado de código de barras escáner, introducido en 1974. El disco láser jugador, introducido en 1978, fue el primer producto de consumo con éxito para incluir un láser, pero el reproductor de disco compacto fue el primer láser dispositivo -Equipado para convertirse en común, a partir de 1982 seguido en breve por las impresoras láser.

Otros usos son:

Medicina: cirugía sin sangre, la curación láser, tratamiento quirúrgico, cálculos renales tratamiento, tratamiento ocular, la odontología.
Industria: corte, soldadura, tratamiento térmico de materiales, marcando partes, la medición sin contacto de las partes.
Militares: objetivos de marcado, que guían las municiones, de defensa de misiles, contramedidas electro-ópticos (EOCM), alternativas para el radar, el cegamiento tropas.
Aplicación de la ley: se utiliza para latente la huella digital de detección en la identificación forense de campo [36] [37]
Investigación: La espectroscopia, la ablación por láser, láser de recocido, con láser de dispersión, láser interferometría, lidar, láser captura microdissection, microscopía de fluorescencia, la metrología.
El desarrollo de productos / comercial: las impresoras láser, discos ópticos (por ejemplo, CDs y similares), códigos de barras escáneres, termómetros, punteros láser, hologramas, bubblegrams.
Iluminación láser pantallas: espectáculos de luz láser.
Cosméticos tratamientos de la piel: acné tratamiento, celulitis y estrías de reducción y eliminación de pelo.
En 2004, con exclusión de los láseres de diodo, aproximadamente 131.000 láseres se vendieron por un valor de US $ 2.19 mil millones. [38] En el mismo año, aproximadamente 733 millones láseres de diodo, valorado en $ 3.20 mil millones, se vendieron. [39]

Ejemplos de poder

Aplicación Laser en astronómica óptica adaptativa de imágenes
Diferentes aplicaciones necesitan rayos láser con diferentes potencias de salida. Los láseres que producen un haz continuo o una serie de pulsos cortos se pueden comparar sobre la base de su potencia media. Los láseres que producen pulsos también pueden caracterizarse basándose en el pico de energía de cada pulso. El pico de potencia de un láser pulsado es muchos órdenes de magnitud mayor que su potencia media. La potencia de salida media es siempre menor que la potencia consumida.

La potencia continua o medio necesario para algunos usos:
Energía Usar
1.5 mW Punteros láser
5 mW CD-ROM de la unidad
5-10 mW Reproductor de DVD o unidad de DVD-ROM
100 mW De alta velocidad de CD-RW quemador
250 mW Consumidor 16 × DVD-R quemador
400 mW La quema a través de una caja de plástico que incluye el disco dentro de 4 segundos [40]
DVD 24 × grabación de doble capa. [41]
1 W Laser verde en la corriente Holographic Versatile Disc desarrollo de prototipos
1.20 W La producción de la mayoría de los disponibles comercialmente láseres de estado sólido utilizado para micro mecanizado
30-100 W Típicos sellados CO 2 láseres quirúrgicos [42]
100-3000 W Típicos sellados CO 2 láseres utilizados en la industria de corte por láser
Ejemplos de sistemas pulsados ​​con alta potencia de pico:

700 TW (700 × 10 12 W) - Instalación Nacional de Ignición., Un 192-viga, sistema de láser de 1.8 megajoule junto a una cámara de objetivo de 10 metros de diámetro [43]
1.3 PW (1,3 × 10 15 W) - láser más poderoso del mundo a partir de 1998, situado en el Laboratorio Lawrence Livermore [44]
Usos Hobby
En los últimos años, algunos aficionados han tomado interés en los láseres. Los láseres utilizados por los aficionados son generalmente de clase IIIa o IIIb (ver Seguridad), aunque algunos han hecho sus propios tipos de clase IV. [45] Sin embargo, en comparación con otros aficionados, aficionados láser son mucho menos comunes, debido a los peligros de costes y potenciales involucrado. Debido al costo de los láseres, algunos aficionados utilizan medios económicos para obtener los láseres, como el rescate de los diodos láser de jugadores rotos DVD (rojo), Blu-ray jugadores (violeta), o incluso mayores diodos láser de potencia de CD o grabadoras de DVD. [ 46]

Los aficionados también han estado tomando láseres pulsados ​​los excedentes de las aplicaciones militares retirados y modificándolos para pulsada la holografía. Pulsada Ruby y YAG pulsados ​​se han utilizado.

La seguridad
Símbolo europeo de alerta láser
Etiqueta de advertencia láser de EE.UU.
Izquierda: símbolo europeo de alerta láser requerida para 2 láseres de clase y superior. Etiqueta de advertencia láser de Estados Unidos, en este caso para un láser de clase 3B: Derecho
Artículo principal: Seguridad láser
Incluso el primer láser fue reconocido como potencialmente peligroso. Theodore Maiman caracterizó el primer láser como tener un poder de uno "Gillette", ya que podría quemar a través de uno Gillette razor blade. Hoy en día, se acepta que incluso los láseres de baja potencia con sólo unos pocos milivatios de potencia de salida pueden ser peligrosos para la vista humana cuando el rayo golpea el ojo directamente o después de la reflexión de una superficie brillante. En longitudes de onda que la córnea y la lente puede enfocar bien, la coherencia y la baja divergencia de la luz láser significa que se puede enfocar el ojo en un extremadamente pequeño punto en la retina, lo que resulta en la quema localizada y daño permanente en cuestión de segundos o incluso menos hora.

Los láseres son generalmente etiquetados con un número de clase de seguridad, que identifica lo peligroso que el láser es:

Clase 1 es inherentemente seguro, por lo general debido a que la luz se contiene en un recinto, por ejemplo, en los reproductores de CD.
Clase 2 es seguro durante el uso normal; el reflejo de parpadeo del ojo evitará daños. Por lo general, hasta 1 mW de potencia, por ejemplo punteros láser.
Clase 3R (antes IIIa) láseres son por lo general hasta 5 mW y suponen un pequeño riesgo de lesiones oculares en el momento del reflejo de parpadeo. Mirando en un haz como por varios segundos es probable que cause daño a un punto en la retina.
Clase 3B puede causar daño a los ojos inmediatamente después de la exposición.
4 láseres de clase pueden quemar la piel y, en algunos casos, incluso la luz dispersada pueden causar daños en los ojos y / o piel. Muchos láseres industriales y científicos pertenecen a esta clase.
Las potencias indicadas son para luz visible, rayos láser de onda continua. Para láseres pulsados ​​y longitudes de onda invisibles, se aplican otros límites de potencia. Las personas que trabajan con 3B clase y clase 4 láseres pueden proteger sus ojos con gafas de seguridad que están diseñados para absorber la luz de una determinada longitud de onda.

Láseres infrarrojos con longitudes de onda más largas que aproximadamente 1,4 micrómetros se refieren a menudo como "ojo-safe", debido a que la córnea tiende a absorber la luz en estas longitudes de onda, la protección de la retina de los daños. La etiqueta de "ojo-seguro" puede ser engañoso, sin embargo, ya que sólo se aplica a una potencia relativamente baja vigas de onda continua; un alto poder o Q-switched láser en estas longitudes de onda pueden quemar la córnea, causando daños graves en los ojos, e incluso láseres de potencia moderados pueden dañar el ojo.

Como armas

Los EE.UU.-israelí arma táctico de alta energía se ha utilizado para derribar cohetes y proyectiles de artillería.
Los láseres de todos, pero las potencias más bajas potencialmente pueden ser usados ​​como armas incapacitantes, a través de su capacidad para producir pérdida temporal o permanente de visión en diversos grados cuando dirigido a los ojos. El grado, el carácter y duración de trastorno de la visión causada por la exposición del ojo a la luz láser varía con la potencia del láser, la longitud de onda (s), la colimación del haz, la orientación exacta de la viga, y la duración de la exposición. Los láseres de ni siquiera una fracción de un vatio en el poder pueden producir inmediata, pérdida permanente de la visión bajo ciertas condiciones, por lo que este tipo de láseres potenciales armas no letales, pero incapacitantes. La desventaja extrema que la ceguera inducida por láser representa hace que el uso de láseres incluso como armas no letales moralmente controvertida, y las armas diseñadas para causar ceguera han sido prohibidos por el Protocolo sobre armas láser cegadoras. Los incidentes de pilotos expuestos a rayos láser mientras volaba han llevado a las autoridades de aviación de aplicar procedimientos especiales para hacer frente a tales riesgos. [47]

Armas láser capaz de directamente dañar o destruir un objetivo en combate aún están en fase experimental. La idea general de armamento de rayo láser es golpear un objetivo con un tren de breves pulsos de luz. La rápida evaporación y expansión de la superficie hace que las ondas de choque que dañan el objetivo. [Cita requerida] La potencia necesaria para proyectar un haz de láser de alta potencia de este tipo es más allá del límite de la tecnología actual de energía móvil, favoreciendo así químicamente potencia lásers dinámicos de gas . Sistemas experimentales ejemplo incluyen MIRACL y el Láser Táctico de Alta Energía.


Boeing YAL-1. El sistema láser está montado en una torreta unido a la nariz aviones
A lo largo de la década de 2000, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos trabajó en el Boeing YAL-1, un láser aerotransportado montado en un Boeing 747. Fue pensado para ser utilizado para derribar misiles balísticos entrantes sobre territorio enemigo. En marzo de 2009, Northrop Grumman afirma que sus ingenieros en Redondo Beach habían construido con éxito y probado un láser de estado sólido eléctrico capaz de producir un haz de 100 kilovatios, lo suficientemente potente como para destruir un avión. Según Brian Strickland, director para el Ejército de los Estados Unidos programa de láser de estado sólido de alta potencia conjunta 's, un láser eléctrico es capaz de ser montado en un avión, barco u otro vehículo, ya que requiere mucho menos espacio para su equipo de apoyo que un láser químico. [48] Sin embargo, la fuente de una gran potencia, tales eléctrica en una aplicación móvil sigue siendo poco clara. En última instancia, el proyecto se consideró inviable, [49] [50] [51] y fue cancelado en diciembre de 2011, [52] con el Boeing YAL-1 prototipo se almacena y, finalmente desmantelado.

La Marina de los Estados Unidos está desarrollando un arma láser denominado el Sistema de Armas Láser o leyes. [53]

Ver también

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