Física del Láser
La física del láser estudia cómo la emisión estimulada y la retroalimentación óptica se combinan para generar luz coherente, direccional y monocromática.
Definition
El estudio de los principios por los cuales un medio de ganancia con inversión de población, colocado dentro de un resonador óptico, amplifica la luz a través de la emisión estimulada para producir un haz coherente, direccional y de banda estrecha.
Scope
La física del láser es el área de la óptica que se ocupa de la generación de luz coherente mediante emisión estimulada. Abarca la interacción cuántica de la luz y la materia a través de los coeficientes de Einstein, la creación de inversión de población y ganancia óptica en un medio bombeado, el papel de un resonador óptico en la provisión de retroalimentación y la selección de modos, el umbral y el funcionamiento en estado estacionario de los osciladores láser, las principales clases de láser y sus regímenes de funcionamiento, incluyendo la salida de onda continua y pulsada (Q-switched y de modo bloqueado), y la estructura espacial de los haces láser. Proporciona la base física para los láseres utilizados en la ciencia, la industria y la medicina.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo produce la emisión estimulada ganancia óptica?
- ¿Qué condiciones se necesitan para alcanzar y mantener la oscilación láser?
- ¿Cómo moldea el resonador las propiedades espectrales y espaciales de la salida?
- ¿Qué distingue los principales tipos de láser y sus métodos de generación de pulsos?
Key concepts
- emisión estimulada
- inversión de población
- ganancia óptica
- bombeo
- resonador óptico
- umbral de láser
- modos longitudinales y transversales
- coherencia y monocromaticidad
Key theories
- Emisión estimulada y los coeficientes de Einstein
- El tratamiento de Einstein de la absorción, la emisión espontánea y la emisión estimulada relaciona sus tasas y muestra que un medio excitado puede amplificar la luz de forma coherente, el principio subyacente de todos los láseres.
- Oscilación láser: ganancia, retroalimentación y umbral
- La emisión láser ocurre cuando la ganancia de ida y vuelta de un medio con inversión de población equilibra las pérdidas del resonador; por encima de este umbral, se acumula una oscilación coherente y autosostenible en los modos de la cavidad.
- Estructura de modos del resonador
- El resonador óptico impone frecuencias longitudinales discretas y modos espaciales transversales al campo, determinando el ancho de línea del láser, el perfil del haz y la coherencia.
Clinical relevance
Los láseres se utilizan en toda la medicina para cortar y coagular tejido en cirugía, para fotocoagulación y corrección refractiva en oftalmología, para tratamientos dermatológicos y estéticos, y como fuentes de luz para diagnóstico por imagen y espectroscopia, su salida precisa y coherente permite una entrega de energía controlada.
History
Einstein introdujo la emisión estimulada en 1917, pero la amplificación coherente no se logró hasta el máser de la década de 1950 por Townes y sus colegas. Schawlow y Townes describieron el láser óptico en 1958, y Maiman operó el primer láser funcional, un dispositivo de rubí, en 1960, abriendo el campo.
Key figures
- Albert Einstein
- Charles H. Townes
- Arthur L. Schawlow
- Theodore H. Maiman
Related topics
Seminal works
- siegman1986
- svelto2010
Frequently asked questions
- ¿Qué hace que la luz láser sea diferente de la luz ordinaria?
- La luz láser es altamente coherente, casi monocromática y se emite como un haz direccional bien definido, porque surge de la emisión estimulada en unos pocos modos de resonador en lugar de la emisión espontánea independiente en muchas direcciones y longitudes de onda.
- ¿Por qué un láser necesita un resonador?
- El resonador devuelve la luz a través del medio de ganancia muchas veces, permitiendo que el campo se acumule mediante emisión estimulada repetida y seleccionando las frecuencias específicas y la forma del haz que mantienen la oscilación.