Làser d'estat sòlid

De Viquipèdia

Icono de copyedit

Nota: L'article necessita algunes millores en el contingut o l'estil:

comença amb un subapartat en comptes de fer-ho amb la definició

Taula de continguts

[edita] Historia i Fonament

Des dels anys 60, els làsers han sigut fonts importants de radiació coherent sintonitzable en el rang visible degut a la seva gran flexibilitat operacional i a la seva naturalesa versàtil, que ha permès la seva utilització en un ampli ventall d'aplicacions: física, química, biologia, medicina i a la indústria.

Els làsers obliguen als àtoms a emmagatzemar llum i emetre-la en forma coherent. Primer, els electrons dels àtoms del làser són bombejats fins a un estat excitat per una font d'energia. Després, se'ls ‘estimula’ mitjançant fotons externs perquè emetin l'energia emmagatzemada en forma de fotons, mitjançant un procés conegut com a emissió estimulada. Els fotons emesos tenen una freqüència que depèn dels àtoms i es desplacen en fase amb els fotons que els estimulen. Els fotons emesos xoquen a la vegada amb altres àtoms excitats i alliberen nous fotons. La llum s'amplifica a mesura que els fotons es desplacen cap a enrere i cap a endavant entre dos miralls paral·lels desencadenant noves emissions estimulades. AL mateix temps, la llum làser, intensa, direccional i monocromática, es filtra per un dels miralls parcialment reflectant.

L'emisió estimulada, procés basat en el làser, va ser descrita per primera vegada per Albert Einstein en 1917. En 1958, els físics nord-americans Arthur Schawlow i Xerris Hard Townes van descriure a grans trets els principis de funcionament del làser en la seva sol·licitud de patent. Van obtenir la patent, però posteriorment va ser impugnada pel físic i enginyer nord-americà Gordon Gould. En 1960, el físic nord-americà Theodore Maiman va observar el primer procés làser en un cristall de robí. Un any més tard, el físic nord-americà nascut a Iran Alí Javan va construir un làser d'heli-neó. En 1966, el físic nord-americà Peter Sorokin va construir un làser de líquid. En 1977, el Tribunal de Patents d'Estats Units va confirmar una de les reivindicacions de Gould en relació amb els principis de funcionament del làser.


[edita] Làser d'estat sòlid

Segons el medi emprat, els làsers es denominen d'estat sòlid, de gas, de semiconductors o líquids. Els mitjans més comuns en els làsers d'estat sòlid són varetes de cristall de robí o vidres i cristalls amb impureses de neodimi. Els extrems de la vareta es tallen i són polits òpticament de manera que les seves superfícies siguin paral·leles i es recobreixen amb una capa reflectant no metàl·lica, normalment or. El mitjà d'excitació entra al mitjà actiu a través de la seva superfície al llarg de la vareta, mentre que el feix del laser obtingut s'emet pels seus extrems.

Poden emetre de dues maneres. Normalment funcionen per polsos, generant un pampallugueig de llum durant un temps breu. S'han aconseguit polsos de només 1,2 × 10e-14 segons, útils per a estudiar fenòmens físics de durada molt curta. El pampallugueig es realitza mitjançant llum de tubs de xenó, llums d'arc o llums de vapor metàl·lic. L'altre manera d'emetre els raigs és de forma contínua a travès de llums halògens o d'alta pressió de mercuri.

Els làsers d'estat sòlid proporcionen les emissions de major energia. La gamma de freqüències s'ha ampliat des de l'infraroig (IR) fins a l'ultraviolat (UV) al multiplicar la freqüència original del làser amb cristalls de dihidrogenfosfat de potasi, i s'han obtingut longituds d'ona encara més curtes, corresponents a raigs X, enfocant el feix d'un làser sobre blancs d'itri.


[edita] Avantatges

Malgrat s'hagin utilitzat els làsers tant en estat sòlid com en fase líquida o de vapor, el més utilitzat han sigut les dissolucions líquides, ja que aquest medi actiu tenia una elevada qualitat òptica i permetia el seu refredament a travès d'un sistema de flux. No obstant, l'ús de dissolucions líquides en els làsers presenta inconvenients, relacionat principalment amb les seves dimensions i toxicitat, dificil tractament i eliminació de les dissolucions líquides un cop utilitzades. A més, la circulació contínua dels líquids requereixen l'ús de bombes i un diseny de cèlul·les complexes, que fa que, juntament amb la mida i cost d'aquests sistemes, el seu ús sigui restringit fóra del laboratori.

Per tant, el làser d'estat sòlid, on les molècules s'incorporen a matrius sòlides, és una alternativa als làsers d'estat líquid, amb avantatges tant tecnològiques com econòmiques, com són la compactitat, facilitat d'operació i manteniment, absència de dissolucions tòxiques i inflamables i eliminació dels problemes produïts per les fluctuacions i evaporació dels dissolvents.

[edita] Inconvenients

La utilització pràctica dels làsers d'estat sòlid ha estat frenada per la ràpida degradació que experimentaven les molècules incorporades a matrius sòlides, de manera que l'enegia emesa pel làser disminuia ràpidament amb el número de ratjos disparats i la seva emissió s'extingia completament desprès d'uns pocs centenars de ratjos. No va ser fins a la dècada dels 90 que el desenvolupament de nous materials làser amb major ressistència al dany per radiació i la aparició de nous colorants més eficients i estables, van permetre arribar a avanços significatius pràctics.

En altres llengües