Láser de estado sólido

Un láser de estado sólido es un láser que utiliza un medio de ganancia que es un sólido , generalmente un cristal o vidrio . ^{[ 1 ]} Los láseres basados ​​en semiconductores , como los diodos láser , generalmente se excluyen y se tratan como una clase de láser aparte.

Generalmente, el medio activo de un láser de estado sólido consiste en un material "huésped" de vidrio o cristalino , al que se le agrega un " dopante " como neodimio , cromo , erbio , ^{[ 2 ]} tulio , ^{[ 3 ]} o iterbio . ^{[ 4 ]} Muchos de los dopantes comunes son elementos de tierras raras , porque los estados excitados de dichos iones no están fuertemente acoplados con las vibraciones térmicas de sus redes cristalinas ( fonones ), y sus umbrales operativos pueden alcanzarse a intensidades relativamente bajas de bombeo láser .

Existen cientos de materiales de estado sólido en los que se ha logrado la acción láser, pero relativamente pocos tipos se utilizan de forma generalizada. De estos, probablemente el más común sea el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG). El vidrio dopado con neodimio (Nd:vidrio) y los vidrios o cerámicas dopados con iterbio se utilizan a niveles de potencia muy altos ( teravatios ) y altas energías ( megajulios ) para la fusión por confinamiento inercial de haces múltiples .

El primer material utilizado para los láseres fueron los cristales sintéticos de rubí . Los láseres de rubí todavía se utilizan en algunas aplicaciones, pero ya no son comunes debido a su baja eficiencia energética. A temperatura ambiente, los láseres de rubí emiten solo pulsos cortos de luz, pero a temperaturas criogénicas pueden emitir una secuencia continua de pulsos. ^{[ 5 ]}

El segundo medio de ganancia de estado sólido fue el fluoruro de calcio dopado con uranio . Peter Sorokin y Mirek Stevenson, en los laboratorios de IBM en Yorktown Heights (EE. UU.), experimentaron con este material en la década de 1960 y lograron la emisión láser a 2,5 μm poco después del láser de rubí de Maiman . 

Algunos láseres de estado sólido pueden hacerse sintonizables mediante el uso de etalones intracavitarios , prismas , rejillas o una combinación de estos. ^{[ 6 ]} El zafiro dopado con titanio se utiliza ampliamente por su amplio rango de sintonización, de 660 a 1080 nanómetros . Los láseres de alejandrita son sintonizables de 700 a 820  nm y producen pulsos de mayor energía que los láseres de titanio- zafiro debido al mayor tiempo de almacenamiento de energía del medio de ganancia y al mayor umbral de daño .

Los medios láser de estado sólido suelen bombearse ópticamente , utilizando una lámpara de destellos o una lámpara de arco , o mediante diodos láser . ^{[ 1 ]} Los láseres de estado sólido bombeados por diodos tienden a ser mucho más eficientes y se han vuelto mucho más comunes a medida que ha disminuido el costo de los láseres semiconductores de alta potencia . ^{[ 7 ]}

El bloqueo de modos de los láseres de estado sólido y de fibra tiene amplias aplicaciones, ya que permite obtener pulsos ultracortos de alta energía. ^{[ 1 ]} Existen dos tipos de absorbentes saturables ampliamente utilizados como bloqueadores de modos: SESAM, ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]} y SWCNT. También se ha utilizado el grafeno . ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} Estos materiales utilizan un comportamiento óptico no lineal denominado absorción saturable para generar pulsos cortos con un láser.

Los láseres de estado sólido se utilizan en investigación, tratamiento médico y aplicaciones militares, entre otras. Los láseres de estado sólido con conmutación Q pasiva resultan útiles para la medición de distancias, la obtención de imágenes tridimensionales, la fotoablación y la espectroscopia de ruptura inducida por láser . ^{[ 14 ]}

• Láser de disco
• Construcción láser
• Láseres de colorante de estado sólido

• Koechner, Walter (1999). Ingeniería de láseres de estado sólido (5.ª  ed.). Springer. ISBN 978-3-540-65064-5.