1960.
Se inventaron los rayos láser de luz coherente superconcentrada, capaces de
recorrer grandes distancias sin dispersarse. El láser se convertirá en una
herramienta valiosa en la industria, la investigación científica, la tecnología
militar y el arte.
Una nueva revolución tecnológica:
los rayos láser
Los
láseres son aparatos que amplifican la luz y producen haces de luz coherente;
su frecuencia va desde el infrarrojo hasta los rayos X.
Un haz de luz es
coherente cuando sus ondas, o fotones, se propagan de forma acompasada. Esto
hace que la luz láser pueda ser extremadamente intensa, muy direccional, y con
una gran pureza de color.
Principios de
funcionamiento
Los
láseres obligan a los átomos a almacenar luz y emitirla en forma coherente.
Primero, los electrones de los átomos del láser son bombeados hasta un estado
excitado por una fuente de energía. Después, se los ‘estimula’ mediante fotones
externos para que emitan la energía almacenada en forma de fotones, mediante un
proceso conocido como emisión estimulada. Los fotones emitidos tienen una
frecuencia que depende de los átomos en cuestión y se desplazan en fase con los
fotones que los estimulan. Los fotones emitidos chocan a su vez con otros
átomos excitados y liberan nuevos fotones.
La luz se amplifica a medida que los
fotones se desplazan hacia atrás y hacia adelante entre dos espejos paralelos
desencadenando nuevas emisiones estimuladas. Al mismo tiempo, la luz láser,
intensa, direccional y monocromática, se ‘filtra’ por uno de los espejos, que
es sólo parcialmente reflectante.
La
emisión estimulada, el proceso en que se basa el láser, fue descrita por
primera vez por Albert Einstein en 1917.
En 1958, los físicos estadounidenses
Arthur Schawlow y Charles Hard Townes describieron a grandes rasgos los principios
de funcionamiento del láser en su solicitud de patente. Obtuvieron la patente,
pero posteriormente fue impugnada por el físico e ingeniero estadounidense
Gordon Gould. En 1960, el físico estadounidense Theodore Maiman observó el
primer proceso láser en un cristal de rubí. Un año más tarde, el físico
estadounidense nacido en Irán Ali Javan construyó un láser de helio-neón.
En
1966, el físico estadounidense Peter Sorokin construyó un láser de líquido. En
1977, el Tribunal de Patentes de Estados Unidos confirmó una de las
reivindicaciones de Gould en relación con los principios de funcionamiento del
láser.
Aplicaciones del
láser
Los
posibles usos del láser son casi ilimitados.
El láser se ha convertido en una
herramienta valiosa en la industria, la investigación científica, la tecnología
militar o el arte.
Industria
Es
posible enfocar sobre un punto pequeño un haz de láser potente, con lo que se
logra una enorme densidad de energía. Los haces enfocados pueden calentar,
fundir o vaporizar materiales de forma precisa. Por ejemplo, los láseres se
usan para taladrar diamantes, modelar máquinas herramientas, recortar
componentes microelectrónicos, calentar chips semiconductores, cortar patrones
de moda, sintetizar nuevos materiales o intentar inducir la fusión nuclear
controlada. El potente y breve pulso producido por un láser también hace
posibles fotografías de alta velocidad con un tiempo de exposición de algunas
billonésimas de segundo. En la construcción de carreteras y edificios se
utilizan láseres para alinear las estructuras.
Investigación científica
Los
láseres se emplean para detectar los movimientos de la corteza terrestre y para
efectuar medidas geodésicas. También son los detectores más eficaces de ciertos
tipos de contaminación atmosférica. Los láseres se han empleado igualmente para
determinar con precisión la distancia entre la Tierra y la Luna y en
experimentos de relatividad. Actualmente se desarrollan conmutadores muy
rápidos activados por láser para su uso en aceleradores de partículas, y se han
diseñado técnicas que emplean haces de láser para atrapar un número reducido de
átomos en un vacío con el fin de estudiar sus espectros con una precisión muy
elevada.
Como la luz del láser es muy direccional y monocromática, resulta
fácil detectar cantidades muy pequeñas de luz dispersa o modificaciones en la
frecuencia provocadas por materia. Midiendo estos cambios, los científicos han
conseguido estudiar las estructuras moleculares.
Los láseres han hecho que se
pueda determinar la velocidad de la luz con una precisión sin precedentes;
también permiten inducir reacciones químicas de forma selectiva y detectar la
existencia de trazas de sustancias en una muestra.
Comunicaciones
La
luz de un láser puede viajar largas distancias por el espacio exterior con una
pequeña reducción de la intensidad de la señal. Debido a su alta frecuencia, la
luz láser puede transportar, por ejemplo, 1.000 veces más canales de televisión
de lo que transportan las microondas. Por ello, los láseres resultan ideales
para las comunicaciones espaciales.
Se han desarrollado fibras ópticas de baja
pérdida que transmiten luz láser para la comunicación terrestre, en sistemas
telefónicos y redes de computadoras. También se han empleado técnicas láser
para registrar información con una densidad muy alta. Por ejemplo, la luz láser
simplifica el registro de un holograma, a partir del cual puede reconstruirse
una imagen tridimensional mediante un rayo láser.
Medicina
Con
haces intensos y estrechos de luz láser es posible cortar y cauterizar ciertos
tejidos en una fracción de segundo sin dañar al tejido sano circundante. El
láser se ha empleado para ‘soldar’ la retina, perforar el cráneo, reparar
lesiones y cauterizar vasos sanguíneos. También se han desarrollado técnicas
láser para realizar pruebas de laboratorio en muestras biológicas pequeñas.
Tecnología militar
Los
sistemas de guiado por láser para misiles, aviones y satélites son muy comunes.
La capacidad de los láseres de colorante sintonizables para excitar de forma
selectiva un átomo o molécula puede llevar a métodos más eficientes para la
separación de isótopos en la fabricación de armas nucleares.
Medidas de
seguridad
El
principal peligro al trabajar con láseres es el daño ocular, ya que el ojo
concentra la luz láser igual que cualquier otro tipo de luz. Por eso, el haz
del láser no debe incidir sobre los ojos directamente ni por reflexión. Un
láser debe ser manejado por personal experto equipado con gafas o anteojos de
seguridad.
El holograma (en griego, holos, 'todo'; gram,
'mensaje') es un método de obtener imágenes fotográficas tridimensionales. Las
imágenes se crean sin lente alguna, por lo que esta técnica también se denomina
fotografía sin lente.
Los
principios teóricos de la holografía fueron desarrollados por el físico británico
de origen húngaro Dennis Gabor en 1947. La primera producción real de
hologramas tuvo lugar a principios de los años sesenta una vez disponible el
láser.
Un
holograma se diferencia básicamente de una fotografía normal en que no sólo
registra la distribución de intensidades de la luz reflejada, sino también la
de fases. Es decir, la película es capaz de distinguir entre las ondas que
inciden en la superficie fotosensible hallándose en su amplitud máxima, de
aquellas que lo hacen con amplitud mínima. Esta capacidad para diferenciar
ondas con fases distintas se logra interfiriendo un haz de referencia con las
ondas reflejadas.
El
efecto tridimensional se consigue porque el holograma reconstruye en el espacio
los frentes de onda que originalmente fueron creados por el objeto.
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