Los láseres se utilizan en una amplia variedad de productos y tecnologías, y la variedad es increíble.Parece que todo tiene un láser en su sombra.¿Cuál es la diferencia entre un haz de láser y un haz de linterna?
Centro de Investigación Langley de la NASA
El dispositivo de ensayo de umbral de daño óptico tiene tres láseres: neodimio-itrio de aluminio pulsado de alta energía
Lasers granate, láseres titanio-zafiro y láseres He-ne resonantes.
Centro de Investigación Langley de la NASA
El dispositivo de ensayo de umbral de daño óptico tiene tres láseres: neodimio-itrio de aluminio pulsado de alta energía
Lasers granate, láseres titanio-zafiro y láseres He-ne resonantes.
Sólo hay unos 100 átomos diferentes en todo el universo. Todo lo que vemos está hecho de más de 100 átomos combinados de una cantidad infinita de maneras.La forma en que estos átomos están dispuestos entre sí determina si el objeto formado es un vaso de agua, un pedazo de metal, o la espuma en una botella de refresco!
Los átomos están en movimiento perpetuo, vibran, se mueven y giran constantemente, e incluso los átomos que forman nuestros asientos están en movimiento constante.Los átomos tienen varios estados de excitación diferentes.Si se le da suficiente energía a un átomo, puede elevarse desde el nivel de energía del estado fundamental al nivel de energía del estado excitado.El nivel de energía del estado excitado depende de la cantidad de energía dada al átomo en forma de calor, luz, electricidad, etc.
El siguiente diagrama ilustra bien la estructura de los átomos:
El modelo atómico más simple
Está compuesto por un núcleo atómico y electrones orbitando alrededor de él.
Está compuesto por un núcleo atómico y electrones orbitando alrededor de él.
Un átomo simple consiste en un núcleo (que contiene protones y neutrones) y una nube de electrones.Podemos pensar en los electrones en una nube de electrones como viajando en un número de órbitas diferentes alrededor del núcleo.
Incluso si miramos los átomos con tecnología moderna, no podemos ver los orbitales discretos de los electrones, pero es útil pensar en estos orbitales como los diferentes niveles de energía de los átomos.Si calentamos un átomo, algunos electrones en orbitales de baja energía pueden estar excitados para saltar a orbitales de mayor energía más lejos del núcleo.
Absorción de energía:
Los átomos pueden absorber energía en forma de calor, luz, electricidad, etc. El electrón puede luego saltar de un orbital de baja energía a un orbital de alta energía.
Aunque esta descripción es simple, sí revela el principio básico de cómo los átomos forman los láseres.
Después de la transición del electrón a una órbita de mayor energía, finalmente regresará al estado fundamental.Verá que los átomos están constantemente emitiendo energía en forma de fotonesPor ejemplo, el elemento de calefacción en un horno se vuelve de color rojo brillante, donde el color rojo es el fotón rojo liberado por átomos excitados por el calor.Lo que ves es una variedad de diferentes colores de luz emitida por átomos de fósforo excitados por electrones de alta velocidadCualquier objeto luminoso, incluyendo lámparas fluorescentes, lámparas de gas y lámparas incandescentes, emite luz cambiando las órbitas de los electrones y liberando fotones.
Un láser es un dispositivo que controla la liberación de fotones de átomos excitados..Este nombre describe brevemente cómo funciona el láser.
Aunque hay muchos tipos de láseres, todos tienen algunas características básicas. En un láser, el medio láser debe ser bombeado para hacer que los átomos estén en un estado excitado.un destello o descarga de alta intensidad puede bombear el medio, que a su vez produce un gran número de átomos (átomos que contienen electrones de alta energía) en un estado excitado.Debe tener un gran número de átomos en un estado excitadoEn general, los átomos deben ser excitados para elevarse a dos o tres niveles de energía por encima del estado fundamental.La inversión de la población es la relación entre el número de átomos en el estado excitado y los átomos en el estado base.
Cuando el medio láser se bombea, incluye un número de átomos con electrones excitados.Así como un electrón puede absorber una cierta cantidad de energía para alcanzar un estado excitadoComo se muestra en la figura de abajo, mientras el electrón salta al nivel inferior, liberará parte de su energía.La energía liberada se convierte en la forma de fotones (energía luminosa)El fotón emitido tiene una longitud de onda específica (color), dependiendo del estado energético del electrón en el momento de su liberación.Dos átomos con el mismo estado electrónico emiten fotones de la misma longitud de onda.
La luz láser es muy diferente de la luz ordinaria. Tiene las siguientes características:
El láser emitido es monocromático. Un láser contiene luz de una longitud de onda específica (es decir, un color específico).La longitud de onda de la luz está determinada por la energía liberada por los electrones cuando regresan a una órbita de energía más baja.
El láser emitido tiene una buena coherencia. La estructura del láser es mejor, y cada fotón sigue al otro fotón. Es decir, el frente de onda de todos los fotones es exactamente el mismo.
El láser tiene una buena directividad. Los rayos láser son compactos, enfocados y extremadamente energéticos. Por el contrario, la luz emitida por la linterna se dispersa en múltiples direcciones.y la energía de la luz es débil y la concentración es baja.
Para lograr estas tres propiedades, se requiere un proceso llamado emisión estimulada. Este fenómeno no se puede ver en una linterna normal porque sus átomos emiten fotones al azar.En emisión estimulada, los átomos emiten fotones de una manera organizada.
El fotón emitido por el átomo tiene una longitud de onda específica, que depende de la diferencia de energía entre el estado excitado y el estado fundamental.Si un fotón (con cierta energía y fase) toca otro átomo que tiene un electrón en el mismo estado excitadoEl primer fotón puede excitar o guiar al átomo a emitir un fotón, y el fotón emitido (es decir,el fotón emitido por el segundo átomo) oscila en la misma frecuencia y dirección que el fotón entrante.
Otro componente clave del láser es un par de espejos, ubicados en cada extremo del medio láser.Los fotones de una longitud de onda y fase específicas viajan hacia adelante y hacia atrás entre el medio láser a través de la reflexión de los reflectores en ambos extremosAl hacerlo, excitarán más electrones para saltar de órbitas de alta energía a órbitas de baja energía, lo que emitirá más fotones de la misma longitud de onda y fase,lo que posteriormente producirá una cascada a su vezEl espejo en un extremo del medio láser es un revestimiento, es decir,Sólo refleja parte de la luz.La luz que pasa es un láser.
El láser de rubí consiste en un tubo de flash similar a un flash de cámara, una varilla de rubí y dos espejos (uno de los cuales es un espejo semirreflector).y el tubo de flash es la fuente de bombeo.