Clasificación y construcción de láser

Clasificación y construcción de láser

Han pasado más de 100 años desde que Albert Einstein estableció los primeros fundamentos para el desarrollo de los láseres, esto con la ayuda de la ley de radiación de Max Planck, conforme el tiempo fue transcurriendo se establecieron nuevas teorías y se crearon nuevos teoremas que trataban de explicar el posible funcionamiento de un dispositivo láser, actualmente los láseres no solo son una realidad, si no que también forman parte de muchos procesos importantes en las industrias y en los hogares.

¿Que es un Láser?

La palabra láser es un acronimo creado para resumir su verdadero significado, en ingles se describe como “light amplification by stimulated emission of radiation”, mientras tanto la traducción al español nos dice que la palabra láser significa “amplificación de luz por emisión estimulada de radiación“.

Un láser resulta ser una fuente de luz cuasi‐monocromática, puede emitir un haz de luz en el cual se transmite información de manera inalambrica a través del espacio físico, debido a la composición de la haz este no presenta interferencias al toparse con gases, polvo y otros elementos que se encuentren presentes en el ambiente, sin embargo si puede verse afectado por paredes y objetos refractantes.

En algunas definiciones se explica que el láser utiliza los principios de la  mecánica cuántica, ya que al momento de su funcionamiento realiza una emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente tanto espacial como temporalmente.

En el siguiente vídeo se puede apreciar una explicación más practica de lo que es un láser, su composición interna y su funcionamiento:

Construcción de un láser

En la actualidad existen muchos tipos de láseres, el uso que se le vaya a dar es lo que dictara su modo de construcción o fabricación, sin embargo estos dispositivos convergen en la forma en que funcionan y a continuación te mostramos las partes que conforman a casi cualquier láser:

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1. Medio activo con ganancia óptica: Este es el material físico en donde se produce la amplificación óptica, como veremos un poco más abajo, este material puede ser de diversos tipos según rendimiento que necesitemos.
2. Energía de bombeo para el láser: Esta es la energía que se encarga de excitar al medio activo para que comience a a realizar la amplificación óptica.
3. Espejo de alta reflectancia: Este espejo permite reflejar el 100% de la luz que reciba, por lo general es plano.
4. Espejo de acoplamiento o salida: Este permite reflejar de 95 a 80% de la luz que reciba, estos también pueden ser planos, aun que en ocasiones también pueden ser curvos y cambien su régimen de estabilidad.
5. Emisión del haz láser: Básicamente es el láser que esta siendo emitido.

Tipos de láseres

En la actualidad existen un sin fin de láseres, esto se debe principalmente a que es sus características lo hacen apto para cumplir con casi cualquier trabajo de precisión.

Existen algunos criterios establecidos para clasificar los tipos de láseres, estos son:

  • Según su forma de excitación: Esto significa que se clasifica dependiendo la forma en la que se activa, hay algunos láseres que se activan de modo continuo y hay otros que funcionan por pulsos.
  • Según el tipo de medio: Esto hacé referencia al medio físico por donde se transmita el láser, por lo general puede establecer que cualquier estado de la materia entra dentro de esta clasificación.
  • Según la longitud de onda que emita: Este es el alcance del láser, para determinar la longitud de un láser se ocupan luces de diferentes colores, entre estos están la luz ultravioleta, luz azul, luz verde, luz roja o luz infrarroja.
  • Según la potencia: Al igual que el punto anterior esto nos habla de que los láseres se pueden clasificar por láseres de baja potencia y de alta potencia.

Laseres Semiconductores

  • Diodos láser: este es el clásico emisor láser, utiliza una unión del ti´po semiconductora p-n muy similar a la utilizada en los dispositivos Leds, la única diferencia es que se coloca en una cavidad reflectora. Este tipo de láser tiene mucho usos, se le ocupa en punteros láser, impresoras, en las lectores de Discos CD, DVD y Blu Ray.
  • Láser de punto cuántico: Este tipo de láseres se ocupan más en procesos que requieren de una alta precisión, su funcionamiento se basa en un estado cuántico en el cual el tamaño del haz podría ser comparado con un átomo. Por su alta precisión y escaso ruido, estos láseres pueden equiparse a los de Gas, sin embargo son muy costosos y pueden dañarse con facilidad si no se le da un uso adecuado.
  • Láser de cascada cuántica (comúnmente llamado QCL en inglés), funciona con inyección eléctrica en un material semiconductor estructurado. Bajo un determinado potencial eléctrico, la inversión de población es realizada cuando niveles energéticos de la banda de conducción se alinean de una forma determinada. Estos niveles energéticos se repiten de forma periódica a lo largo de toda la estructura del láser formando, desde el punto de vista energético, una serie de «cascadas» o «escalones energéticos». Un electrón, al recorrer una a una estas cascadas energéticas, genera cuantos de luz, fotones, en cada uno de estos saltos energéticos.

Laseres de Gas

  • Láser de Helio-Neón, o láser HeNe: Este tipo de láseres solo se encuentran disponibles en grandes laboratorios, su costo es elevadamente alto, su precisión es muy alta y su nivel de ruido es prácticamente inexistente si se opera bajo condiciones adecuadas.
    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.
    Láser de dióxido de Carbono: Este Láser es capaz de emitir un haz infrarrojo lejano a 10.6 µm.
    Láser de Nitrógeno: Este permite la emisión de los conocidos rayos UV a 337 nm, por lo general su funcionamiento esta dado por pulsos.
    Láser excimer: el medio activo puede estar formado por diversas moléculas excímeras de vida muy corta formadas por gases nobles y halógenos, producen luz ultravioleta.
    Láser de Argón: tiene varias líneas de emisión aunque las principales son 514 nm y 488 nm. Trabaja en régimen continuo con potencias de hasta unas decenas de W.

Laseres de Estado sólido

La diferencia de estos láseres con los semi conductores es que por lo general están formados de materiales que maximizan su funcionamiento, estos pueden ser vidrio o incluso titanio.

  • Láser neodimio-YAG: El medio activo es un cristal YAG (Yttrium Aluminium Garnet) dopado con neodimio trivalente. Emite en el infrarrojo 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.
  • Láser de fibra dopada con erbio: Este tipo de láser puede ser descrito como un amplificador que permite transmitir información a grandes distancias, esto se debe al numero de fibras que lo componen.
    Láser de zafiro dopado con titanio trivalente: es un láser sintonizable desde el rojo
    hasta el infrarrojo cercano, entre 650 y 1100 nm. Tienen la característica de que según el diseño óptico de la cavidad puede operar en modo continuo o emitiendo pulsos ultra cortos.
  • Láser de rubí: Fue el primer tipo de láser que se produjo, se construyó en 1960 y emite luz a 694.3 nm, visible como un rojo profundo.

Laseres de Colorante o líquidos

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 operar en ultravioleta, visible o infrarrojo. https://i1.wp.com/ingenieriaelectronica.org/wp-content/uploads/Clasificación-y-construcción-de-láser.jpg?fit=650%2C320&ssl=1https://i1.wp.com/ingenieriaelectronica.org/wp-content/uploads/Clasificación-y-construcción-de-láser.jpg?resize=128%2C63&ssl=1LuisOptoelectrónica

Han pasado más de 100 años desde que Albert Einstein estableció los primeros fundamentos para el desarrollo de los láseres, esto con la ayuda de la ley de radiación de Max Planck, conforme el tiempo fue transcurriendo se establecieron nuevas teorías y se crearon nuevos teoremas que trataban de explicar el posible...