Tipos y funcionamiento de los láseres

Los láseres se clasifican por su medio de ganancia y bombeo, y funcionan en regímenes continuos o pulsados producidos por Q-switching y mode-locking.

Definition

La categorización de los láseres por medio de ganancia y mecanismo de excitación, y los modos de operación, de onda continua o pulsada, mediante los cuales se controlan su potencia de salida y estructura temporal.

Scope

Este tema examina las principales clases de láseres y cómo funcionan. Incluye láseres de gas como el helio-neón y el dióxido de carbono, láseres de estado sólido como el rubí, el neodimio y el titanio-zafiro, láseres de diodo semiconductor, láseres de colorante y de fibra, y sus longitudes de onda características y métodos de bombeo. También cubre los regímenes de funcionamiento: salida de onda continua y la generación de pulsos cortos y ultracortos mediante Q-switching y mode-locking, junto con las potencias pico y las duraciones de pulso resultantes. Conecta la física de ganancia subyacente con los diversos dispositivos prácticos.

Core questions

• ¿Qué medios de ganancia se utilizan en los láseres y qué longitudes de onda producen?
• ¿Cómo se bombean los diferentes láseres para crear una inversión de población?
• ¿Cómo generan pulsos cortos el Q-switching y el mode-locking?
• ¿Qué ventajas y desventajas distinguen la operación de onda continua de la pulsada?

Key concepts

• láser de gas
• láser de estado sólido
• láser de diodo semiconductor
• láser de fibra
• operación de onda continua
• Q-switching
• mode-locking
• pulsos ultracortos

Key theories

Clasificación por medio de ganancia

Los láseres se agrupan en láseres de gas, de estado sólido, semiconductores, de colorante y de fibra; el medio de ganancia fija las longitudes de onda disponibles, la eficiencia y la potencia, y dicta el bombeo adecuado por luz, corriente eléctrica o descarga.

Operación pulsada por Q-switching y mode-locking

El Q-switching deteriora y luego restaura repentinamente el factor de calidad de la cavidad para liberar la energía almacenada como un pulso intenso de nanosegundos, mientras que el mode-locking fasea muchos modos longitudinales juntos para producir un tren de pulsos de picosegundos o femtosegundos.

Clinical relevance

Diferentes tipos de láser se adaptan a diferentes usos médicos: láseres de dióxido de carbono para el corte de tejidos blandos, láseres de neodimio y erbio para procedimientos oftálmicos y dermatológicos, láseres de excímeros para la remodelación corneal y láseres de diodo para la fotocoagulación, con un funcionamiento pulsado que permite una interacción tisular precisa y con bajo daño colateral.

History

Maiman construyó el primer láser, un dispositivo de rubí pulsado, en 1960; Javan y sus colegas demostraron el láser de gas helio-neón continuo poco después, y el grupo de Hall produjo el primer láser de diodo semiconductor en 1962. Las décadas siguientes añadieron láseres de dióxido de carbono, de colorante, de fibra y de titanio-zafiro, así como las técnicas de Q-switching y mode-locking.

Key figures

• Theodore H. Maiman
• Ali Javan
• Robert N. Hall

Seminal works

• svelto2010
• salehteich2019

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre un láser de onda continua y un láser pulsado?

Un láser de onda continua emite un haz constante de potencia constante, mientras que un láser pulsado concentra su energía en ráfagas breves, logrando una potencia pico mucho mayor que su potencia promedio para aplicaciones que necesitan exposiciones intensas y cortas.

¿Cómo se producen los pulsos ultracortos de femtosegundos?

El mode-locking obliga a muchos de los modos longitudinales del láser a oscilar con una relación de fase fija, de modo que interfieren para formar un pulso extremadamente corto que circula en la cavidad y se emite como un tren regular.