Física láser | Sus principios | Tipos importantes

FÍSICA LÁSER

¿Qué es la física láser?

La física del láser o ciencia del láser es una subdivisión de la óptica que se ocupa de la teoría, el funcionamiento, la construcción y la práctica de los láseres. En términos exactos, la física del láser está asociada con el diseño de la cavidad óptica, el desarrollo temporal del campo de luz (en láser), la electrónica cuántica, la óptica no lineal, la construcción del láser y la física detrás de la generación de una inversión de población en medios láser, láser. propagación del haz.

¿Quién sentó las bases de la física láser?

  • En 1917, señor Albert Einstein sentó las bases de un láser al volver a derivar la ley de radiación de Max Planck. Albert Einstein coeficientes de probabilidad formalizados de absorción, emisión estimulada y emisión espontánea de radiación electromagnética.
  • En la 1928 años, Rudolf W. Ladenburg establecer la existencia de emisión estimulada y Valentin A. Fabrikant hizo la primera propuesta de láser (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) y estableció las condiciones necesarias para amplificar la luz con emisión estimulada en 1939.
  • RC Retherford y Willis E. Lamb observó y demostró emisión estimulada en espectros de hidrógeno en 1947.
  • En 1952, Alexander Prokhorov y Nikolay Basov describió los principios teóricos detrás del funcionamiento de un máser o láser de microondas (Prokhorov y Basov fueron galardonados con el Premio Nobel por su investigación en el campo de la física del láser).
  • En 1960, Theodore Maiman construyó el primer láser de pulso de rubí en funcionamiento en los Laboratorios de Investigación Hughes.

¿Cuál es el principio de funcionamiento básico de un láser?

Los electrones que residen en un nivel de energía más bajo poseen una tendencia a absorber energía luminosa externamente en forma de fotones o fonones para alcanzar el nivel de energía más alto y la energía en el fotón o fonón absorbido es igual a la diferencia de energía entre los dos niveles. En el caso de la energía luminosa, esto significa que ciertos átomos pueden absorber solo una longitud de onda de luz específica para una transición.

Después de alcanzar el estado superior excitado, un electrón no puede permanecer allí para siempre. Los electrones tienden a decaer a un nivel de energía más bajo al perder energía. Esta transición de electrones generalmente ocurre en diferentes intervalos de tiempo y emite energía en forma de fotones. Todo este proceso de transición de electrones sin ninguna interferencia externa se denomina emisión espontánea. En esto, el electrón emitido tiene una dirección y una fase aleatorias.

A veces, los electrones están sujetos a influencias externas para pasar de un estado de alta energía a uno de baja energía. En este caso, el fotón emitido durante el proceso de transición coincide con la dirección, el ángulo de fase y la longitud de onda del fotón real. Este proceso de emisión de fotones se denomina emisión estimulada que se utiliza en láseres para saber más sobre este tema. haz clic aquí.

Cada láser está diseñado para tener un medio de ganancia, que amplifica el haz de fotones emitido, este medio de ganancia se controla en términos de tamaño, concentración, pureza y forma y en un punto después de la emisión estimulada cuando el no. de electrones presentes en un nivel de energía excitado se ha vuelto mayor que el no. de electrones disponibles en el nivel de energía más bajo en ese estado y, se produce una inversión de población y Aquí, la tasa de emisión de fotones estimulados excede la tasa de absorción de energía por los electrones. Por tanto, la luz o los fotones emitidos se amplifican. Este proceso se llama amplificación óptica.

¿Cuáles son los principales tipos de láseres?

Laser laser:

Láseres de gas (como HeNe Laser o CO2 Láser) utilizan compuestos gaseosos para la amplificación coherente de la luz. Se pueden realizar descargas gaseosas para amplificar diferentes longitudes de onda de luz. Estos láseres se utilizan ampliamente con fines comerciales y de investigación. Los láseres de dióxido de carbono producen un haz continuo de luz infrarroja de alta potencia que tiene bandas de longitud de onda principales que van de 9.6 a 10.6 micrómetros. Estos láseres son de alta eficiencia energética con una relación de potencia de salida a potencia de bombeo que llega hasta el 20%.

física láser
Longitudes de onda de láseres disponibles comercialmente.
Fuente de imagen: Danh (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Commercial laser lines.svg), "Commercial laser lines", https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/legalcode (física láser)

Láser excimer:

Los láseres excimer utilizan luz ultravioleta para producir dispositivos microelectrónicos, circuitos integrados semiconductores y micro-máquinas. Los láseres excímeros (también conocidos como láser exciplex) se desarrollan utilizando gases nobles como argón, criptón o xenón junto con gas halógeno reactivo como flúor o cloro.

Láser químico:

Los láseres químicos proporcionan la energía para la excitación de electrones de reacciones químicas. Estos láseres son capaces de producir grandes cantidades de energía en un corto período de tiempo y, por lo tanto, se utilizan en láseres de alta potencia.

Láser de estado sólido:

Los láseres de estado sólido utilizan una barra de vidrio o cristalina que está dopada con iones para permitir que los electrones alcancen los niveles de energía requeridos. El dopante es responsable de mantener la inversión de la población. Por ejemplo, láser de rubí.

Láser de fibra:

Los láseres de fibra óptica utilizan la reflexión interna total o TIR para transmitir rayos de luz con la ayuda de fibras ópticas. Estos láseres encuentran su aplicación en la transmisión de rayos de luz a largas distancias y en la reducción de la distorsión térmica del rayo láser.

Láser de cristal fotónico:

El láser de cristal fotónico utiliza nanoestructuras para proporcionar un modo de confinamiento.

Láser semiconductor:

Los láseres semiconductores utilizan diodos semiconductores para el bombeo eléctrico. La energía de recombinación liberada es responsable de mantener la ganancia óptica.

Láser de tinte:

Los láseres de tinte tienen un tinte orgánico que funciona como medio de ganancia. Estos láseres pueden operar en diferentes longitudes de onda de luz y pueden producir pulsos de corta duración.

Láser de electrones libres:

Los láseres de electrones libres proporcionan el rango más amplio posible de acción láser. Estos láseres generan haces coherentes de alta potencia con radiaciones que van desde infrarrojos hasta rayos visibles.

Tamaños de láser: Superior (láser microscópico) Inferior (láser de vidrio grande) Fuente de imagen: anónimo, Tamaños de láser, marcado como dominio público, más detalles sobre Wikimedia Commons(física láser)

Para saber más sobre los láseres excimer visite haz clic aquí

Sobre Sanchari Chakraborty

Soy un estudiante entusiasta, actualmente invertido en el campo de la Óptica Aplicada y la Fotónica. También soy miembro activo de SPIE (Sociedad internacional de óptica y fotónica) y OSI (Sociedad óptica de India). Mis artículos tienen como objetivo sacar a la luz temas de investigación científica de calidad de una manera simple pero informativa. La ciencia ha ido evolucionando desde tiempos inmemoriales. Por lo tanto, intento aprovechar la evolución y presentarla a los lectores.

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