Construcción láser

Un láser se construye a partir de tres partes principales:

• Una fuente de energía (generalmente denominada bomba o fuente de bombeo ),
• Un medio de ganancia o medio láser , y
• Dos o más espejos que forman un resonador óptico .

La fuente de bombeo es la parte que proporciona energía al sistema láser . Algunos ejemplos de fuentes de bombeo incluyen descargas eléctricas, lámparas de destellos, lámparas de arco, luz de otro láser, reacciones químicas e incluso dispositivos explosivos. El tipo de fuente de bombeo utilizada depende principalmente del medio de ganancia , y esto también determina cómo se transmite la energía al medio. Un láser de helio-neón (HeNe) utiliza una descarga eléctrica en la mezcla de gas helio-neón, un láser Nd:YAG utiliza luz enfocada desde una lámpara de destellos de xenón o láseres de diodo , y los láseres excimer utilizan una reacción química.

El medio de ganancia es el principal factor determinante de la longitud de onda de operación y otras propiedades del láser. Los medios de ganancia en diferentes materiales tienen espectros lineales o espectros amplios. Los medios de ganancia con espectros amplios permiten ajustar la frecuencia del láser. Hay cientos, si no miles, de medios de ganancia diferentes en los que se ha logrado el funcionamiento del láser (consulte la lista de tipos de láser para obtener una lista de los más importantes). El medio de ganancia es excitado por la fuente de bombeo para producir una inversión de población , y es en el medio de ganancia donde tiene lugar la emisión espontánea y estimulada de fotones, lo que conduce al fenómeno de ganancia óptica o amplificación.

Algunos ejemplos de diferentes medios de ganancia incluyen:

• Líquidos, como los láseres de colorante. Suelen ser disolventes químicos orgánicos , como metanol , etanol o etilenglicol , a los que se añaden colorantes químicos como cumarina , rodamina y fluoresceína . La configuración química exacta de las moléculas del colorante determina la longitud de onda de funcionamiento del láser de colorante .
• Gases como el dióxido de carbono , el argón , el criptón y mezclas como el helio y el neón . Estos láseres suelen ser bombeados mediante descarga eléctrica.
• Sólidos, como cristales y vidrios . Los materiales hospedantes sólidos suelen estar dopados con una impureza como iones de cromo , neodimio , erbio o titanio . Los hospedantes típicos incluyen YAG ( granate de itrio y aluminio ), YLF ( fluoruro de itrio y litio ), zafiro (óxido de aluminio) y varios vidrios. Algunos ejemplos de medios láser de estado sólido incluyen Nd:YAG, Ti:zafiro , Cr:zafiro (generalmente conocido como rubí ), Cr:LiSAF (fluoruro de litio, estroncio y aluminio dopado con cromo ), Er:YLF, Nd:vidrio y Er:vidrio. Los láseres de estado sólido generalmente se bombean mediante lámparas de destello o luz de otro láser.
• Semiconductores , un tipo de sólido, cristal con distribución uniforme de dopantes o material con diferentes niveles de dopantes en el que el movimiento de electrones puede provocar la acción del láser. Los láseres semiconductores suelen ser muy pequeños y se pueden bombear con una simple corriente eléctrica, lo que permite su uso en dispositivos de consumo como reproductores de CD . Véase diodo láser .

El resonador óptico , o cavidad óptica , en su forma más simple son dos espejos paralelos colocados alrededor del medio de ganancia, que proporcionan retroalimentación de la luz. Los espejos tienen revestimientos ópticos que determinan sus propiedades reflectantes. Por lo general, uno será un reflector alto y el otro será un reflector parcial . Este último se denomina acoplador de salida , porque permite que parte de la luz salga de la cavidad para producir el haz de salida del láser.

La luz del medio, producida por emisión espontánea , se refleja en los espejos y vuelve a entrar en el medio, donde puede amplificarse mediante emisión estimulada . La luz puede reflejarse en los espejos y, por lo tanto, atravesar el medio de ganancia cientos de veces antes de salir de la cavidad. En láseres más complejos, se utilizan configuraciones con cuatro o más espejos que forman la cavidad. El diseño y la alineación de los espejos con respecto al medio son cruciales para determinar la longitud de onda operativa exacta y otros atributos del sistema láser.

Se pueden colocar otros dispositivos ópticos, como espejos giratorios, moduladores, filtros y absorbedores, dentro del resonador óptico para producir una variedad de efectos en la salida del láser, como alterar la longitud de onda de operación o la producción de pulsos de luz láser.

Algunos láseres no utilizan una cavidad óptica, sino que dependen de una ganancia óptica muy alta para producir una emisión espontánea amplificada (ASE) significativa sin necesidad de retroalimentación de la luz hacia el medio de ganancia. Se dice que estos láseres son superluminiscentes y emiten luz con baja coherencia pero gran ancho de banda . Dado que no utilizan retroalimentación óptica, estos dispositivos a menudo no se clasifican como láseres.

• Sembradora de inyección
• Bloqueo de modo
• Conmutación Q
• Lista de artículos sobre láser

• Koechner, Walter (1992). Ingeniería láser de estado sólido , 3.ª edición, Springer-Verlag. ISBN  0-387-53756-2

• Preguntas frecuentes sobre láseres de Sam Una guía práctica sobre láseres para experimentadores y aficionados