La cotidianidad hace que a veces hagamos uso de expresiones o vocablos, aún desconociendo su significado real o su origen, así nos pasa por ejemplo con la palabra láser, con diversas aplicaciones hoy.
Conversando con alumnos de la enseñanza superior, me hablaron de un seminario de Física que respondía a mis inquietudes.
Estudiantes de segundo año de Ingeniería Civil de la Universidad Camilo Cienfuegos de Matanzas investigaron con la asesoría del profesor Tomás Espinosa Achong, y elaboraron este trabajo con el título “El láser”, ellos son: Claudia Hernández Abreu, Elizabeth Acosta
Morales, Raúl Ángel León González, Susana Infante Santos, Fernando
García Rubí, Andy O. Rodríguez Estévez, Carlos Alejandro Prado
Camacho, Eilenys González, Dayana Dominguez Rivero, Ana Lorenzo
Lagares, Odelmis Humanes García, Lisandra Aguilar Milán y Keila Pérez
Méndez. Agradecida por la explicación la comparto y le doy los créditos.
Componentes principales:1. Medio activo para la formación del láser
2. Energía bombeada para el láser
3. Espejo reflectante al 100%
4. Espejo reflectante al 99%
5. Emisión del rayo láser
El láser es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, donde una fuente de luz produce un haz de luz altamente coherente y casi monocromática como resultado de la emisión coordinada de muchos átomos, o sea, un dispositivo de amplificación de luz por emisión estimulada de radiación, esto lo diferencia de la luz natural. Queda ahora conocer que es la luz natural, la luz que se emite desde un dispositivo láser se irradia de forma distinta a la que normalmente se irradia desde los átomos, que lo hacen de forma aleatoria y sin coherencia o sea luz natural. Es decir, los átomos irradian un gran revoltijo de fotones que se dispersan en todos los sentidos, sin uno determinado, de modo que la luz procedente de un láser se diferencia de la natural en cuatro aspectos básicos:
1. La luz láser es intensa. No obstante, sólo ciertos láseres son potentes. Aunque lo parezca, no se trata de una contradicción. La intensidad es una medida de la potencia por unidad de superficie, e incluso los láseres que emiten sólo algunos miliwatts son capaces de producir una elevada intensidad en un rayo de un milímetro de diámetro. En realidad, su intensidad puede ser igual a la de la luz del sol. Cualquier lámpara ordinaria emite una cantidad de luz muy superior a la de un pequeño láser, pero esparcida por toda la sala. Algunos láseres pueden producir muchos miliwatts continuamente; otros son capaces de producir billones de vatios en un impulso cuya duración es tan sólo la mil millonésima parte de un segundo.
2. Los haces láser son estrechos y no se dispersan como los demás haces de luz. Esta cualidad se denomina direccionalidad. Se sabe que ni la luz de un potente foco logra desplazarse muy lejos: si se enfoca hacia el firmamento, su rayo parece desvanecerse de inmediato. El haz de luz comienza a esparcirse en el momento en que sale del foco, hasta alcanzar tal grado de dispersión que llega a perder su utilidad. Sin embargo, se han logrado reflejar haces láser de pocos vatios de potencia sobre la luna y su luz era todavía lo suficientemente brillante para verla desde la tierra. Uno de los primeros haces láser que se disparó contra la luna en 1962 sólo llegó a dispersarse cuatro kilómetros sobre la superficie lunar. ¡No está mal si se considera que se había desplazado cuatrocientos mil kilómetros!
3. La luz láser es coherente. Esto significa que todas las ondas luminosas procedentes de un láser se acoplan ordenadamente entre sí. Una luz corriente, como la procedente de una bombilla, genera ondas luminosas que comienzan en diferentes momentos y se desplazan en direcciones diversas. Algo parecido a lo que ocurre cuando se arroja un puñado de piedrecitas en un lago. Lo único que se crean son pequeñas salpicaduras y algunas ondulaciones. Ahora bien, si se arrojan las mismas piedrecitas una a una con una frecuencia exactamente regular y justo en el mismo sitio, puede generarse una ola en el agua de mayor magnitud. Así actúa un láser, y esta propiedad especial puede tener diversas utilidades. Dicho de otro modo, una bombilla o un foco son como escopetas de cartuchos, mientras que un láser equivale a una ametralladora.
4. Los láseres producen luz de un solo color, o para decirlo técnicamente, su luz es monocromática. La luz común contiene todos los colores de la luz visible (es decir, el espectro), que combinados se convierten en blanco. Los haces de luz láser han sido producidos en todos los colores del arco iris (si bien el más común es el rojo), y también en muchos tipos de luz invisible; pero un láser determinado sólo puede emitir única y exclusivamente un solo color. Existen láseres sintonizables que pueden ser ajustados para producir diversos colores, pero incluso éstos no pueden emitir más que un color único en un memento dado. Determinados láseres, pueden emitir varias frecuencias monocromáticas al mismo tiempo, pero no un espectro continuo que contenga todos los colores de la luz visible como pueda hacerlo una bombilla. Además, existen numerosos láseres que proyectan luz invisible, como la infrarroja y la ultravioleta.
El láser también tiene su historia, en épocas tan tempranas como en 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y de sus predecesores. En 1928 Rudolf Landenburg informó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Gurra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford. En 1953, Charles H. Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov de la Unión Soviética trabajaron independientemente en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el Premio Nobel de Física en 1964 por "los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica", los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en los principios de los máser-láser. El primer láser es uno de rubí y funcionó por primera vez el 16 de mayo de 1960. Fue construido por Theodore Maiman. El hecho de que sus resultados se publicaran con algún retraso en Nature, dio tiempo a la puesta en marcha de otros desarrollos paralelos. Por este motivo, Townes y Arthur Leonard Schawlow también son considerados inventores del láser, el cual patentaron en 1960.
El 16 de mayo de 1980, un grupo de físicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pret registran la primera emisión láser en el rango de los rayos X. Pocos meses después se comienza a comercializar el disco compacto, donde un haz láser de baja potencia "lee" los datos codificados en forma de pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un disco óptico con una cara reflectante. Posteriormente esa secuencia de datos digital se transforma en una señal analógica permitiendo la escucha de los archivos musicales. En 1984, la tecnología desarrollada comienza a usarse en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994 en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnología láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.
Ya en el siglo XXI, científicos de la Universidad de Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002, científicos australianos "teletransportan" con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro. Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales. En 2006, científicos de la compañía Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicaciones mucho más rápidas y eficientes.
Los láseres constan de un medio activo capaz de generarlo, aunque debo reconocer que esto cae en planos demasiado técnicos. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.
Los láseres a gas son muy populares y se pueden lograr efectos con intensos haces rojos y verdes (procedentes de láseres de argón y neodimio) que cruzan una estancia reflejándose en espejos. Los científicos emplean las propiedades únicas de la luz láser para realizar experimentos antes imposibles. No toda la luz láser es visible. En cualquier caso, su elevada intensidad hace que pueda ser peligrosa para la vista, por lo que hay que emplear lentes o gafas protectoras cuando se trabaja con láser.
Como aspecto relevante debemos señalar que este trabajo proporciona una información elemental de las posibles aplicaciones de los láseres, en muchas de ellas, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas, como la coherencia, la monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser muy coherente puede enfocarse por debajo de su límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Cuando se enfoca un haz de láser potente en un punto, éste recibe una enorme densidad de energía. Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un CD, DVD o Blu-ray. También permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimar materiales. Hoy en día, los laser se utilizan para leer las etiquetas en los supermercados.Algunas aplicaciones del Láser en la vida cotidiana son:
Medicina: Operaciones sin sangre, tratamientos quirúrgicos, ayudas a la cicatrización de heridas, tratamientos de piedras en el riñón, operaciones de vista, operaciones odontológicas.
• Industria: Cortado, guiado de maquinaria y robots de fabricación, mediciones de distancias precisas mediante láser.
• Defensa: Guiado misiles balísticos, alternativa al Radar, cegado a las tropas enemigas. En el caso del Tactical High Energy Laser se está empezando a usar el láser como destructor de blancos.
• Arquitectura: catalogación de Patrimonio.
• Arqueológico: documentación.
• Investigación: Espectroscopía, Interferometría láser, LIDAR, distanciometría.
• Desarrollos en productos comerciales: Impresoras láser, CD, ratones ópticos, lectores de código de barras, punteros láser, termómetros, hologramas, aplicaciones en iluminación de espectáculos.
• Tratamientos cosméticos y cirugía estética: Tratamientos de Acné, celulitis, tratamiento de las estrías, depilación.
• Ingeniería Civil: Guiado de máquinas tuneladoras en túneles, diferentes aplicaciones en la topografía como mediciones de distancias a lugares inaccesibles o realización de un modelo digital del terreno (MDT)
• Diversión: Grandes aplicaciones en lugares como discotecas o teatros. Instrumento musical conocido como Arpa láser, en la que las cuerdas son sustituidas por rayos láser.
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