Física de Láseres Láser de Rubí Dr. Carlos Treviño Ileana Guízar Iturbide

1. Física de LáseresLáser de RubíDr. Carlos TreviñoIleana Guízar Iturbide

2. Contenido • Introducción • Composición química • Características espectrales • Configuraciones de bombeo • Características ópticas • Aplicaciones • Desventajas • Referencias

3. Introducción • Un láser en estado sólido se caracteriza por tener como medio activo una varilla o plancha sólida de aislante cristalino ligeramente impurificado. • Es el constituyente impurificador lo que proporciona la estructura energética requerida para producir el efecto láser.

4. Introducción • Históricamente éste fue el primer láser que funcionó en el mundo. Fue construido por Theodore Maiman en 1960, quien usó como medio activo un cristal de rubí sintético.

5. Composición química • El rubí es un cristal  sintético de Óxido de Aluminio (Al2O3). • Contiene una concentración de alrededor de 0.05% de impurezas de iones de cromo Cr+3.

6. Composición química • La forma geométrica típica que adopta el rubí usado en un láser es la de unas barras cilíndricas.

7. Características espectrales • Es un sistema de tres niveles. • El rubí absorbe la energía del bombeo en la región azul-verde. • Los niveles 4F1 o 4F2 (bandas de energía) decaen muy rápido al nivel 2E, el cual es el nivel superior de laseo (estado metaestable) • La duración de dicho estado es de 3ms. • El decaimiento al estado base va acompañado de la emisión de fotones a una longitud de onda de 694.3 nanómetros. Niveles de energía del láser de rubí.

8. Configuraciones de bombeo

9. Configuraciones de bombeo • Configuración típica para el láser de rubí. • Formado por dos espejos, la varilla de rubí de unos ocho centímetros, a pulida minuciosamente por sus extremos y bañada en plata y la lámpara de flash (contiene Xe típicamente). • Para la lámpara de flash la duración de los pulsos es del orden de ms. • Una descarga eléctrica en el Xe produce una descarga intensa, la cual es absorbida por la varilla de rubí. • La lámpara de flash es excitada por la descarga del capacitor. • La varilla de rubí debe tener un sistema de enfriamiento debido a la gran cantidad de calor que se genera por cada descarga. Configuración típica de un láser de rubí

10. Funcionamiento • Un alto voltaje causa que el tubo de descarga emita una intensa explosión de luz, excitando algunos de los átomos en el cristal de rubí a niveles de energía altos. • En un nivel de energía específico, algunos átomos emiten partículas llamadas fotones. Los fotones a partir de un átomo estimulan la emisión de fotones de otros átomos y la intensidad de luz se amplifica rápidamente.

11. Funcionamiento • Los espejos en cada extremo reflejan los fotones hacia adelante y hacia atrás, continuando este proceso de la emisión estimulada y amplificación. • Los fotones salen a través del espejo parcialmente reflejante. Y se emite la luz láser.

12. Configuraciones de bombeo • Ésta configuración es la llamada de acoplamiento estrecho. • En esta configuración la barra o varilla, sus extremos son planos, paralelos, y están pulidos. Además, un espejo completamente reflejante es colocado en una esquina de la varilla y un espejo parcialmente reflejante en la otra. • En este caso la lámpara de flash tiene la misma forma cilíndrica de la varilla (para asegurar que se bombee a la varilla la máxima cantidad de luz posible). • La lámpara y la varilla están colocados a lo largo del eje focal de un tubo reflectante cilíndrico. Láser de estado sólido

13. Características ópticas • La principal longitud de onda es de 693.4. • La salida para el láser de rubí varía desde unos cuantos milijoules hasta varios cientos de joules. • Eficiencia típica de 0.5%. • Diámetro del haz típico (mm) varía de 5-10. • Divergencia típica (mrads) es igual a 5.

14. Aplicaciones • Aplicaciones médicas • Aplicaciones en el campo de la industria militar • Aplicaciones científicas

15. Aplicaciones en el campo de la industria militar • Estos láseres han sido utilizados como "marcadores de blanco". Con un láser de baja potencia de este tipo se apunta hacia el objetivo que se desea destruir; en seguida un misil o cohete con un sensor adecuado, diseñado para identificar el lugar en donde el láser está siendo apuntado se dirige a dicho lugar y logra así la destrucción del objetivo.

16. Aplicaciones científicas • El láser de rubí se utiliza para aplicaciones holográficas.

17. Desventajas • Su baja eficiencia • Dificultad del crecimiento de los cristales sintéticos de rubí.

18. Bibliografía • M. W. Milonni and J. H. Eberly, Lasers (John Wiley & Sons) • A.Yariv, Quantum Electronics (John Wiley & Sons) • O. Svelto, Principles of Lasers (Plenum Press) • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/optmod/lassol.html#c4 • http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/105/htm/sec_7.htm