L.A.S.E.R.

En el día a día es muy común que en alguna conversación aparezca el acrónimo LASER. Quien no conoce a algun conocido que se ha operado de miopia o cada cierto tiempo acude a una sesión de depilación, por no hablar de la gran variedad de aplicaciones industriales. Pero, ¿sabemos a qué nos referimos cuando pronunciamos la palabra laser?, ¿cuál es el mecanismo físico?

LÁSER es el acrónimo de “light amplification by stimulated emisión of radiation”, o lo que es lo mismo, amplificación de la luz mediante una emisión estimulada por una radiación. Por lo general, se trata de una luz cuya longitud de onda que se encuentra habitualmente entre los 400-700 nm, esto es, dentro del espectro de luz visible de la radiación electromagnética o muy cerca de él.

¿Qué características presenta este tipo de luz?

1.- Monocromaticidad: Emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, en oposicióna las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes (bombillas comunes) que emiten en un rango más amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ahí que desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma. 

2.- Coherencia espacial: La radiación láser tiene una divergencia muy pequeña, es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de energía en un área mayor.

Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre La Tierra y La Luna, al enviar un haz láser hacia la Luna, donde rebotó sobre un pequeño espejo situado en su superficie, y éste fue medido en La Tierra por un telescopio.

3.- Coherencia temporal: La luz láser se transmite de modo paralelo en una única dirección debido a su naturaleza de radiación estimulada, al estar constituido el haz láser con rayos de la misma fase, frecuencia y amplitud.

Física de un Laser.

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

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

Emisión espontánea de radiación. Los electrones que vuelven al estado fundamental emiten fotones. Es un proceso aleatorio y la radiación resultante está formada por fotones que se desplazan en distintas direcciones y con fases distintas generándose una radiación monocromática incoherente. 

 

Emisión estimulada de radiación. La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma, sino que también "amplifica" la emisión de luz, ya que por cada fotón que incide sobre un átomo excitado se genera otro fotón.

Absorción. Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita a un estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.

En la figura se ilustra cómo se obtiene la radiación laser