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Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

La luz de un laser


Desde su invención a mediados del siglo pasado, la luz de los láseres ha brillado en varias áreas del quehacer humano. Participa en diversas actividades: desde las más abstractas como en la ciencia básica, que solo son posibles de realizar en laboratorios especializados, hasta las más comerciales y conocidas como son: la reproducción de música (los CDs) y video (los DVDs ), en telefonía - junto con las fibras ópticas - para transmitir conversaciones e información entre computadoras, la lectura de los códigos de barras en los productos de los supermercados, en los espectáculos se utiliza para crear figuras y anuncios con luz, o también se ha incrementado su uso como señaladores o apuntadores, que junto con mascarillas permite crear figuras. Debido a que la luz emitida se encuentra confinada en una pequeña región y esta no tiende a expandirse, pareciera que solo se está emitiendo un rayo de luz, cuando en realidad se trata de un conjunto de varios rayos que forman lo que se conoce como un haz de luz. Un láser es una fuente de luz muy especial que nos permite ver cosas que ningún otro tipo de lámpara es capaz de lograr.


Un área donde los láseres han encontrado gran aceptación es en la medicina. En algunas cirugías se utiliza como bisturí, en otras como soldador y en otras como cincel.  Se puede usar para tratar algunos defectos visuales (desprendimiento de retinas, cataratas, …), cáncer de la piel, cirugía plástica, eliminar tumores, o en tratamiento de caries. En la industria automotriz se utilizan para cortar, soldar, perforar y en prueba de calidad en los vidrios de los parabrisas. En otras industrias se utiliza para etiquetado, perforado y corte. Por dar una idea, en las mamilas para bebé, el orificio se realiza con luz de un láser. En el Arte los láseres se usan para crear imágenes tridimensionales conocidas como hologramas, los cuales se pueden apreciar por sí solos o como parte de pinturas; en restauración los láseres se usan como brochas para limpiar esculturas y pinturas, además permiten determinar como se van degradando las esculturas, pinturas y murales. Con ayuda de los láseres es posible delinear o identificar sitios arquitectónicos antiguos o modernos.

En la ciencia los láseres son principalmente utilizados en áreas como la óptica y la electrónica, en particular las imágenes que se muestran son de los sistemas con que se cuenta en el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) en Tonantzintla, Puebla. Como ejemplo del tipo de investigaciones que se realiza usando la luz de un láser, se muestra en las figuras con el círculo rojo el calor alrededor de la flama de un encendedor al ser analizada con un láser. Estas ondulaciones no se pueden ver a simple vista, solamente el láser es capaz de hacerlas visibles. Con ayuda de los láseres es posible también evaluar la calidad de superficies; la información frecuentemente se puede extraer de manera cualitativa o usando computadoras para extraer la información cuantitativa.

Los láseres son fuentes de luz que emiten colores bien definidos. Este color depende del material del que están hechos. En una de las figuras se observa un láser rojo generado por una combinación de los gases helio y neón, y en la otras vemos un láser verde emitido por un cristal de itrio- aluminio-granate con impurezas de neodimio (Nd:YAG). Se ha logrado obtener luz láser en materiales que cubren 78 elementos de los 107 de la tabla periódica de elementos combinados en forma de gases, sólidos o líquidos.

La invención del láser no fue un acto fortuito, sino la culminación de varios desarrollos y teorías, y marcó lo que podemos llamar el comienzo de la óptica moderna. “Láser” es el acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emition of Radiation, o amplificación de luz por efecto de radiación estimulada. El fenómeno de emisión estimulada fue sugerido por Albert Einstein en 1916, en el mismo artículo donde probó la ley de radiación de Planck. Esta idea y la posible interacción de la luz con un medio excitado fueron consideradas insustanciales en su tiempo.


Para tener emisión láser se requiere conjuntar cuatro condiciones: un medio activo, un mecanismo de excitación, un resonador y un sistema para extraer una pequeña porción de luz de la cavidad. Así, un láser comienza con una colección de átomos. Estos átomos (o moléculas) pueden estar en estado sólido, líquido o gaseoso, y se caracterizan, como todos los átomos, por poseer un conjunto definido de niveles de energía. Por medio del mecanismo de excitación se les suministra energía adicional a esos átomos. Este mecanismo puede ser óptico, eléctrico, químico, por enfriamiento rápido de átomos, o por explosiones nucleares. En cualquier caso, lo esencial es tener más átomos en el estado excitado que en el estado base. La cavidad resonante (formada por espejos) ayuda a que sólo la luz que se propaga paralela al eje del resonador se vea amplificada a través del proceso de emisión estimulada. Es decir, los átomos en el estado superior ceden su energía, en fase (es decir, coherentemente), al haz de luz. Finalmente, haciendo que uno de los espejos sea ligeramente transparente, parte de la luz saldrá en forma muy dirigida y con una sola frecuencia. Es decir, la luz del láser se ve como una línea y de un solo color.

Tenemos láseres en todos lados y de todos colores. Quien podría pensar que hace solo quince años ninguno de los avances logrados con el láser se conocían. ¿ Alguien recuerda hace quince años un reproductor de discos compactos, o una impresora láser, o un apuntador láser, o cirugía sin dolor, o espectáculos láser, o lectores de código de barras ? ¡No había nada de esto! El láser ya no es solo un objeto de estudio de laboratorio sino una herramienta que ha demostrado con creces  su utilidad en la vida diaria.

Son profesores-investigadores del INAOEP en Tonanzintla, Puebla.


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Aleph-Zero No. 38


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