Los Rayos Lacer

Partículas Subatómicas

Es una partícula más pequeña que el átomo. Puede ser una partícula elemental o una compuesta, a su vez, por otras partículas subatómicas, como son los quarks, que componen los protones y neutrones. No obstante, existen otras partículas subatómicas, tanto compuestas como elementales, que no son parte del átomo, como es el caso de los neutrinos y bosones.

Tema 1 Los rayos láser

El rayo láser es un sistema de amplificación de la luz que produce rayos coincidentes de enorme intensidad, los cuales presentan ondas de igual frecuencia que siempre están en fase.

Como este rayo producido es coincidente, puede ser utilizado para llevar cualquier tipo de señal, ya sea música (como en los discos compactos), voz humana, una imagen de televisión, etc.

Todo se remonta a 1917, cuando Albert Einstein descubrió que si se estimulaban los átomos de una sustancia, estos podían emitir una luz con igual longitud de onda.

Este proceso se conoce también como emisión estimulada. Sin embargo para tener una plataforma capaz de producir un láser se requiere amplificar esa emisión estimulada.

La palabra LASER es la sigla (en inglés): Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que traducido al español es: amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación.

En el año 1958, los físicos A. Schawlow y C. Hard Townes describieron los principios del funcionamiento del láser y dos años más tarde, el estadounidense Theodore Maiman concretó el primer proceso láser con un cristal de rubí.

Producción del rayo láser:

Se requiere un barra de rubí (posee en su interior átomos de cromo dispersos como impurezas), en ambos extremos debe tener superficies espejadas de las cuales una refleja el 100% de los rayos y las otra aproximadamente 95% llamada superficie semirreflectante.

La barra de rubí es estimulada por fotones generados por el destello de una lámpara o tubo fluorescente con características determinadas.

El rubí libera fotones monocromáticos para descargar la energía acumulada, un fotón estimula la formación de otro idéntico, produciéndose el fenómeno de clonación de los mismos.

Cuando estos fotones que se desplazan entre las dos superficies reflectantes superan una determinada cantidad de energía, son liberados a través de la superficie semirreflectante generando el rayo.

Se libera un rayo láser que tiene como característica el ser coherente y compuesto por luz monocromática (una sola longitud de onda).

Propiedades:

La radiación láser se caracteriza por una serie de propiedades, diferentes de cualquier otra fuente de radiación electromagnética, como son:

Monocromaticidad: emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, en oposición a las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes (bombillas comunes) que emiten en un rango más amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ahí que desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma.

Coherencia espacial o direccionalidad: la radiación láser tiene una divergencia muy pequeña, es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de energía en un área mayor. Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre la Tierra y la Luna, al enviar un haz láser hacia la Luna, donde rebotó sobre un pequeño espejo situado en su superficie, y éste fue medido en la Tierra por un telescopio.

Coherencia temporal: La luz láser se transmite de modo paralelo en una única dirección debido a su naturaleza de radiación estimulada, al estar constituido el haz láser con rayos de la misma fase, frecuencia y amplitud.

Tipos de Láser:

Existen numerosos tipos de láser que se pueden clasificar de muy diversas formas siendo la más común la que se refiere a su medio activo o conjunto de átomos o moléculas que pueden excitarse de manera que se crea una situación de inversión de población obteniéndose radiación electromagnética mediante emisión estimulada. Este medio puede encontrarse en cualquier estado de la materia: sólido, líquido, gas o plasma.

El primer láser fue desarrollado por Maiman en 1960 utilizando como medio activo un cristal cilíndrico de rubí. El láser de gas de CO2, que emite en el rango del infrarrojo, es capaz de proporcionar grandes potencias y presenta un gran rendimiento, por ello es el más usado.

Éste tipo de láser es utilizado en numerosas y diversas aplicaciones, como por ejemplo en la manufactura industrial, comunicaciones, soldadura y cortado de acero, entre otras.

Los láseres de Ion Argón y Kriptón son utilizados en las discotecas ya que emiten en el rango del espectro visible.

El láser Nd: YAG pertenece al grupo de los láseres de estado sólido y emite también en el rango del infrarrojo, siendo ampliamente empleado como en el tratamiento oftalmológico de las cataratas, en medicina estética o en procesos industriales, como tratamientos de superficie y mecanizados.

Los láser de diodo están construidos con materiales semiconductores son cada vez más utilizados debido a sus ventajosas características, como un menor tamaño y elevadas potencias de trabajo. Sin embargo la calidad de salida del haz es menor que con láser.

Aplicaciones:

La medición de distancias con alta velocidad y precisión fue una aplicación militar inmediata después de que se inventara el láser, para el lanzamiento de artillería o para el cálculo de la distancia entre la Luna y la tierra (384.403 km.), con una exactitud de tan sólo 1 milímetro. También es utilizado en el seguimiento de un blanco en movimiento al viajar el haz a la velocidad de la luz.

Aplicaciones más cotidianas de los sistemas láser son, por ejemplo, el lector del código de barras, el almacenamiento óptico y la lectura de información digital en discos compactos (CD) o en discos versátiles digitales (DVD), que se diferencia en que éstos últimos utilizan una longitud de onda más corta (emplean láser azul en vez de rojo). Otra de las aplicaciones son las fotocopiadoras e impresoras láser, o las comunicaciones mediante fibra óptica.

Las aplicaciones para un futuro próximo son los ordenadores cuánticos u ópticos que serán capaces de procesar la información a la velocidad de la luz al ir los impulsos eléctricos por pulsos de luz proporcionados por sistemas láser. La fusión por confinamiento inercial es la aplicación más deseada ya que permitiría el desarrollo de la fusión nuclear del hidrógeno de una forma controlada, permitiendo la obtención de una elevadísima cantidad de energía. Dicho proceso se produce en el Sol y se obtuvo, aunque no de una forma controlada, en 1952, con la bomba atómica de hidrógeno.

En la holografía, las ondas se solapan en el espacio o se combinan para anularse (interferencia destructiva) o para sumarse (interferencia constructiva) según la relación entre sus fases. Debido a la relación especial entre los fotones del haz del láser, estos rayos son considerados el mejor ejemplo conocido de efectos de interferencia representados en los interferómetros y hologramas. La holografía es utilizada para proporcionar imágenes en tres dimensiones. También es utilizada como sistema de seguridad de las tarjetas de crédito. Dentro del procesado de materiales, el láser es utilizado en todas las ramas (corte, soldadura, marcado microscópico, etc.) al poder ser empleados en casi todos los materiales y tener una muy buena respuesta en el resultado.

Las ventajas de los rayos láser en Medicina:

Una operación con rayos láser toma en realidad sólo fracciones de segundos.

El paciente únicamente experimenta alguna sensación extraña que nunca llega a describir como dolorosa; por ello es que no necesita de ninguna anestesia en estos casos.

Otra ventaja es que no se produce sangramiento alguno, ya que el láser provoca la coagulación instantánea del área sobre la cual se está actuando, lo cual evita totalmente el riesgo de que se presenten hemorragias, por pequeñas que estas puedan ser.

Como no se emplean instrumentos quirúrgicos en este tipo de operación, las personas que son especialmente impresionables con los instrumentos médicos, no se asustan; los cordones de fibra óptica penden de la máquina la cual es manipulada por un operador. Estos cordones vienen ya dirigidos a la lesión que debe ser tratada. El individuo aprensivo, por lo tanto, apenas percibe los elementos que puedan intimidarlo.

Puesto que todo el proceso se realiza sin la necesidad de recurrir a la anestesia, ni se presentan los dolores postoperatorios, característicos de las intervenciones quirúrgicas tradicionales, tampoco hay necesidad de medicación. Por eso casi nunca se requiere la hospitalización, que en todo caso sería muy breve; en la gran generalidad de los casos, el paciente puede reanudar de inmediato sus actividades habituales.

Es muy importante saber que hoy ya se puede contar con estos nuevos procedimientos tecnológicos en el campo de la Cirugía, sobre todo en aquellas áreas tan delicadas y peligrosas de manipulación, como son el cerebro y la médula espinal. También es alentado saber que por medio del rayo láser se pueden corregir defectos visuales con los cuales antes estábamos condenados a vivir. Finalmente, las personas preocupadas por proyectar siempre una buena

...