El láser se refiere al proceso e instrumento que genera haces de luz colimados, monocromáticos y coherentes mediante la amplificación de la radiación estimulada y la retroalimentación necesaria. Básicamente, la generación láser requiere tres elementos: un resonador, un medio de ganancia y una fuente de bombeo.
A. Principio
El estado de movimiento de un átomo se puede dividir en diferentes niveles de energía, y cuando el átomo pasa de un nivel de energía alto a uno bajo, libera fotones de la energía correspondiente (la llamada radiación espontánea). De manera similar, cuando un fotón incide en un sistema de niveles de energía y es absorbido por este, provocará que el átomo pase de un nivel de energía bajo a uno alto (la llamada absorción excitada); luego, algunos de los átomos que pasan a niveles de energía más altos pasarán a niveles de energía más bajos y emitirán fotones (la llamada radiación estimulada). Estos movimientos no ocurren de forma aislada, sino a menudo en paralelo. Cuando creamos una condición, como usar el medio apropiado, un resonador o un campo eléctrico externo suficiente, la radiación estimulada se amplifica de modo que sea mayor que la absorción estimulada, entonces, en general, se emitirán fotones, lo que resulta en luz láser.
B. Clasificación
Según el medio que lo produce, este se puede dividir en láser líquido, láser de gas y láser sólido. Actualmente, el láser semiconductor más común es un tipo de láser de estado sólido.
C. Composición
La mayoría de los láseres se componen de tres partes: sistema de excitación, material láser y resonador óptico. Los sistemas de excitación son dispositivos que producen energía luminosa, eléctrica o química. Actualmente, los principales medios de inducción utilizados son la luz, la electricidad o una reacción química. Las sustancias láser son sustancias capaces de producir luz láser, como rubíes, vidrio de berilio, gas neón, semiconductores, colorantes orgánicos, etc. La función del control de resonancia óptica es mejorar el brillo del láser de salida, ajustar y seleccionar la longitud de onda y la dirección del láser.
D. Aplicación
El láser se usa ampliamente, principalmente en comunicaciones por fibra, medición de distancias por láser, corte por láser, armas láser, discos láser, etc.
E. Historia
En 1958, los científicos estadounidenses Xiaoluo y Townes descubrieron un fenómeno mágico: al aplicar la luz emitida por la bombilla interna a un cristal de tierras raras, las moléculas del cristal emitían una luz intensa y brillante, siempre unidas. Basándose en este fenómeno, propusieron el «principio del láser», es decir, cuando la sustancia se excita con la misma energía que la frecuencia de oscilación natural de sus moléculas, produce una luz intensa que no diverge: el láser. Encontraron importantes artículos sobre este tema.
Tras la publicación de los resultados de la investigación de Sciolo y Townes, científicos de diversos países propusieron diversos esquemas experimentales, pero no tuvieron éxito. El 15 de mayo de 1960, Mayman, científico del Laboratorio Hughes de California, anunció la obtención de un láser con una longitud de onda de 0,6943 micras, el primer láser jamás obtenido por humanos, convirtiéndose así en el primer científico del mundo en introducir los láseres en el campo práctico.
El 7 de julio de 1960, Mayman anunció el nacimiento del primer láser del mundo, el esquema de Mayman es utilizar un tubo de flash de alta intensidad para estimular átomos de cromo en un cristal rubí, produciendo así una columna de luz roja delgada muy concentrada, cuando se dispara en un punto determinado, puede alcanzar una temperatura más alta que la superficie del sol.
El científico soviético H.Γ Basov inventó el láser semiconductor en 1960. Su estructura suele estar compuesta por una capa P, una capa N y una capa activa que forman una doble heterojunción. Sus características son: pequeño tamaño, alta eficiencia de acoplamiento, rápida velocidad de respuesta, longitud de onda y tamaño compatibles con el tamaño de la fibra óptica, modulación directa y buena coherencia.
Seis, algunas de las principales direcciones de aplicación del láser
F. Comunicación láser
El uso de la luz para transmitir información es muy común hoy en día. Por ejemplo, los barcos usan luces para comunicarse, y los semáforos usan rojo, amarillo y verde. Sin embargo, todas estas formas de transmitir información mediante luz ordinaria solo pueden limitarse a distancias cortas. Si se desea transmitir información directamente a lugares distantes mediante luz, no se puede usar luz ordinaria, sino únicamente láseres.
¿Cómo se transmite el láser? Sabemos que la electricidad puede transportarse por cables de cobre, pero la luz no por cables metálicos comunes. Para ello, los científicos han desarrollado un filamento capaz de transmitir luz, llamado fibra óptica. La fibra óptica está hecha de vidrios especiales, su diámetro es más delgado que un cabello humano, generalmente de 50 a 150 micras, y es muy suave.
De hecho, el núcleo interno de la fibra es un vidrio óptico transparente de alto índice de refracción, y el revestimiento exterior está hecho de vidrio o plástico de bajo índice de refracción. Esta estructura, por un lado, permite que la luz se refracte a lo largo del núcleo interno, como el agua que fluye por una tubería, transmitiendo la electricidad a través del cable, incluso si miles de vueltas y giros no tienen efecto. Por otro lado, el revestimiento de bajo índice de refracción evita las fugas de luz, al igual que la tubería de agua no filtra y la capa aislante del cable no conduce la electricidad.
La aparición de la fibra óptica ha mejorado la transmisión de luz, pero no significa que cualquier luz pueda transmitirse a grandes distancias. Solo un láser de alto brillo, color puro y buena dirección es la fuente de luz ideal para transmitir información. La entrada se produce por un extremo de la fibra, con una pérdida casi nula, y la salida se produce por el otro. Por lo tanto, la comunicación óptica es esencialmente comunicación láser, con ventajas como gran capacidad, alta calidad, amplia gama de materiales, alta confidencialidad y durabilidad. Es considerada por los científicos como una revolución en el campo de la comunicación y uno de los logros más destacados de la revolución tecnológica.
Hora de publicación: 29 de junio de 2023