La absorción, este proceso
por el cual se absorben los fotones; el sistema atómico,
se excita a un estado de energía muy alto, el
electrón pasa a un estado meta-estable. Este
fenómeno compite ciertamente con el de la emisión
estimulada de radiación.
Características del
láser
La luz láser es intensa. No
obstante, sólo ciertos láseres son potentes.
Aunque lo parezca, no se trata de una contradicción.
La intensidad es una medida de la potencia por unidad de
superficie, e incluso los láseres que emiten
sólo algunos mili vatios son capaces de producir una
elevada intensidad en un rayo de un milímetro de
diámetro. En realidad, su intensidad puede ser igual a
la de la luz del sol. Cualquier lámpara ordinaria
emite una cantidad de luz muy superior a la de un
pequeño láser, pero esparcida por toda la sala.
Algunos láseres pueden producir muchos miles de vatios
continuamente; otros son capaces de producir billones de
vatios en un impulso cuya duración es tan sólo
la mil millonésima parte de un segundo.Los haces láser son estrechos y
no se dispersan como los demás haces de luz. Esta
cualidad se denomina direccionalidad. Se sabe que ni la luz
de un potente foco logra desplazarse muy lejos: si se enfoca
hacia el firmamento, su rayo parece desvanecerse de
inmediato. El haz de luz comienza a esparcirse en el memento
en que sale del foco, hasta alcanzar tal grado de
dispersión que llega a perder su utilidad. Sin
embargo, se han logrado reflejar haces láser de pocos
vatios de potencia sobre la luna y su luz era todavía
lo suficientemente brillante para verla desde la tierra. Uno
de los primeros haces láser que se disparó
contra la luna en 1962 sólo lleg6 a dispersarse cuatro
kilómetros sobre la superficie lunar. ¡No
está mal si se considera que se había
desplazado cuatrocientos mil kilómetros!La luz láser es coherente. Esto
significa que todas las ondas luminosas procedentes de un
láser se acoplan ordenadamente entre sí. Una
luz corriente, como la procedente de una bombilla, genera
ondas luminosas que comienzan en diferentes mementos y se
desplazan en direcciones diversas. Algo parecido a lo que
ocurre cuando se arroja un puñado de piedrecitas en un
lago. Lo único que se crean son pequeñas
salpicaduras y algunas ondulaciones. Ahora bien, si se
arrojan las mismas piedrecitas una a una con una frecuencia
exactamente regular y justo en el mismo sitio, puede
generarse una ola en el agua de mayor magnitud. Así
actúa un láser, y esta propiedad especial puede
tener diversas utilidades. Dicho de otro modo, una bombilla o
un foco son como escopetas de cartuchos, mientras que un
láser equivale a una ametralladora.Los láseres producen luz de un
solo color, o para decirlo técnicamente, su luz es
monocromática. La luz común contiene todos los
colores de la luz visible (es decir, el espectro), que
combinados se convierten en blanco. Los haces de luz
láser han sido producidos en todos los colores del
arco iris (si bien el más común es el rojo), y
también en muchos tipos de luz invisible; pero un
láser determinado sólo puede emitir
única y exclusivamente un solo color. Existen
láseres sintonizables que pueden ser ajustados para
producir diversos colores, pero incluso éstos no
pueden emitir más que un color único en un
memento dado. Determinados láseres, pueden emitir
varias frecuencias monocromáticas al mismo tiempo,
pero no un espectro continuo que contenga todos los colores
de la luz visible como pueda hacerlo una bombilla.
Además, existen numerosos láseres que proyectan
luz invisible, como la infrarroja y la
ultravioleta.
¿Para
qué sirven los láseres?
La gama de usos de los láseres es
sorprendente, hasta el punto de que alcanza una extensión
mucho más amplia que la concebida originariamente, por los
científicos que diseñaron los primeros modelos (a
pesar de que difícilmente lo admitirían), y supera
en mucho la visión de los primeros escritores de
ciencia-ficción, quienes en la mayoría de los casos
sólo supieron ver en él un arma futurista, (aunque
tampoco parecen dispuestos a confesar su falta de
imaginación). También resulta sorprendente la gran
variedad de láseres existentes.
En un extremo de la gama se encuentran los
láseres fabricados con minúsculas pastillas
semiconductoras, similares a las utilizadas en circuitos
electrónicos, con un tamaño no superior al de un
grano de sal. Gordon Gould uno de los pioneros en este campo,
confesó que le impresionaron cuando fueron presentados. En
el extremo opuesto se encuentran los láseres
bélicos del tamaño de un edificio, con los que
experimenta actualmente el ejército, muy diferentes de las
pistolas lanzarrayos que habían imaginado los escritores
de ciencia-ficción.
En este libro no sólo nos hemos
propuesto hablar de los láseres, sino también
explicar sus actuales aplicaciones -así como las de un
futuro próximo- y la forma en que afectarán, por
consiguiente, nuestras vidas.
Las tareas desempeñadas por los
láseres van de lo mundano a lo esotérico si bien
comparten un elemento común: son difíciles o
totalmente imposibles con cualquier otro instrumento. Los
Láseres son unos aparatos relativamente caros y, por lo
general, sólo se utilizan por su propiedad de suministrar
la forma y la cantidad de energía requeridas en el lugar
deseado.
Charles H. Townes, uno de los inventores
del láser y ganador del Premio Nobel, ha dicho que, en su
opinión, el láser abarcará una gama muy
amplia de campos y logrará hacerlo prácticamente
todo.
Aplicaciones del
láser
Industria
Es posible enfocar sobre un punto
pequeño un haz de láser potente, con lo que se
logra una enorme densidad de energía. Los haces enfocados
pueden calentar, fundir o vaporizar materiales de forma precisa.
Por ejemplo, los láseres se usan para taladrar diamantes,
modelar máquinas herramientas, recortar componentes micro
electrónicos, calentar chips semiconductores, cortar
patrones de moda, sintetizar nuevos materiales o intentar inducir
la fusión nuclear controlada (véase
Energía nuclear). El potente y breve pulso producido por
un láser también hace posibles fotografías
de alta velocidad con un tiempo de exposición de algunas
billonésimas de segundo. En la construcción de
carreteras y edificios se utilizan láseres para alinear
las estructuras.
Investigación
científica
Los láseres se emplean para detectar
los movimientos de la corteza terrestre y para efectuar medidas
geodésicas. También son los detectores más
eficaces de ciertos tipos de contaminación
atmosférica. Los láseres se han empleado igualmente
para determinar con precisión la distancia entre la Tierra
y la Luna y en experimentos de relatividad. Actualmente se
desarrollan conmutadores muy rápidos activados por
láser para su uso en aceleradores de partículas, y
se han diseñado técnicas que emplean haces de
láser para atrapar un número reducido de
átomos en un vacío con el fin de estudiar sus
espectros con una precisión muy elevada. Como la luz del
láser es muy direccional y monocromática, resulta
fácil detectar cantidades muy pequeñas de luz
dispersa o modificaciones en la frecuencia provocadas por
materia. Midiendo estos cambios, los científicos han
conseguido estudiar las estructuras moleculares. Los
láseres han hecho que se pueda determinar la velocidad de
la luz con una precisión sin precedentes; también
permiten inducir reacciones químicas de forma selectiva y
detectar la existencia de trazas de sustancias en una muestra.
Véase Análisis químico;
Fotoquímica.
Comunicaciones
La luz de un láser puede viajar
largas distancias por el espacio exterior con una pequeña
reducción de la intensidad de la señal. Debido a su
alta frecuencia, la luz láser puede transportar, por
ejemplo, 1.000 veces más canales de televisión de
lo que transportan las microondas. Por ello, los láseres
resultan ideales para las comunicaciones espaciales. Se han
desarrollado fibras ópticas de baja pérdida que
transmiten luz láser para la comunicación
terrestre, en sistemas telefónicos y redes de
computadoras. También se han empleado técnicas
láser para registrar información con una densidad
muy alta. Por ejemplo, la luz láser simplifica el registro
de un holograma, a partir del cual puede reconstruirse una imagen
tridimensional mediante un rayo láser.
Medicina
Con haces intensos y estrechos de luz
láser es posible cortar y cauterizar ciertos tejidos en
una fracción de segundo sin dañar al tejido sano
circundante. El láser se ha empleado para "soldar" la
retina, perforar el cráneo, reparar lesiones y cauterizar
vasos sanguíneos. También se han desarrollado
técnicas láser para realizar pruebas de laboratorio
en muestras biológicas pequeñas.
Tecnología militar
Los sistemas de guiado por láser
para misiles, aviones y satélites son muy comunes. La
capacidad de los láseres de colorante sintonizables para
excitar de forma selectiva un átomo o molécula
puede llevar a métodos más eficientes para la
separación de isótopos en la fabricación de
armas nucleares.
Láser
atómico
En enero de 1997, un equipo de
físicos estadounidenses anunció la creación
del primer láser compuesto de materia en vez de luz. Del
mismo modo que en un láser de luz cada fotón viaja
en la misma dirección y con la misma longitud de onda que
cualquier otro fotón, en un láser atómico
cada átomo se comporta de la misma manera que cualquier
otro átomo, formando una "onda de materia"
coherente.
Los científicos confían en
las numerosas e importantes aplicaciones potenciales de los
láseres atómicos, aunque presenten algunas
desventajas prácticas frente a los láseres de luz
debido a que los átomos están sujetos a fuerzas
gravitatorias e interaccionan unos con otros de forma distinta a
como lo hacen los fotones.
La historia
del rayo láser
La historia comenzó en
1916, cuando Albert Einstein estudiaba
el comportamiento de los electrones en el interior
del átomo. Por regla general, los electrones son
capaces de absorber o emitir luz. En realidad, los electrones
emiten luz espontáneamente sin ninguna
intervención externa. Sin embargo, Einstein
previó la posibilidad de estimular los electrones para
que emitiesen luz de una longitud de onda determinada. El
estímulo se lo proporcionaría una luz adicional
de la misma longitud de onda. A pesar de que R.
Ladenberg verificó el pronóstico de
Einstein en 1928, nadie pensó seriamente
en construir un dispositivo basado en el fenómeno en
cuestión hasta principios de los años
cincuenta.Recordemos que láser significa
amplificación de la luz
por emisión estimulada
de radiación. Einstein descubrió la
emisión estimulada, pero para fabricar un láser
se precisa también amplificación de dicha
emisión estimulada.La primera propuesta conocida para la
amplificación de la emisión estimulada
apareció en una solicitud de patente soviética
en el año 1951, presentada por V.A.
Fabrikant y dos de sus alumnos. Sin embargo, dicha
patente no se publicó hasta 1959, y por
consiguiente no afectó a los demás
investigadores. Fabrikant sigue siendo un misterio en
la actualidad, uno de los olvidados en
la ruta de investigación del
láser. En 1953, Joseph Weber, de
la universidad de Maryland, propuso también la
amplificación de la emisión estimulada y, al
año siguiente, los rusos mencionados anteriormente,
Basov y Prokhorov, escribieron un
artículo explorando mucho más
a fondo el concepto. Desde entonces, a
Weber se le ha pasado a conocer mejor por
sus investigaciones en otro campo, el de la
detección de ondas de gravedad basándose
también en otra antigua idea de Albert
Einstein.
Éstas son las fechas oficiales
correspondientes a la primera parte de la carrera del
láser.
La idea de Townes, según
sus propias palabras en aquella época, "solo
parecía factible en parte" Siguiendo
el método tradicional de los
catedráticos de física, formuló el
problema en forma de tema para una tesis y se lo
ofreció a James P. Gordon,
alumno licenciado de la universidad de
Columbia. Tres años más tarde, Gordon,
Townes y Herbert Zeiger habían logrado construir
en Columbia el primer máser
(amplificación de microondas por emisión
estimulada de radiación).Durante los años siguientes
proliferaron los máseres. Debido a que la
física de éstos era fascinante, el
nuevo campo atrajo a numerosos investigadores, pero por
desgracia se encontraron pocas aplicaciones para los aparatos
en cuestión. Una de sus utilidades consiste en
amplificar las señales que los
radioastrónomos reciben del espacio lejano, y en
las comunicaciones por medio de satélite, y
se usan además come medida de frecuencias en
los relojes atómicos de ultra precisión.
Sin embargo, la gama de frecuencias que amplifica es
excesivamente limitada para la mayoría de las
aplicaciones electrónicas. Los físicos deseaban
ir más allá, y no tardaron en comenzar a
investigar otras zonas del espectro electromagnético,
en especial las longitudes de onda de la luz infrarroja y
visible. Y así comenzó la gran
carrera.
La carrera en pos
del primer láser
Entonces fue cuando comenzó a
ganar interés… y empezaron las
querellas.
En septiembre de 1957,
Townes esbozó un proyecto para
la construcción de un
"máser óptico" que emitiría
luz visible. Y se puso en contacto con su viejo amigo
Arthur Schawlow, que entretanto había
abandonado la universidad de Columbia
para trabajar en los laboratorios Bell.Gordon Gould era estudiante
licenciado de la facultad de física en la
universidad de Columbia, donde Townes ejercía de
catedrático. Puesto que Gould y Townes
llegarían eventualmente a disputarse
los derechos de cierta patente.Gould admite que se
inspiró en el máser y en las ideas de
Townes. Estaba obsesionado por la idea de construir un
artefacto que emitiese luz en lugar de microondas, pero,
puesto que no logró que Kusch aceptase el
proyecto para su doctorado, decidió emprenderlo por
cuenta propia. En noviembre de 1957, transcurridos
apenas dos meses desde que Townes hubiera esbozado su
máser óptico, Gould comenzó a
describir su propia idea para la construcción de un
aparato semejante utilizando -al parecer por primera vez- el
término láser.Prosiguió con
la exposición de sus planes para la
construcción de un láser y aprovechó
la oportunidad para hacer proféticas
declaraciones. Gould asegura que admitió, antes de
que lo hicieran otros pioneros del láser, que seria
posible conseguir densidades de energía hasta entonces
inalcanzables. Puntualizó que la
segunda ley de termodinámica no
limita el brillo del láser. Dicha ley afirma que
la temperatura de una superficie calentada por un
haz procedente de una fuente radicación
térmica no puede exceder la temperatura de la
fuente.Gould comprendió que el
láser sería una fuente de luz no térmica
y, por consiguiente, capaz de generar temperaturas muy
superiores a la suya. En la práctica, esto significa
que un láser que opere a
temperatura ambiente es capaz de producir un haz
que llegue a fundir el acero. Un haz de luz láser
debidamente focalizado podría ser utilizado para
generar una fusión termonuclear,
según pronosticó Gould en sus notas,
además de afirmar que el láser podría
emplearse para establecer comunicaciones con la
luna.Gould esperó hasta abril
de 1959. Sin embargo, Townes y Schawlow
no. Transcurridos unos 7 meses, durante el verano de
1958 solicitaron las patentes y mandaron
detallado informe a la
prestigiosa revista Physical Review, la cual
lo publicó en diciembre de 1958.
El Primer Láser
Un físico de los
laboratorios de investigación de la
compañía aérea Hughes, en Malibu,
California, llamado Theodore H. Maiman.
Éste había estado utilizando un rubí
sintético como cristal para un máser y lo
había estudiado con suma atención. Otros
investigadores habían Ilegado, en general, a la
conclusión de que el rubí no constituía
el material adecuado para el láser debido a las
características de los átomos en el interior
del cristal, pero los cálculos de Maiman le
convencieron de que seria apropiado.Trabajando solo y sin ayuda alguna por
parte del Gobierno, Maiman construyó un
pequeño artefacto que consistía en un cristal
cilíndrico de rubí de un centímetro
aproximado de diámetro, rodeado de una lámpara
espiral intermitente. Los extremes de la barra de rubí
habían sido cubiertos con el fin de que actuasen como
espejos, condición necesaria para la oscilación
del láser. Cuando el cristal recibía
ráfagas de luz de unas millonésimas de segundo
de duración, producía breves pulsaciones de luz
Láser. El 7 de julio de 1960, Maiman
comunicó a la prensa que había hecho funcionar
el primer láser. Tan pequeño era el
aparato, de unos escasos centímetros de longitud, que
el encargado de relaciones públicas de la empresa
Hughes no permitió que los periodistas lo
fotografiasen y les ofreció en su lugar la
fotografía de otro artefacto que todavía no
había funcionado, pero que le parecía
más impresionante debido a su mayor
tamaño. En la era de las microcomputadoras y de
los circuitos integrados, su actitud parece curiosa, pero en
los años sesenta la mayor parte de los equipos
electrónicos se construían todavía con
voluminosas válvulas y de algún modo, lo mayor
parecía mejor.El láser de Maiman
producía unos 10.000 vatios de luz, pero duraba
escasamente unas millonésimas de segundo en un momento
dado y correspondía a un extremo tan rojo del espectro
luminoso que era casi invisible. Se precisaban delicados
instrumentos para comprobar que las pulsaciones no eran
simplemente fluorescentes, sino que correspondían a un
tipo de luz que nadie había visto hasta entonces: la
luz láser. La era del láser acababa de
comenzar. Lamentablemente, las implicaciones del
descubrimiento de Maiman no fueron evidentes en
aquellos momentos para los redactores de una de las
más prestigiosas publicaciones en su campo, la
Physical Review Letters. Tras haber decidido en 1959
que los progresos en la física de los máseres
ya no merecían ser publicados con urgencia
(función primordial de la Physical Review Letters),
optaron por rechazar el informe de Maiman.La segunda publicación de su
elección era la prestigiosa, aunque menos
especializada, revista británica Nature,
donde en 1960 se apresuraron a publicar el
artículo de Maiman que constaba escasamente de
300 palabras y constituía, por consiguiente, el
más sucinto informe jamás divulgado sobre un
importante descubrimiento científico. A pesar de su
brevedad, el artículo permitió que se repitiese
la hazaña de Maiman en varios
laboratorios.
Comienza el gran
auge
Después de estudiar el trabajo
de Maiman, los demás investigadores dirigieron
rápidamente su atención a la
construcción de otros modelos de láseres. Al
principio, el progreso era lento. Durante el año
1960 se construyó el primer láser de gas
y dos nuevos modelos de cristal, uno de los cuales era de
Schawlow. En 1961 se descubrieron dos nuevos
tipos de láser, uno de ellos debido al equipo de
Gould y Maiman, funcionaba por bombeo
óptico, pero el material activo era vapor de cesio (un
metal).El verdadero auge comenzó en
1962, y en 1965 la actividad del láser
había sido observada en mil longitudes de onda
diferentes, y ello sólo en los gases. Fueron
muchos los que comenzaron a estudiar las posibles
aplicaciones de los láseres a partir del momento en
que se descubrieron. Una de ellas consistía en
calcular la distancia a la que se encontraban ciertos
objetos, y los militares no tardaron en aprovecharla para
determinar la posición de los blancos. Los
investigadores de los laboratorios Bell, entre otros,
empezaron a estudiar su aplicación en el campo de las
comunicaciones, como habían previsto en todo momento
Townes y Schawlow.La fabricación comercial de los
láseres tampoco se hizo esperar. Una de las primeras
empresas en el nuevo campo fue la Korad Inc., fundada por
Maiman en Santa Mónica, California, en
1962. No tardaron en aparecer otras. Muchas fracasaron
y algunas son todavía pequeñas empresas con un
puñado de empleados. Entre las que han logrado un gran
éxito se encuentra Spectra-Physics Inc., radicada en
Mountain View, California, cuyas ventas exceden los 100
millones de dólares anuales y sus acciones se cotizan
en la Bolsa de Nueva York.Pronto comenzaron los pioneros del
láser a cubrirse de honores. En 1964,
Townes, Basov y Prokhorov compartieron
el premio Nobel de física. A
Townes se le otorgó la patente del
máser, que, puesto que cubría toda
amplificación por emisión estimulada fuere cual
fuese la longitud de onda, afectaba también al
láser. Townes y Schawlow compartieron
una patente básica sobre el láser (es decir, un
artefacto que opere especialmente en longitudes de onda
ópticas e infrarrojas). A Maiman se le
otorgó una patente por su láser de rubí
y al fin consiguió hacerse con una suma considerable
de dinero al vender su participación en Korad Inc. a
la Union Carbide Corporation.
El retorno de
Gordon Gould
Entretanto, Gordon Gould
parecía haberse esfumado. Townes y
Schawlow estaban en posesión de la patente
que él esperaba conseguir, habiéndosele
anticipado en casi nueve meses. Cuando intentó
que se reconociesen sus derechos a la solicitud de
1959 se vio involucrado en cinco costosas y
prolongadas acciones judiciales, propias del procedimiento
utilizado por la oficina de patentes de Estados Unidos para
determinar a quién corresponden los derechos de un
invento determinado. En la primera de sus acciones,
Gould se estrelló contra la patente de
Townes y Schawlow. Esencialmente
quedó desacreditado, y además se ganó la
antipatía de numerosos miembros de la comunidad
científica, debido al prestigio de los hombres a
quienes se enfrentaba. A continuación
Gould perdió otras dos batallas parecidas, pero
ganó otras dos que, más adelante,
constituirían las bases de las demás patentes
que le iban a otorgar. A fin de cuentas su
compañía había pagado 300.000
dólares en gastos judiciales y la mayor parte de las
solicitudes habían caído en el olvido. En
1977 recuperó de su compañía el
derecho de sus patentes y comenzó a insistir en las
solicitudes personalmente. Incapaz de seguir financiando
sucesivas batallas legales, Gould cedió parte
de sus derechos de patente a una agencia de licencias y
patentes de Nueva York llamada Refac Technology Development
Corporation, a cambio de que la agencia se comprometiese a
seguir tramitando las solicitudes.Los esfuerzos de Refac se vieron
coronados al fin por el éxito. El 11 de octubre de
1977 le fue otorgada una patente a Gould relacionada
con la técnica del bombeo óptico, es necesaria
para el funcionamiento de muchos láseres. En
1979, Gould recibió una segunda patente
que, al igual que la del bombeo óptico, hundía
sus raíces en la solicitud de 1959 y
cubría una amplia gama de aplicaciones del
láser.Cuando Gould recibió su
patente relacionada con el sistema de bombeo óptico,
el asombro fue enorme en la industria del láser. Las
patentes de Townes y Schawlow acababan de caducar y
los fabricantes de láseres creían que ya no se
verían obligados a seguir pagando derechos por la
utilización de conceptos básicos sobre el
láser. Entre aquellos a quienes afectaban las nuevas
patentes se encontraban numerosos fabricantes de
láseres industriales, así como otros de
aplicaciones bélicas basados en el sistema de bombeo
óptico, y cuando Refac les exigió el 5 por
ciento manifestaron que no estaban dispuestos a aceptar la
validez de las patentes en cuestión. Apenas acababa de
ser otorgada la primera patente, cuando se presentó
una denuncia por uso indebido del sistema de bombeo
óptico contra la empresa denominada Control
Láser Corporation, de Orlando, Florida, pero a los
cuatro años no había llegado todavía el
caso a los tribunales.Maiman ha puntualizado que
Schawlow, Townes o Gould no
habían construido ningún láser cuando
solicitaron sus respectivas patentes, ni lo hicieron tampoco
en un futuro inmediato. Por otra parte, transcurridos
más de veinte años (a principios de
1981), Gould y un colega suyo construyeron un
láser sirviéndose -según Gould–
de la información que aparecía en la solicitud
de su patente y demás información e
instrumentos de dominio público en el momento en que
dicha patente fue solicitada en 1959. Apenas
había acabado Gould de construir su
láser y se disponía a mostrar ante los
tribunales cuando surgió una nueva
complicación. En el ejemplar de Science
correspondiente al 3 de abril de 1981 apareció
un informe de un grupo de científicos del Godard Space
Flight Center de la NASA, encabezado por Michael Mumma,
según el cual habían detectado
amplificación láser por bombeo óptico en
la atmósfera de Marte. El equipo de Mumma
descubrió que la luz del sol produce una
inversión de población el dióxido de
carbono entre 75 y 90 km. sobre la superficie de Marte,
provocando emisión estimulada amplificada -es decir,
lo que nosotros denominamos amplificación
láser- en la gama infrarroja. La Control Láser
Corporation recibió la noticia con verdadero deleite,
afirmando que el destello demostraba que la
amplificación láser por bombeo óptico
era fenómeno natural y por consiguiente no
patentable.Las solicitudes de patente más
recientes de Gould están también
plagadas de complejidades. El caso comenzó cuando
Refac decidió entablar un juicio con una
pequeña empresa canadiense denominada Lumonics Inc.,
que se dedica a la fabricación de sistemas
láser para grabar objetos. Entonces, la General Motors
decidió intervenir en defensa Lumonics, y ahora parece
haberse hecho cargo de la defensa del cargo. La GM alega que
la patente no es válida, puesto que no se trata
más de una extensión de un arte ya existente,
que se remonta al año 212 A.C., cuando
Arquímedes incendió la armada romana que
sitiaba Sisa sirviéndose de una lupa. En esta
situación se dan finalmente dos paradojas.
Townes forma parte consejo de administración de
la General Motors, si bien la empresa no tomó parte en
la decisión de intervenir en el pleito. Además
fue Townes el primero en observar en 1973, las
emanaciones infrarrojas de la atmósfera de Marte, que
en 1980, el equipo de Mumma demostraría que
procedían de amplificación.
Temas
delicados
Uno de los factores que ha contribuido
al difícil reconocimiento de las retribuciones de
Gould al desarrollo del láser, es el hecho de
que no se ajustase a los procedimientos tradicionales de la
comunidad científica. Se espera que los
científicos se ocupen de patentar sus descubrimientos,
pero también que describan sus investigaciones sin
pérdida de tiempo en alguna publicación
científica, con el doble propósito de informar
a los demás científicos y establecer la
prioridad de su trabajo. Para justificar el hecho de no
haberse ajustado a dichas normas, Gould habla de
presiones cronológicas, el conflicto potencial entre
publicar y obtener patentes extranjeras, y el hecho de que, a
causa de los militares, gran parte de su información
constituía un secrete de Estado. Lo ocurrido ha
contribuido (y sigue haciéndolo) a que el papel de
Gould en la historia del láser cayese
parcialmente en el olvido.Existe también otro aspecto
sumamente delicado que hace referencia al trato de los
estudiantes licenciados dedicados a la investigación.
Muchos estudiantes se inspiran en ideas brindadas por sus
catedráticos, pero también se da el caso de
ciertos miembros de la facultad que están dispuestos a
apropiarse las ideas de sus alumnos. Townes asegura
que la mayoría de las ideas plasmadas en el cuaderno
de Gould, así como en las solicitudes de sus
patentes, son meras ampliaciones de las descripciones que
Townes le ofreció en su día. Gould, por
su parte, alega que sus ideas son originales.A nivel personal todavía existe
un evidente rencor entre ambos científicos.
Townes dijo en fechas recientes que, en su
opinión, son muchos los que han contribuido
enormemente al desarrollo del láser, pero
agregó que Gould no era uno de ellos.
Gould afirma que Schawlow es «un
individuo muy agradable» pero, aparte del comentario
críptico «supongo que tiene sus
necesidades», se niega a hablar de Townes.
Cuando le preguntamos a Schawlow qué
opinión le merecía Gould, el
físico, por lo general repleto de jovialidad, se
incomodó visiblemente y admitió que las
solicitudes de patentes de Gould habían logrado
disgustarle.La concesión de las patentes le
ha proporcionado a Gould satisfacción emocional
y financiera. Al vender finalmente la parte que le
correspondía de las patentes, ha conseguido 300.000
dólares al contado y dos millones de dólares en
obligaciones. Los compradores son también personajes
curiosos en el juego de las patentes; se trata de una empresa
de Ardmore, Pennsylvania, que se denominaba Panelrama
Corporation, y que con el fin de realizar la compra
liquidó una cadena de tiendas al por menor que
trabajaba con pérdidas. Entonces Panelrama
cambió de nombre y pasó a llamarse Patlex
Corporation, puesto que esencialmente sus intereses en las
patentes de Gould constituyen su único negocio.
En el caso de que dichas patentes entren en vigor, Patlex,
Gould, Refac y los abogados de Nueva Jersey que se
ocupan del caso compartirán los derechos reales, que
podrían llegar a representar decenas o incluso
centenares de millones de dólares durante el
período en que se hallen en vigor las patentes. El
propio Gould estima que dichas patentes podrían
reportar unos 10 millones de dólares anuales, y su
validez se extiende a lo largo de diecisiete años. Sin
embargo, numerosos observadores en el mundo del láser
creen que las solicitudes son excesivamente abstractas para
tener validez y que incluso la patente relacionada con el
bombeo óptico puede desmoronarse ante un concertado
ataque jurídico.Al igual que la mayoría de los
pioneros del láser, Gould se ha dedicado a
otros campos. En la actualidad, con sus sesenta años
ya cumplidos, es vicepresidente de una pequeña empresa
de Gaithersburg, Maryland, que se dedica a la
fabricación de equipos destinados a comunicaciones por
fibra óptica y que se denomina Optelecom Inc. Su
cliente más importante es el ejército, pero
Gould espera que llegue el día en que el
beneficio de sus patentes le permita decidir el campo en el
que desee investigar, sin tener que preocuparse de los deseos
de los militares. Ahora que ha logrado la concesión de
sus patentes, Gould ha comenzado a recibir premios
tales como el de inventor del año, otorgado por la
Asociación en pro del progreso de la invención
y la innovación. Sin embargo, a Gould ya poco
le importa. «Nada tienen que ver esas patentes con mi
orgullo», asegura, aunque me gustaría sacarles
algún dinero».Tanto Townes como Schawlow han
seguido brillantes carreras en el mundo académico y
ambos han recibido innumerables premios. Townes es
catedrático de física en la universidad de
California, en Berkeley, y desde hace algún tiempo se
ocupa primordialmente de radioastronomía y radiaciones
infrarrojas, utilizando máseres y láseres para
ciertos aspectos de su trabajo. Schawlow es
catedrático de física en la universidad de
Stanford, y utiliza láseres como herramientas para el
estudio de las propiedades de la materia, sin ocuparse de los
propios láseres. Gracias a su trabajo, Schawlow
compartió con Nicolás Bloembergen
-físico de la universidad de Harvard que
también participó activamente en el desarrollo
inicial del láser- el premio Nobel de física de
1981. Schawlow estaba de un humor excelente cuando
hablamos con él el día en que se dio a conocer
la noticia, puesto que ya no se vería obligado a
aclarar que no había recibido ningún premio
Nobel, como comúnmente, se suponía debido a su
estrecha cooperación con Townes en el
desarrollo del láser.Después de muchos años en
Korad Inc., Maiman acabó también
distanciándose de los láseres. Intentó
abrirse camino en varios campos y durante varios años
trabajó como asesor independiente antes de unirse a la
TRW Inc. en calidad de vicepresidente encargado de
tecnología y nuevas empresas. Muchos otros pioneros
del láser, tales como Gordon, Zeiger y
Weber, han abandonado a su vez la investigación
activa en dicho campo.Entre los primeros investigadores, los
que siguen mas estrechamente vinculados con la
investigación del láser son Basov y
Prokhorov. Basov es director del instituto de
física Lebedev, de Moscú, y miembro del
Parlamento soviético. Prokhorov es subdirector
del instituto Lebedpv. Ambos científicos dirigen
grandes equipos dedicados a la investigación
relacionada con el láser y sus nombres aparecen con
regularidad en los artículos sobre dicho
campo.
Aspectos
recientes
Se han observado mejoras en la
modulación de ancho de banda, umbral de
excitación, ruido relativo de intensidad, factor de
realce de ancho de línea y estabilidad con la
temperatura. La región activa del punto
cuántico puede diseñarse para operar con
diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la
composición del punto cuántico. Esto permite
que este tipo de láser pueda fabricarse para operar en
longitudes de onda imposibles de obtenerse con la
tecnología de láser semiconductor
actual.Con esta tecnología, se ha
desarrollado un láser de punto cuántico de
hasta 10 Gbit/s para uso en comunicaciones ópticas de
datos y redes ópticas que es insensible a la
fluctuación de temperatura. El láser es capaz
de operar a alta velocidad en longitudes de onda de 1.3
µm, en un rango de temperaturas de entre 20 °C y 70
°C. Trabaja en sistemas ópticos de
transmisión de datos, LANs ópticos y sistemas
de Red de Área Metropolitana. En comparación al
desempeño de los láseres de pozo
cuántico tensado convencionales del pasado, el nuevo
láser de punto cuántico alcanza una estabilidad
ante la temperatura perceptiblemente más
alta.
Galería de
Imágenes
Albert Einstein y Max
Planck
Willis Eugene Lamb y R. C.
Rutherford
R. Ladenberg
Charles Townes
James P. Gordon y Herbert J.
Zeiger
Nikolái Básov y
Aleksandr Prójorov
Arthur Leonard Schawlow
Theodore Harold Maiman
Gordon Gould
Bibliografía:
Historia
FÍSICA
Profesor: Roberto Salgado
Jiménez.
Equipo: Número
Ocho.
Tema: ¿Cómo funciona el
laser?
Anexo
LASER: What"s that?
Light amplification by stimulated
emission of radiation (LASER or laser) is a mechanism for
emitting electromagnetic radiation,
typically light or visible light, via the process of
stimulated emission. The emitted laser light is (usually) a
spatially coherent, narrow low-divergence beam that can be
manipulated with lenses. In laser technology, "coherent
light" denotes a light source that produces (emits) light of
in-step waves of identical frequency, phase,[1] and
polarization. The laser's beam of coherent light
differentiates it from light sources that emit incoherent
light beams, of random phase varying with time and position.
Laser light is generally a narrow-wavelength electromagnetic
spectrum monochromatic light; yet, there are lasers that emit
a broad spectrum of light, or emit different wavelengths of
light simultaneously.
Laser Design
A laser consists of a gain medium
inside a highly reflective optical cavity, as well as a means
to supply energy to the gain medium. The gain medium is a
material with properties that allow it to amplify light by
stimulated emission. In its simplest form, a cavity consists
of two mirrors arranged such that light bounces back and
forth, each time passing through the gain medium. Typically
one of the two mirrors, the output coupler, is partially
transparent. The output laser beam is emitted through this
mirror.Light of a specific wavelength that
passes through the gain medium is amplified (increases in
power); the surrounding mirrors ensure that most of the light
makes many passes through the gain medium, being amplified
repeatedly. Part of the light that is between the mirrors
(that is, within the cavity) passes through the partially
transparent mirror and escapes as a beam of light.The process of supplying the energy
required for the amplification is called pumping. The energy
is typically supplied as an electrical current or as light at
a different wavelength. Such light may be provided by a flash
lamp or perhaps another laser. Most practical lasers contain
additional elements that affect properties such as the
wavelength of the emitted light and the shape of the
beam.
Laser physics
The gain medium of a laser is a
material of controlled purity, size, concentration, and
shape, which amplifies the beam by the process of stimulated
emission. It can be of any state: gas, liquid, solid or
plasma. The gain medium absorbs pump energy, which raises
some electrons into higher-energy ("excited") quantum states.
Particles can interact with light by either absorbing or
emitting photons. Emission can be spontaneous or stimulated.
In the latter case, the photon is emitted in the same
direction as the light that is passing by. When the number of
particles in one excited state exceeds the number of
particles in some lower-energy state, population inversion is
achieved and the amount of stimulated emission due to light
that passes through is larger than the amount of absorption.
Hence, the light is amplified. By itself, this makes an
optical amplifier. When an optical amplifier is placed inside
a resonant optical cavity, one obtains a laser.The light generated by stimulated
emission is very similar to the input signal in terms of
wavelength, phase, and polarization. This gives laser light
its characteristic coherence, and allows it to maintain the
uniform polarization and often monochromatic established by
the optical cavity design.The optical cavity, a type of cavity
resonator, contains a coherent beam of light between
reflective surfaces so that the light passes through the gain
medium more than once before it is emitted from the output
aperture or lost to diffraction or absorption. As light
circulates through the cavity, passing through the gain
medium, if the gain (amplification) in the medium is stronger
than the resonator losses, the power of the circulating light
can rise exponentially. But each stimulated emission event
returns a particle from its excited state to the ground
state, reducing the capacity of the gain medium for further
amplification. When this effect becomes strong, the gain is
said to be saturated. The balance of pump power against gain
saturation and cavity losses produces an equilibrium value of
the laser power inside the cavity; this equilibrium
determines the operating point of the laser. If the chosen
pump power is too small, the gain is not sufficient to
overcome the resonator losses, and the laser will emit only
very small light powers. The minimum pump power needed to
begin laser action is called the lasing threshold. The gain
medium will amplify any photons passing through it,
regardless of direction; but only the photons aligned with
the cavity manage to pass more than once through the medium
and so have significant amplification.The beam in the cavity and the output
beam of the laser, if they occur in free space rather than
waveguides (as in an optical fiber laser), are, at best, low
order Gaussian beams. However this is rarely the case with
powerful lasers. If the beam is not a low-order Gaussian
shape, the transverse modes of the beam can be described as a
superposition of Hermite-Gaussian or Laguerre-Gaussian beams
(for stable-cavity lasers). Unstable laser resonators on the
other hand, have been shown to produce fractal shaped
beams.[4] The beam may be highly collimated, that is being
parallel without diverging. However, a perfectly collimated
beam cannot be created, due to diffraction. The beam remains
collimated over a distance which varies with the square of
the beam diameter, and eventually diverges at an angle which
varies inversely with the beam diameter. Thus, a beam
generated by a small laboratory laser such as a helium-neon
laser spreads to about 1.6 kilometers (1 mile) diameter if
shone from the Earth to the Moon. By comparison, the output
of a typical semiconductor laser, due to its small diameter,
diverges almost as soon as it leaves the aperture, at an
angle of anything up to 50°. However, such a divergent
beam can be transformed into a collimated beam by means of a
lens. In contrast, the light from non-laser light sources
cannot be collimated by optics as well.Although the laser phenomenon was
discovered with the help of quantum physics, it is not
essentially more quantum mechanical than other light sources.
The operation of a free electron laser can be explained
without reference to quantum mechanics.
Maser
In 1953, Charles Hard Townes and
graduate students James P. Gordon and Herbert J. Zeiger
produced the first microwave amplifier, a device operating on
similar principles to the laser — but amplifying
microwave radiation, rather than infrared or visible
radiations; yet, Townes's maser was incapable of continuous
output. Meanwhile, in the Soviet Union, Nikolái Basov
and Aleksandr Prokhorov were independently working on the
quantum oscillator and produced the first MASER when they
solved the problem of continuous-output systems by using more
than two energy levels. These MASER systems could release
stimulated emissions without falling to the ground state,
thus maintaining a population inversion. In 1955, Prokhorov
and Basov suggested an optical pumping of a multi-level
system as a method for obtaining the population inversion,
later a main method of laser pumping.Townes reports that several eminent
physicists — among them Niels Bohr, John von Neumann,
Isidor Rabi, Polykarp Kusch, and Llewellyn Thomas —
argued the MASER violated Heisenberg's uncertainty principle
and hence could not work. In 1964 Charles H.
Autor:
Leo Zahid Figueroa De Los
Santos
Saúl Adrián Maldonado
Ramo
Nabile Molina Miguel
Isabel Valle Chavelas
 Página anterior | Volver al principio del trabajo | Página siguiente  |