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LÁSERES : los orígenes

LÁSERES : los orígenes. L : LIGHT A : AMPLIFICATION by S : STIMULATED E : EMISSION of R : RADIATION. Contenido. La luz como una onda electromagnética Los estudios precursores cuánticos sobre la emisión de luz Las condiciones adicionales para conseguir luz láser

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LÁSERES : los orígenes

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Presentation Transcript

  1. LÁSERES: los orígenes L: LIGHT A: AMPLIFICATION by S: STIMULATED E: EMISSION of R: RADIATION

  2. Contenido La luz como una onda electromagnética Los estudios precursores cuánticos sobre la emisión de luz Las condiciones adicionales para conseguir luz láser Las propiedades de la luz láser Algunos láseres de materiales activos sólidos, líquidos, gaseosos y semiconductores Regímenes de onda continua y de emisión pulsada Algunas aplicaciones Protección

  3. Luz blanca y descomposición

  4. 1.1.Espectro Electromagnético

  5. 1.2. Espectros de algunas fuentes luminosas: continuos y discontinuos Espectro de nuestro Sol Lámpara incandescente Vapor de mercurio Elemento fluorescente

  6. 1.3. Espectros de elementos: más discontinuos los más simples Hidrógeno Helio Mercurio

  7. 1.4. Radiación de cuerpo negro, emisiones discontinuas y líneas “puras” ¡El láser es un tipo de EMISIÓN luminosa diferente! : emite líneas espectrales más “puras”

  8. 1.5. El láser puede emitir una sola línea espectral muy estrecha

  9. 2.1. Radiación de cuerpo negro: efecto cuántico (Planck, 1900) No depende del material, solo de T 2.2. Líneas espectrales de elementos: niveles atómi-cos de energía cuantizados (Bohr, 1912) Vemos los niveles de energía en los espectros

  10. 2.3. Absorción y emisión: transiciones electrónicas entre niveles y fotones Un proceso es el opuesto del otro. La energía se conserva. Emisión espontánea. 2.4. Otro proceso que conserva energía:emisión estimulada (Einstein, 1917) El segundo fotón TIENE que emitirse en sincronía con el original.

  11. 3.1. Bombeo e inversión de población. La emisión estimulada no prevalece sobre la espontánea ¿por qué? Población normal: ¡hay que invertirla! (Basov, Prokhorov, Townes, Shawlow, 1950’s)

  12. 3.2. Resonador: onda estacionaria

  13. 3.3. Varios niveles

  14. 4.1 Direccionalidad 4.2 Monocromaticidad

  15. 4.3 Coherencia 4.4 Modos transversales

  16. 4.5. Speckle (Granulado o moteado coherente).

  17. 5. Láseres 5.1. MASER (Charles H. Townes, Gordon, Zeiger, 1954) micro-ondas (1 cm), 10 nW 5.2. RUBÍ Cr: AlO3 (Theodore H. Maiman, 1960) Pulso mseg, 694.3nm

  18. 5. Láseres 5.3. He-Ne (Javan, 1962) continuo, 632.8nm 5.4. CO2 ( KumarPatel, 1964) continuo, infrarrojo 10.6 micrones

  19. 5. Láseres 5.5. Semiconductor (grupo de Alferov del IoffePhysico-TechnicalInstitute y MortPanish y IzuoHayashi en Bell Labs producen el 1er laser semiconductor onda continua a temperatura ambiente, 1970) 5.6. Colorantes (B. Soffer y W. McFarland inventan el laser de colorantesintonizable, 1967. Sorokin) continuo, líneas ajustablesnm, pulsos de femtosegundos

  20. 5. Láseres 5.7. Argón (W. Bridges, 1964) continuo, multilíneas514.5, 488nm , Kriptón. N2 UV 5.8. Cristales Nd:YAG (J. E. Geusic, R. G. Smith, 1964) continuo, infrarrojo 1064 nm, doblado en frecuencia 532 nm. Nd:YVO4

  21. 5. Láseres 5.9. Excímero o exiplex (Basov, V.A. Danilychev and Yu. M. Popov desarrollaron el láser excimer –excímero- en el Instituto de Física P.N. Lebedev, 1970) Gas inerte (Ar, Kr, Xe) + reactivo (F2: flúor, Cl: cloro) UV (126nm Ar+, 337nm N2, 308nmXeCl) 10-100 mW. 5.10. Free-electron laser (John Madey, 1976, electrones relativistas, sintonizable r.X-micro)

  22. 6. Otros regímenes: régimen pulsado 6.1.Q-switching. con Fred J. McClung, Hellwarthpruebasuteoría laser, generandopotenciaspico100vecessuperiores a las de láseres de rubíordinariasusandoconmutacióneléctrica de obturadores con celda Kerr (1962). 6.2. Amarre de modos, dos láseres son sometidos a la técnica de phase-locked (amarre de modos) en Bell Labs, pasoimportanteparacomunicaciones (1965)

  23. 6. Otros regímenes: régimen pulsado 6.3. Ablación láser 6.4. Doble cavidad

  24. 6. Otros regímenes: OpticalParametricOscillator (OPO)

  25. 7. Aplicaciones 7.1. Cortes industriales (metal, plásticos, vidrio) 7.2. Cirugía (ablación)

  26. 7. Aplicaciones 7.3. Medición de distancias, apuntador 7.4. Reacciones y procesos inducidos

  27. 7. Aplicaciones 7.5. Comunicaciones 7.6. Impresiones

  28. 7. Aplicaciones 7.7. Metrología (Interferometría) 7.8. Holografía, CD, DVD

  29. 7. Aplicaciones 7.9. Fusión nuclear (confinamiento inercial) 7.10. Scanner

  30. 7. Aplicaciones 7.11. LIDAR (Light Detection and Ranging) 7.12. Pinzas ópticas

  31. 7. Clasificación de seguridad Class 1 CLASS 1 LASER PRODUCT A class 1 laser is safe under all conditions of normal use. This means the maximum permissible exposure (MPE) cannot be exceeded. This class includes high-power lasers within an enclosure that prevents exposure to the radiation and that cannot be opened without shutting down the laser. For example, a continuous laser at 600 nm can emit up to 0.39 mW, but for shorter wavelengths, the maximum emission is lower because of the potential of those wavelengths to generate photochemical damage. The maximum emission is also related to the pulse duration in the case of pulsed lasers and the degree of spatial coherence. Class 1M LASER RADIATIONDO NOT VIEW DIRECTLY WITH OPTICAL INSTRUMENTSCLASS 1M LASER PRODUCT A Class 1M laser is safe for all conditions of use except when passed through magnifying optics such as microscopes and telescopes. Class 1M lasers produce large-diameter beams, or beams that are divergent. The MPE for a Class 1M laser cannot normally be exceeded unless focusing or imaging optics are used to narrow the beam. If the beam is refocused, the hazard of Class 1M lasers may be increased and the product class may be changed. A laser can be classified as Class 1M if the total output power is below class 3B but the power that can pass through the pupil of the eye is within Class 1. Class 2 LASER RADIATIONDO NOT STARE INTO BEAMCLASS 2 LASER PRODUCT A Class 2 laser is safe because the blink reflex will limit the exposure to no more than 0.25 seconds. It only applies to visible-light lasers (400–700 nm). Class-2 lasers are limited to 1 mWcontinuous wave, or more if the emission time is less than 0.25 seconds or if the light is not spatially coherent. Intentional suppression of the blink reflex could lead to eye injury. Many laser pointers are class 2.

  32. 7. Clasificación de seguridad Class 2M LASER RADIATIONDO NOT STARE INTO BEAM OR VIEWDIRECTLY WITH OPTICAL INSTRUMENTSCLASS 2M LASER PRODUCT A Class 2M laser is safe because of the blink reflex if not viewed through optical instruments. As with class 1M, this applies to laser beams with a large diameter or large divergence, for which the amount of light passing through the pupil cannot exceed the limits for class 2. Class 3R LASER RADIATIONAVOID DIRECT EYE EXPOSURECLASS 3R LASER PRODUCT A Class 3R laser is considered safe if handled carefully, with restricted beam viewing. With a class 3R laser, the MPE can be exceeded, but with a low risk of injury. Visible continuous lasers in Class 3R are limited to 5 mW. For other wavelengths and for pulsed lasers, other limits apply. Class 3B LASER RADIATIONAVOID EXPOSURE TO BEAMCLASS 3B LASER PRODUCT A Class 3B laser is hazardous if the eye is exposed directly, but diffuse reflections such as from paper or other matte surfaces are not harmful. Continuous lasers in the wavelength range from 315 nm to far infrared are limited to 0.5 W. For pulsed lasers between 400 and 700 nm, the limit is 30 mJ. Other limits apply to other wavelengths and to ultrashort pulsed lasers. Protective eyewear is typically required where direct viewing of a class 3B laser beam may occur. Class-3B lasers must be equipped with a key switch and a safety interlock.

  33. 7. Clasificación de seguridad Class 4 LASER RADIATIONAVOID EYE OR SKIN EXPOSURE TODIRECT OR SCATTERED RADIATIONCLASS 4 LASER PRODUCT Class 4 lasers include all lasers with beam power greater than class 3B. By definition, a class-4 laser can burn the skin, in addition to potentially devastating and permanent eye damage as a result of direct or diffuse beam viewing. These lasers may ignite combustible materials, and thus may represent a fire risk. Class 4 lasers must be equipped with a key switch and a safety interlock. Most entertainment, industrial, scientific, military, and medical lasers are in this category. Etiqueta de advertencia para láseres clase 2 y mayores

  34. 7. Láseres en el Laboratorio de Interferometría de la Fac. Ciencias Físico-Matemáticas, BUAP He-Ne , CW, 30 mW Ar+ , CW, 2 W Nd:YVO4 , CW, 2 W Nd:YLF , PIV, 4-10 mJ En espera de un OPO adquirido…

  35. Conclusiones • El láser emite por emisión estimulada • La luz láser es monocromática (línea espectral muy fina) • La luz láser es muy ordenada (coherente) • La luz láser es muy direccional • La emisión concentra la energía en un área pequeña • La luz láser presenta granulación o moteado coherente • La emisión láser puede ser visible, en micro-ondas, infrarroja, ultravioleta o rayos X • La emisión puede ser continua, por pulsos o por impulsos • La duración de los pulsos puede ser de milisegundos, microsegundos, nanosegundos, picosegundos o femtosegundos • Las frecuencias de los pulsos pueden ir de Hertz a kiloHertz • La emisión puede ser de micro Watts, mili Watts, Watts, cientos de Watts o de mayores potencias • Algunas de sus aplicaciones son: alineaciones, medición de distancias, cortes (madera, acrílicos, metales), cirugía (retina, córnea, depilación, cálculos), informática (fibras, telefonía, internet, memorias, scanners), impresoras, shows, imágenes y… muchas otras más…

  36. ¡Gracias por su amable atención…!

  37. El Rayo de la Muerte Die AnotherDay, 2002 Goldfinger, 1964 Goldfinger, 1964 TheEmpire Strikes Back, 1980 Goldfinger, 1964

  38. Algunas técnicas: Chirp Pulse Amplification

  39. Algunas técnicas: generación de armónicos

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