Sistemas láser

Sistemas láser: Aplicaciones en la industria, medicina, comunicaciones, etc.

A pesar de existir una gran cantidad de láseres en el mercado, sus patrones de funcionamiento son relativamente iguales y solo cambian en cuestión de tolerancia y eficiencia. Para que un sistema Láser funcione, se requiere de un medio que presente la estructura de nivel de energía para realizar el efecto láser, dicho medio puede ser un gas, un cristal del tipo sólido aislante, un cristal semiconducor o incluso un liquido.

Dependiendo del medio que se emplee para la construir el sistema, se puede obtener un láser de estado sólido, láser gaseoso, láser coloreado y láser semiconductor (solo por mencionar los más conocidos).

Además del medio, también se debe tener en cuenta el bombeo (o mecanismo de excitación) de la energía para el optimo funcionamiento del sistema, una vez más, el bombeo se relaciona con el medio activo del sistema, en el medio gaseoso se hace pasar una corriente eléctrica a través de gas, en el Láser de estado solido se bombea radiación intensa de un tuvo de destellos a tal punto de inundar el cristal y conseguir el efecto comportamiento deseado en el sistema.

El bombeo en los Lásers semi conductores es el más sencillo, puesto que, su funcionamiento se basa en una inyección de corriente al medio activo del sistema.

El último paso para que un sistema Láser funcione es la realimentación óptica, esto se consigue al limitar el medio entre 2 reflectores con el fin de formar una cavidad resonante óptica. En la figura 1 se puede apreciar claramente el proceso de un sistema Láser convencional.

Esquema de los elementos de un láser

Figura 1: Esquema de los elementos de un láser

En la Figura 2 se puede apreciar la clasificación de los Láseres que hemos nombrado en este artículo, en este lista se puede apreciar solamente los láseres más reconocidos y utilizados en la actualidad.

Clasificación de los Láser

Figura 2: Clasificación de los Láser

Propiedades de los Láseres

A continuación nombraremos algunas de las propiedades que poseen los láseres con el fin de complementar el tema de investigación.

Potencia radiante: Una propiedad o característica a destacar en los láseres es la capacidad de proporcionar una alta potencia mediante pulsos o un modo continuo. La potencia por pulsos varía desde unos cuantos watts producidos por láser semiconductores hasta aproximadamente 10 watts proporcionados por láser de estado sólido en sistemas de fusión láser. La potencia óptica continua, varía desde unos cuantos miliwatts en láser de HeNe hasta varios kilowatts proporcionados por láser de CO2.

Coherencia: Una de las características más extraordinarias de los láser gaseosos es la emisión de un haz estrecho de luz cintilánte que se utiliza para producir efectos vistosos en espectáculos a
base de luz láser.
El alto grado de paralelismo, dirección y monocromaticidad se observa en alguna medida en todos los láser y está relacionado con la coherencia del haz. Es posible identificar dos tipos de coherencia: la temporal, que define la constancia de fase del haz entre dos instantes dados en el tiempo y la espacial, que define la constancia de fase del haz entre dos puntos a través del frente de ondas (figura 3).

Luz coherente e incoherente. (a) Incoherente espacial y temporalmente, (b) Coherente espacial y temporalmente

Figura 3: Luz coherente e incoherente. (a) Incoherente espacial y temporalmente, (b) Coherente espacial y temporalmente

Longitud de coherencia: Con el fin de lograr un mayor entendiendo practico, la coherencia temporal puede definirse de mejor manera como la longitud de coherencia del láser. Esta propiedad puede ser explicada de la siguiente manera:

Cuando la salida de un láser es dividida en 2 partes, estas partes deben recombinarse a los largo de un proceso (por lo general cuando se realiza un recorrido diferente con una longitud igual), cuando los 2 haces se encuentren, podemos entender que estos interferirán entre si y formaran un patrón de interferencia en el punto de recombinación.

Afortunadamente se puede demostrar que el patrón de interferencia existe gracias a un experimento sencillo, a este se le conoce como el experimento de Young (Figura 4).

Anuncio
Patrón de interferencia haces (experimento de Young)

Figura 4: Patrón de interferencia haces (experimento de Young)

Al cambiar la longitud de la trayectoria de un haz con respecto a la otra se reduce la visibilidad del patrón de interferencia hasta que en algún punto, cuando las longitudes de las trayectorias difieran por ± IC , ya no haya interferencia. El parámetro Ic define la longitud de coherencia del láser.
La longitud de coherencia está relacionada con la monocromaticidad o ancho de línea del haz según la expresión:

Ic = c / ∆f

Aplicaciones en la industria, medicina y comunicaciones

Si bien, en electrónica y optoelectrónica, los láseres son utilizados en mayor medida para transmitir información de un punto a otro con mayor eficiencia que los medios convencionales, en otras ramas o profesiones se ocupan estos instrumentos de formas un poco distintas, a continuación te mostraremos parte de los usos que se le pueden dar a los láseres en la medicina, industria y comunicaciones.

Medicina

No es de extrañarse que la medicina sea uno de los campos en donde el láser se ocupe de manera frecuente, ya que este elemento permite someter a los pacientes a estudios u operaciones indoloras.

Un ejemplo de lo anterior es la operación láser que utilizan los oftalmólogos para prevenir o corregir problemas menores en la visión, este procedimiento es muy seguro y no es invasivo, el láser se encarga de eliminar cualquier afectación que pueda poseer el ojo, con esto se puede tener una idea de lo preciso y eficiente que es esta herramienta (Figura 5).

Operación láser

Figura 5: Operación láser

Otra aplicación que se le a dado al láser en el campo de la medicina es la de fungir con bisturí para realizar incisiones a los pacientes, gracias a las propiedades del láser, la incisión suele ser muy limpia y evita la perdida de sangre que se obtendría al cortar la piel con una bisturí convencional. Los bisturís láser se encuentran montados comúnmente en las maquinas que se encargan de hacer procedimientos que requieren de una alta precisión a la hora de intervenir a un paciente (Figura 6).

Industria

El uso que se le da a los láseres en la industria es casi infinito, en este artículo no podríamos nombrar todos los usos que tiene esta gran herramienta que llego para revolucionar a la electrónica en general, sin embargo, podemos hablar de algunos cuantos como por ejemplo: La soldadura láser, el corte láser de piezas o instrumentos electrónicos, corte de estructuras en metal, gravado en metal, madera o placas PCB etc.

En el siguiente vídeo podemos apreciar un ejemplo de lo antes dicho:

Comunicaciones

En cuanto a las comunicaciones, el láser llego para modernizar este sector al hacer posible la utilización de la fibra óptica, este medio de comunicación es capaz de superar la velocidad de transmisión de los conductores de cobre por más de 1000%, sin duda es una gran ventaja contar con estas nuevas tecnologías.

En caso de que requieras más información de las fibras ópticas, te recomendamos visitas este artículos: https://ingenieriaelectronica.org/conceptos-enlaces-telefonicos-mediante-fibra-optica-detectores-corriente/ https://i1.wp.com/ingenieriaelectronica.org/wp-content/uploads/Sistemas-láser.png?fit=497%2C281&ssl=1https://i1.wp.com/ingenieriaelectronica.org/wp-content/uploads/Sistemas-láser.png?resize=128%2C72&ssl=1LuisOptoelectrónica

  A pesar de existir una gran cantidad de láseres en el mercado, sus patrones de funcionamiento son relativamente iguales y solo cambian en cuestión de tolerancia y eficiencia. Para que un sistema Láser funcione, se requiere de un medio que presente la estructura de nivel de energía para realizar...