Qué es la Luz Láser y Quién la Inventó

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Que es el laser para niños

Un láser es una máquina que produce una fuente de luz amplificada de un solo color. El haz de luz del láser no se ensancha o debilita como lo hacen la mayoría de las fuentes de luz. Utiliza gases especiales o cristales para hacer la luz con un solo color. Luego, se usan espejos para amplificar (hacer más fuerte) ese color de luz y hacer que toda la luz viaje en una dirección, por lo que permanece como un rayo estrecho, a veces llamado rayo colimado. Cuando se apunta a algo, este rayo estrecho forma un único punto de luz. Toda la energía de la luz permanece en ese haz estrecho en lugar de extenderse como una linterna. La palabra “láser” es un acrónimo en inglés: “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” o “amplificación de luz por emisión estimulada de radiación”.

Qué es el Láser

Que es el laser para niños
Qué es el laser

¿Cómo Funciona un Láser?

La luz viaja en ondas, y la distancia entre los picos de una onda se llama longitud de onda.

Cada color de luz tiene una longitud de onda diferente. Por ejemplo, la luz azul tiene una longitud de onda más corta que la luz roja. La luz solar -y la luz típica de una bombilla- se compone de luz con muchas longitudes de onda diferentes. Nuestros ojos ven esta mezcla de longitudes de onda como luz blanca.

Un laser es diferente. Los láseres no ocurren en la naturaleza. Sin embargo, hemos encontrado formas de crear artificialmente este tipo especial de luz. Los láseres producen un estrecho haz de luz en el que todas las ondas de luz tienen longitudes de onda muy similares. Las ondas de luz del láser viajan juntas con sus picos alineados o en fase. Esta es la razón por la cual los rayos láser son muy estrechos, muy brillantes y pueden enfocarse en un punto muy pequeño.

Debido a que la luz láser permanece enfocada y no se extiende demasiado (como haría una linterna), los rayos láser pueden viajar distancias muy largas. También pueden concentrar mucha energía en un área muy pequeña.

Los láseres tienen muchos usos. Se usan en herramientas de precisión y pueden cortar diamantes o metales gruesos. También pueden diseñarse para ayudar en cirugías delicadas. Los láseres se utilizan para registrar y recuperar información. Se utilizan en las comunicaciones y en la transmisión de señales de TV e Internet. También los encontramos en impresoras láser, escáneres de código de barras y reproductores de DVD. También ayudan a hacer piezas para ordenadores y otros productos electrónicos.

Los láseres también se usan en instrumentos llamados espectrómetros. Los espectrómetros pueden ayudar a los científicos a descubrir de qué están hechas las cosas. Por ejemplo, el Rover Curiosity usa un espectrómetro láser para ver qué tipos de químicos existen en ciertas rocas en Marte.

Las misiones de la NASA han usado láseres para estudiar los gases en la atmósfera de la Tierra. Los láseres también se han utilizado en instrumentos que mapean las superficies de planetas, lunas y asteroides.

¡Los científicos incluso han medido la distancia entre la luna y la Tierra usando láseres! Al medir la cantidad de tiempo que tarda un rayo láser en viajar a la luna y volver, ¡los astrónomos pueden decir exactamente qué tan lejos está!

¿Quién inventó el láser?

Inventor del láser
Theodore Maiman. Inventor del láser

El principio del láser fue reconocido en 1917, cuando el físico Albert Einstein describió la teoría de la “emisión estimulada”. Sin embargo, no fue hasta finales de la década de 1940 que los ingenieros comenzaron a utilizar este principio para fines prácticos. En ese momento, físicos como Charles Townes estaban buscando formas de mejorar una clase de tubos de vacío relacionados con el radar. Townes propuso construir un nuevo amplificador potente al pasar un rayo de ondas electromagnéticas a través de una cavidad especial que contenía moléculas de un gas. El rayo estimuló los átomos en el gas para liberar su energía exactamente en el paso (o como dicen los ingenieros, en fase) con las ondas del rayo. Esa energía salió de la cavidad como un rayo mucho más potente. Por lo tanto, una pequeña cantidad de energía suministrada a la cavidad resultó en una gran potencia de salida, y por lo tanto, el dispositivo era un nuevo tipo de amplificador.

Townes llamó a su dispositivo el MASER, que significaba Amplificación de Microondas por la Emisión de Radiación Estimulada. En poco tiempo, el MASER estaba en uso como un amplificador en los sistemas de comunicación de microondas. Pero Townes y otros ingenieros también creían que al usar energía de mayor frecuencia, podrían crear un maser óptico, un dispositivo para generar poderosos haces de luz (la luz consiste en ondas electromagnéticas de una frecuencia más alta que las microondas). Gordon Gould, Townes, su colega Arthur Schawlow, y dos físicos de la Unión Soviética propusieron tal dispositivo, pero a Theodore Maiman, que usó una varilla de rubí, le quedó la tarea de construir el primer LASER (Amplificación de Luz mediante la Emisión de Radiación Estimulada).

¿Cómo difiere la luz láser de otra luz?

La luz es realmente una onda electromagnética. Cada onda tiene brillo y color, y vibra en cierto ángulo, la llamada polarización. Esto también es cierto para la luz láser, pero es más paralela que cualquier otra fuente de luz. Cada parte del haz tiene (casi) exactamente la misma dirección y, por lo tanto, el haz diverge muy poco. Con un buen láser, un objeto a una distancia de 1 km (0,6 millas) se puede iluminar con un punto de aproximadamente 60 mm (2,3 pulgadas) de radio.

Como es tan paralelo, también se puede enfocar a diámetros muy pequeños donde la concentración de energía de la luz llega a ser tan grande que puede cortar, perforar o girar con el rayo. También permite iluminar y examinar detalles muy pequeños. Esta propiedad se usa en aparatos quirúrgicos y en reproductores de CD.

También se puede hacer de un sólo color, por lo que sólo una longitud de onda de luz está presente. Este no es el caso con las fuentes de luz ordinarias. La luz blanca contiene todos los colores en el espectro , pero incluso una luz de color, como un LED rojo (diodo emisor de luz) contiene un intervalo continuo de longitudes de onda rojas. Por otro lado, las emisiones de láser no suelen ser muy fuertes en lo que respecta al contenido de energía. Un láser muy potente del tipo que se utiliza en un espectáculo de láser no emite más luz que una farola común; la diferencia radica en cuán paralela es.

Emisión estimulada

Normalmente, los átomos y las moléculas emiten luz en tiempos más o menos aleatorios y en direcciones y fases aleatorias. Toda la luz creada en fuentes de luz normales, tales como bombillas, velas, tubos de neón e incluso el sol se genera de esta manera.

Funcionamiento del laser
Funcionamiento del laser

Si la energía se almacena en el átomo y la luz de la longitud de onda correcta pasa cerca, puede suceder otra cosa. El átomo emite luz que es totalmente sincrónica con la luz que pasa. Esto significa que la luz que pasa ha sido amplificada, lo cual es necesario para que la oscilación tenga lugar entre los espejos de un láser.

La luz normalmente se emite desde átomos o moléculas que cumplen dos condiciones.

  • Han almacenado energía proveniente del calor o absorción previa de luz
  • Ha pasado un tiempo desde que se almacenó la energía.

La luz emitida de esta manera va en direcciones aleatorias, con fases aleatorias y en momentos aleatorios.

Albert Einstein predijo a principios del siglo XX que también hay otra manera de emitir luz. Se puede amplificar un haz de cruce, siempre que se cumplan tres condiciones:

  • La energía se almacena en el átomo (igual que arriba)
  • La luz pasa lo suficientemente cerca del átomo antes de que el tiempo haya expirado y la luz se emita de la manera aleatoria descrita anteriormente
  • La luz que pasa tiene una longitud de onda adecuada para el átomo. El proceso que tiene lugar en este caso se llama Emisión Estimulada, que, junto con la retroalimentación en una cavidad resonante entre los espejos, forma las condiciones para el láser.

La Historia del Láser: Una solución a la espera de un problema

Nadie sabía para qué se usaría el láser cuando se descubrió. “Una solución a la espera de un problema”, es un famoso dicho de los primeros días del láser. A veces toma mucho tiempo antes de que un descubrimiento se pueda usar de una manera tangible. Sí, podría tomar 30 años o más antes de que alguien se dé cuenta de que un descubrimiento es realmente importante. Hoy en día, el láser se utiliza en varias áreas, como investigación, comunicación, industria, medicina y cuidado del medio ambiente.

Usos del Láser

Hoy, el láser se puede encontrar en una amplia gama de aplicaciones dentro de la industria, donde se puede usar para cosas como apuntar y medir. En la industria manufacturera, el láser se usa para medir la cilindricidad de la bola en los rodamientos al observar la dispersión de un rayo láser cuando se refleja en la bola.

Otro ejemplo es medir la sombra de un anillo de acero con la ayuda de una luz láser para averiguar el grosor del anillo.

Dentro de la industria de la celulosa, la concentración de lejía se mide al observar cómo se refracta el rayo láser en ella.

El láser también se usa como nivel de burbuja y se puede usar para indicar una superficie plana simplemente barriendo el rayo láser a lo largo de la superficie. Esto es, por ejemplo, utilizado para hacer muros en sitios de construcción. En la industria minera, el láser se utiliza para señalar la dirección de la perforación.

Usos del laser
Usos del laser

Aplicaciones medioambientales

Las tecnologías láser también se han utilizado en áreas medioambientales. Un ejemplo es la capacidad de determinar a distancia las toxinas ambientales en una columna de humo. Otros ejemplos son poder predecir y medir la existencia de niebla tóxica fotoquímica y ozono, tanto a nivel del suelo donde no se desea y en las capas superiores de la atmósfera donde se necesita. El láser también se usa para supervisar la purificación de aguas residuales.

Comunicaciones

El láser funciona como una fuente de luz en todas las fibras ópticas en uso. Tiene un ancho de banda mayor (potencialmente 100.000 veces mayor) que un cable de cobre común. Es insensible a la interferencia de campos eléctricos y magnéticos externos. La diafonía (escuchar la llamada de otra persona) es algo poco común.

La fibra óptica se utiliza cada vez con más frecuencia en datos y telecomunicaciones en todo el mundo.

Usos del láser en medicina

El láser se utiliza en medicina para mejorar el trabajo de precisión, como la cirugía. La cirugía cerebral es un ejemplo de cirugía de precisión que requiere que el cirujano alcance el área deseada con precisión. Para asegurarse de esto, los láseres se usan tanto para medir como para apuntar en el área en cuestión. Las marcas de nacimiento, las verrugas y la decoloración de la piel se pueden eliminar fácilmente con un láser desenfocado. Las operaciones son rápidas y sanan rápidamente y, lo mejor de todo, son menos dolorosas que la cirugía ordinaria realizada con un bisturí.

Datos Curiosos sobre el Láser

  • Los láseres se agrupan en clases específicas de 1 a 5, según los niveles de peligro. Si alcanzas el nivel 5, podrías sufrir ceguera permanente y ardor en la piel.
  • El láser más poderoso del mundo tiene el poder de una bomba de hidrógeno.
  • La medición del láser tiene una precisión de más de un nanómetro, que es una milmillonésima parte de un metro.
  • Aunque suene antiguo, la fuerza de los primeros rayos láser se midió en “gillettes”, que es el número de hojas de afeitar que un rayo puede atravesar.
  • La luz en un láser es más paralela que cualquier otra fuente de luz; cada parte del rayo tiene casi la misma dirección exacta.
  • Mediante el uso de láser, es posible obtener información de secuenciación sobre el ADN de una sola molécula.
  • El láser más potente registrado fue de 1.25 petawatts en un laboratorio californiano en 1996.
  • En 1974, los láseres se usaron comercialmente por primera vez en los escáneres de códigos de barras de los supermercados.
  • Los astronautas en la misión espacial Apollo 11 en 1969 usaron un láser para medir la distancia entre la Tierra y la Luna.
  • La apariencia granulada que emite un láser se llama “moteado láser” y es por eso que hay parches claros y oscuros en el haz de un láser.
  • La etiqueta láser se desarrolló como un programa de entrenamiento no letal para el ejército de EE. UU. En la década de 1970.
  • A pesar de que algunos rayos láser son más calientes que la superficie del sol, se pueden usar para enfriar átomos cuando se combinan con un campo magnético.

Video: Historia del Láser

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