Óptica cuántica
La electrónica cuántica es el área de la física que se ocupa de los efectos de la mecánica cuántica en el comportamiento de loselectrones en la materia y de sus interacciones con los fotones.
Hoy raramente se considera un subcampo en su propio derecho, ya que ha sido absorbida por otros campos: la física de estado sólidoregularmente toma en cuenta la mecánica cuántica, y usualmente trata sobre los electrones. La aplicación específica de la electrónica se investiga dentro de la física del semiconductor.
El campo también abarca los procesos básicos de la operación del láser donde los fotones están interactuando con los electrones:absorción, emisión espontánea, y emisión estimulada.
El término fue usado principalmente entre los años 1950 y los años 1970. Hoy, el resultado de la investigación de este campo es usado principalmente en óptica cuántica, especialmente para la parte de ella que se nutre no de la física atómica sino de la física de estado sólido.
láser (de la sigla inglesa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz deluz coherente tanto espacial como temporalmente. La coherencia espacial se corresponde con la capacidad de un haz para permanecer con un pequeño tamaño al transmitirse por el vacío en largas distancias y la coherencia temporal se relaciona con la capacidad para concentrar la emisión en un rango espectral muy estrecho.- ...........................................................:https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=L%C3%A1ser&printable=yes
Radiación láser y sus propiedades
La tecnología láser es una de las áreas de las modernas tecnologías que mayor desarrollo ha tenido.
Cuando se inventó el láser, en 1960, se consideró que era una solución en busca de un problema, y hoy la tecnología láser se aplica en áreas muy diferentes, tales como : medicina, comunicación, dispositivos de uso cotidiano, militar y en la industria.
Cuando se inventó el láser, en 1960, se consideró que era una solución en busca de un problema, y hoy la tecnología láser se aplica en áreas muy diferentes, tales como : medicina, comunicación, dispositivos de uso cotidiano, militar y en la industria.
Para explicar cómo se puede aplicar el láser en áreas muy diversas necesitamos entender los principios físicos básicos con los que opera un láser .
En principio, el láser es un dispositivo que transforma otras formas de energía en radiación electromagnética . Esta es una definición muy general, pero ayuda a entender las bases físicas del láser .
Al láser se le puede suministrar la energía de diversas formas, tales como :
radiación electromagnética, energía eléctrica, energía química, etc.
De esta emisión de luz es de donde el láser toma la denominación :
LASER=Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
(Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación).
Los términos usados en esta definición se explicarán más adelante (1) .
Como vemos, el término láser empezó como un acrónimo , pero ahora se acepta como una palabra; y en inglés existen otras palabras derivadas de ésta, como : "to lase", "lasing ", etc; las cuales vienen a significar la acción de producir o estar produciendo luz láser.
Intentaremos obtener una descripción cualitativa de la naturaleza cuántica del láser , basada en algunos principìos básicos, que provienen de herramientas matemáticas avanzadas .
Proceso Láser
Para comprender el proceso láser precisamos algunos conceptos de física :
1. Elementos básicos de la estructura de la materia - el átomo .
2. Teoría ondulatoria - especialmente ondas electromagnéticas.
3. La interación de la radiación electromagnética con la materia.
El sistema Láser
El láser es un sistema similar a un oscilador electrónico.
Un Oscilador es un sistema que produce oscilaciones sin un mecanismo conductor externo.
Para ilustrar un oscilador, podemos usar la analogía acústica :
Un sistema de amplificación de sonido se compone de un micrófono , un amplificador y un altavoz..
Cuando el micrófono se coloca enfrente del altavoz, se forma un circuito cerrado, y se escucha un silbido en el altavoz.
El silbido se produce espontáneamente, sin ninguna fuente externa.
Explicación : El ruido interno del altavoz es detectado por el micrófono y amplificado, y entonces la señal amplificada es recogida de nuevo por el micrófono. Estaretroalimentación continúa hasta que se escucha un silbido agudo.
Cavidad Óptica y Modos Láser
Antes de explicar los detalles de cada componente del láser, se deben comprender algunos términos :
- Medio activo y su importancia para el proceso láser.
- Inversión de población en el medio activo, y las condiciones para conseguirla (Excitación del medio activo con una fuente de energía externa).
- Emisión estimulada y amplificación de luz causada por ésta.
- Sistema láser y sus componentes (capítulo 3 ).
En este capítulo 4 se explican las condiciones que determinan los modos de radiación creados en los láseres ordinarios.
Primero, necesitamos conocer algunos conceptos de la teoría ondulatoria :
- Qué son las ondas estacionarias .
- Cuáles son las condiciones para producir ondas estacionarias.
- Cómo las ondas estacionarias en una cavidad láser están determinadas por el diseño del láser.
Segundo, se discutirán las propiedades de la señal óptica que se amplifica al ser forzada a pasar una y otra vez a través del medio activo.
Tercero, en la cavidad láser se generan modos longitudinales . Se discutirá su importancia y los métodos para controlarlos.
Cuarto, se discutirá la distribución de energía a través de la sección perpendicular del haz, la cual determina los modos transversales . Al final del capítulo 4 se describen las cavidades ópticas convencionales y la forma de comprobar su estabilidad.
Diferentes Tipos de Láser y sus Características
En los capítulos del 1 al 5 se explica el fundamento teórico del Proceso Láser , y las partes que constituyen el láser.
En este capítulo se explicarán los diferentes tipos de láser.
Los láseres se pueden dividir en varios grupos, de acuerdo con diferentes criterios :
- El estado de la materia del medio activo : sólido, líquido, gas, o plasma.
- El rango espectral de la longitud de onda del láser : espectro visible, espectro Infra-Rojo (IR), etc.
- El método de excitación (bombeo) del medio activo : bombeo óptico, bombeo eléctrico, etc.
- Las características de la radiación emitida por el láser.
- El número de niveles de energía que participan en el proceso láser .
Ganancia Láser
La potencia de salida del láser en un momento dado está determinada por dos factores en conflicto :
1. Ganancia del medio activo - que depende de :
a) Inversión de Población (véase sección 2.6 ).
b) Forma de la línea de fluorescencia de la emisión espontánea, que está relacionada con la transición laser (como se explicará en la sección 5.1 ). 2. Pérdidas en el láser , que incluyen :
a) Reflexiones con los espejos de los extremos.
b) Pérdidas de radiación dentro del medio activo - Debidas a absorción y dispersión.
c) Pérdidas por difracción - debido al tamaño finito de los componentes del láser Esta claro que una condición necesaria para que se produzca acción láser es :
En un viaje de la radiación entre los espejos del láser, la ganancia debe ser superior (o al menos ser igual) a las pérdidas.
Aplicaciones del Láser.
La potencia de salida del láser en un momento dado está determinada por dos factores en conflicto :
1. Ganancia del medio activo - que depende de :
b) Forma de la línea de fluorescencia de la emisión espontánea, que está relacionada con la transición laser (como se explicará en la sección 5.1 ).
b) Pérdidas de radiación dentro del medio activo - Debidas a absorción y dispersión.
c) Pérdidas por difracción - debido al tamaño finito de los componentes del láser
En un viaje de la radiación entre los espejos del láser, la ganancia debe ser superior (o al menos ser igual) a las pérdidas.
Aplicaciones del Láser.
El número de aplicaciones del láser es enorme, por lo que no es posible explicarlas todas aquí.
En este capítulo, las aplicaciones se dividen en grupos, y la esperanza aquí es que con el tiempo pueda cubrirse la información que falta sobre muchas de las aplicaciones bien conocidas de los láseres .
De todos modos, se describen algunas aplicaciones en detalle, tales como :
La información es apropiada para proyectos finales de estudiantes de escuela superior, y además se intentará enlazar con otras fuentes en cada tema tratado.
Para navegar por las diferentes aplicaciones del láser, puede hacerse a través de la Tabla de Contenidos , o a través de los diagramas especiales de aplicaciones del láser .
En este capítulo, las aplicaciones se dividen en grupos, y la esperanza aquí es que con el tiempo pueda cubrirse la información que falta sobre muchas de las aplicaciones bien conocidas de los láseres .
De todos modos, se describen algunas aplicaciones en detalle, tales como :
La información es apropiada para proyectos finales de estudiantes de escuela superior, y además se intentará enlazar con otras fuentes en cada tema tratado.
Para navegar por las diferentes aplicaciones del láser, puede hacerse a través de la Tabla de Contenidos , o a través de los diagramas especiales de aplicaciones del láser .
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