comó funcionan las lamparas?y los rayos laser?

Question

todo tipo de lámpara que contengan gas, donde se utilizan y para que, características
los rayos laser qeue son donde se utiliazan

Answer 1

QUÉ SON Y CÓMO FUNCIONAN LOS LÁSERES?

El término láser proviene del acrónimo de light amplification by stimulated emission of radiation, esto es, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación (el acrónimo castellano, menos atractivo como denominación pero no poco sugestivo, seria a leer, cosa que invitamos al lector a hacer con atención). El láser es un dispositivo que emite una luz monocroma, concentrada, coherente y particularmente intensa. La luz del láser es estrictamente monocromática porque su longitud de onda varia sólo unas pocas milésimas de nanómetro (el nanámetro, nm, equivale al millonésimo de milímetro, o a la mil millonésima parte del metro). La pureza de color de la luz de un láser es varios órdenes de magnitud superior a la de la luz monocromática de cualquier otro origen, cualidad que la hace insustituible en aplicaciones como la holografia y en algunos campos de la interferometría y la espectroscopia. Esa pureza de color es esencial, también, en ciertos aspectos del empleo de luz para el estudio de reacciones químicas o de procesos biológicos.

Además, y a diferencia de otras fuentes luminosas, un láser emite luz concentrada, es decir, la envía en una dirección precisa y con muy escasa dispersión. La luz común ilumina una superficie cada vez mayor a medida que se aleja de la fuente que la generó (piénsese, por ejemplo, en el haz de una linterna); en cambio, la superficie iluminada por la luz de un láser se mantiene casi constante por más que se la aleje de la fuente -de hecho, su aumento no excede al determinado por un ángulo de unos pocos milirradianes (un radián es igual a 180/t grados, o unos 57,3°). Esa baja divergencia hace aparecer a la luz que emiten los láseres como lineas muy nítidas y definidas, lo que dio origen al término rayo láser y constituye la base de aplicaciones de los láseres en telemetría, ingeniería, comunicaciones, etc. Por ejemplo, gracias a esta propiedad se pudo enviar un pulso de luz láser a un reflector dejado en la superficie lunar por una de las misiones Apolo, recibir la señal reflejada y -midiendo el tiempo- determinar con gran precisión la distancia la entre la Tierra y la Luna.

Por último, la luz láser tiene un carácter coherente debido a que las ondas que la constituyen están en fáse: alcanzan los máximos, los mínimos y los puntos de infíexión al mismo tiempo.

Como consecuencia de sus propiedades, la luz de un láser puede llegar a una alta intensidad (energía por unidad de tiempo y de superficie iluminada). Por ejemplo, la intensidad de la luz de una lámpara de filamento de 10 vatios es apenas suficiente para leer una hoja escrita, mientras que un láser de la misma potencia y situado a la misma distancia quemaría el papel. La posibilidad de concentrar mucha energía en regiones pequeñas del espacio es la base del empleo de láseres en aplicaciones industriales, como cortar metales.

El funcionamiento de los láseres está basado en el principio físico de la emisión estimulada de radiación. En general, la emisión de radiación electromagnética por un átomo está asociada a tránsitos entre sus niveles de energía. Para el tipo de radiación que emiten los láseres, estos tránsitos corresponden -frecuentemente, pero no siempre- a variaciones en la energía de los electrones del átomo. Por lo tanto, cuando un átomo pasa de un estado excitado -de mayor energía- a uno de menor energía, la diferencia de energía puede emitírse en forma de un fotón (es decir, de luz o, genéricamente, de radiación electromagnética). La energía del fotón viene dada por la diferencia entre las energías de ambos estados y la emisión puede ocurrir de forma espontánea o estimulada.

La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estimulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia entre la energía los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descripta es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma sino, también, "amplifica" la emisión de luz, ya que, por cada fotón que incide sobre un átomo excitado, se genera otro fotón.

Para que una parte importante de los átomos de un sistema emita luz en condiciones estimuladas, es necesario que un porcentaje alto de ellos esté en estados excitados, situación que contrasta con la distribución espontánea de los niveles energéticos que caracterizaría al sistema, en la cual la mayoría de los átomos no estaría en estado excitado. Cuando en un sistema predominan los átomos excitados se dice que se produjo una inversión de la población, la que se logra suministrando energía al sistema, proceso que se conoce como bombeo y que se realiza mediante una descarga eléctrica, una reacción química o absorción de luz.

Las partes fundamentales de un láser son un medio amplificador o medio activo, sólido, líquido o gaseoso, que produce la emisión estimulada de luz. El medio se coloca en una cavidad resonante, en general compuesta por dos o más espejos (u otro tipo de dispositivo reflector) enfrentados uno al otro, que reflejan la luz -inicialmente emitida por una lámpara de bombeo u otro dispositivo y magnificada por el amplificador- y la envían una y otra vez a este, que incrementa su intensidad en los sucesivos pasajes a que da lugar cada reflexión. Así, la intensidad de luz se hace progresivamente más grande y produce una concentración de energía en determinada dirección: el haz láser emitido por el dispositivo. Uno de los espejos se fabrica de manera tal que deje pasar parte de la luz incidente, y esa fracción de luz es, normalmente, la salida del láser. La inversión de población del medio activo en la cavidad resonante se logra, en algunos dispositivos, sólo por períodos cortos (láseres pulsados, que emiten la luz en pulsos) y, en otros, en forma continua (láseres continuos).

La inversión de población hace que muchos de los átomos del medio activo estén en condiciones de producir emisión estimulada. Los fotones así formados se encuentran con otros átomos excitados y ocasionan una emisión en cadena. Sólo los fotones que inciden perpendicularmente al medio reflector participan en la amplificación.

El primer láser funcionó exitosamente en 1960. Su medio activo era un rubí sintético, constituido por un cristal de zafiro con pequeñas cantidades de cromo (el proceso de agregar pequeñas impurezas -en este caso cromo- a una substancia se denomina dopar, y puede dar lugar a cambios radicales de las propiedades de esta). La cavidad resonante tenía sus extremos plateados y el cristal, de forma cilíndrica, estaba rodeado por una lámpara de destello helicoidal que producía un pulso de luz muy intenso, similar al de un flash de fotografía. La luz emitida por la lámpara, absorbida por el cristal, provocaba tanto la inversión de la población como la emisión estimulada de luz: durante un tiempo muy corto, el rubí se comportaba como un amplificador de luz y emitía radiación láser de color rojo profundo. La emisión estimulada de luz era generada por cambios en los niveles electrónicos del cromo.

A partir de este primer láser se diseñaron otras configuraciones de cavidades resonantes y se fabricaron otros cristales, capaces de emitir radiación láser con mayor eficiencia, como el láser del raro metal neodimio con YAG (silicato de ytrio y de aluminio), el de neodimio en vidrio o el de titanio zafiro. Un tipo de láser muy difundido es el gaseoso, en el que el amplificador no es un cristal sino un plasma -un fluido constituido por electrones y átomos ionizados, es decir, que han perdido electrones- logrado mediante una descarga eléctrica en un gas. Con los láseres en que el gas es anhídrido carbónico (C02) se consiguen potencias muy grandes (varios kilovatios); se usan comúnmente para maquinar metales, cortarlos, soldarlos, etc. Láseres del gas argón (Ar+) son usados en aplicaciones médicas, como soldado de retina para tratar su desprendimiento, o en espectáculos y proyecciones animadas.

Los láseres semiconductores son los más difundidos en cuanto a sus aplicaciones tecnológicas. Son los más pequeños: algunos son sólo un poco más grandes que la cabeza de un alfiler. Pueden también asociarse muchos láseres de este tipo para formar un arreglo (array) capaz de emitir varios vatios de potencia continua. Se utilizan para comunicaciones ópticas por fibras, en lectores de discos compactos, en punteros o indicadores, etc.

La variedad de usos de los láseres es enorme, y el espectro de posibilidades de utilización se incrementa día a día. El explosivo crecimiento de sus aplicaciones, que ya incluyen muchos elementos de la vida cotidiana, está asociado a una intensa actividad de investigación científica en todo el mundo. El láser de rayos X bombeado por descarga que se presenta en este articulo es ejemplo de ello.

Suerte!!!

Answer 2

El láser es un dispositivo electrónico que amplifica un haz de luz de extraordinaria intensidad. Se basa en la excitación de una onda estacionaria entre dos espejos, uno opaco y otro traslúcido, en un medio homogéneo. Como resultado de este proceso se origina una onda luminosa de múltiples idas y venidas entre los espejos, que sale por el traslúcido

El fenómeno de emisión estimulada de radiación, enunciado por Einstein en 1916, constituye la base de la tecnología empleada en la fabricación de dispositivos láser. Los primeros experimentos que aprovecharon dicho fenómeno culminaron en el hallazgo, en 1953, del denominado máser, un sistema que empleaba un haz de moléculas separadas en dos grupos —excitadas y no excitadas—, utilizado para la emisión de microondas en una cámara de resonancia. En una fase posterior, la investigación se encaminó al estudio de un método para producir este tipo de radiación estimulada en el caso de la luz visible. Surgió, así, en los años sesenta, el denominado máser óptico, el láser, término que deriva de las iniciales de Light amplification by the stimulated emission of radiation (amplificación de la luz por la emisión estimulada de radiación). En los comienzos, se consideró que el material básico para la emisión estimulada de luz debía ser un gas; posteriormente comenzó a experimentarse con cristales sintéticos de rubí. En la actualidad, las investigaciones se dirigen hacia el desarrollo del láser de rayos X; en este caso, la fuente de excitación no es la luz de un flash ni una descarga eléctrica, como en los modelos anteriores, sino una explosión nuclear.

El fundamento del láser: la emisión estimulada

El átomo está integrado por un núcleo, formado por un conjunto de protones y neutrones, y por una serie de electrones emplazados a determinada distancia, alrededor del núcleo. Electrones, protones y neutrones son las tres partículas básicas. Los electrones poseen una masa muy pequeña y carga negativa. Por su parte, protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa, pero mientras los primeros poseen carga eléctrica positiva, los neutrones carecen de carga. Los electrones del átomo, cuya energía depende de su distancia al núcleo, pueden encontrarse en estado excitado —con una energía superior a la normal— o en reposo. En el estado excitado, el electrón almacena una determinada proporción de energía.

En virtud del llamado proceso de absorción, cuando un fotón —recordemos que las ondas de luz también se denominan fotones— choca con un electrón no excitado, puede hacer que pase al estado de excitado. Habitualmente, un electrón que resulta excitado, al cabo de un tiempo pasa nuevamente al estado de reposo, emitiendo al pasar un fotón. Este fenómeno, conocido como emisión espontánea, es el que tiene lugar, por ejemplo, en el Sol o en las bombillas. Ahora bien, un electrón puede ser inducido a liberar su energía almacenada. Si un fotón pasa al lado de un electrón excitado, éste retorna al estado no excitado a través de la emisión de un fotón de luz igual al que pasó junto a él inicialmente. Este proceso se conoce como emisión estimulada y constituye el fundamento del láser.

La luz normal y el rayo láser

Las tres características que diferencian el rayo láser de la luz del Sol o de la generada por una bombilla, es que aquél es un haz de luz monodireccional, monocromático y coherente.

Los emisores de luz despiden millones de ondas, que pueden tener idéntica dirección o poseer direcciones distintas. La bombilla es un emisor de luz omnidireccional, frente al láser, que es monodireccional. En cuanto a la característica del monocromatísmo, el color de una luz está en función de su frecuencia; si todas las ondas posee la misma frecuencia, poseen también el mismo color. Los filamentos de las bombillas están formados por átomos y moléculas diferentes y, por tanto, la energía absorbida y desprendida en forma de fotones adopta valores diversos. Puesto que la frecuencia del fotón está en relación con su energía, al variar ¡a energía varía la frecuencia emitida. La luz de una bombilla tiene múltiples frecuencias, dependiendo del filamento que se haya empleado en su construcción. Por el contrario, en un láser, la fuente de luz proviene de un gas o de un sólido muy purificado. En ambos casos, los átomos tienen idénticos niveles energéticos. Como resultado, los fotones generados poseen idéntica energía y frecuencia.

Las ondas electromagnéticas son señales alternas, es decir, cambian constante-mente de valor. Esta variación tiene forma de curva. La parte de la curva en que se encuentra la onda en un momento concreto y en una posición dada se llama fase. Dos ondas de idéntica dirección y frecuencia se encuentran cada una, normalmente, en una fase distinta. En el caso de que una de ellas se situara en un máximo y otra en un mínimo, se anularían. Sin embargo, puede suceder que ambas señales posean la misma fase y, consecuentemente, los mismos valores, lo que tendría como resultado una onda de doble de tamaño. Dado que en la luz normal las ondas no están en fase, una proporción elevada de su energía se pierde, puesto que unas señales se anulan con otras. Por el contrario, en el láser, todas las ondas poseen la misma fase y la energía resultante es la máxima posible, puesto que no se anula ninguna onda. Éste es el sentido del término coherente.

Componentes del láser

El láser está formado por un núcleo, que suele tener forma alargada, donde se generan los fotones. El núcleo puede ser una estructura cristalina, por ejemplo rubí, o un tubo de vidrio que contiene gases, por lo general dióxido de carbono o la mezcla helio-neón. En cualquier caso, son materiales que poseen electrones fácilmente excitables y que no emiten inmediatamente de forma espontánea, sino que pueden quedar excitados durante un tiempo mínimo. Es precisamente este pequeño intervalo de tiempo el que se necesita para que los electrones produzcan emisión estimulada, no espontánea.

Junto al núcleo se halla el excitador, un elemento capaz de provocar la excitación de electrones del material que se halla en el núcleo, a partir de una lámpara de destellos —que provoca un flash semejante al de una cámara fotográfica— o de dos electrodos que producen una des-carga eléctrica de alta tensión.

El tercer componente del láser son dos espejos paralelos emplazados en los extremos del núcleo. Uno de ellos es reflectante, mientras el segundo es semirreflectante, es decir, permite el paso de una parte de la luz que le llega.

Cuando se verifica la excitación, gran cantidad de electrones pasan al estado excitado y, una gran mayoría, permanece en dicha situación durante un determinado intervalo de tiempo. No obstante, algunos realizan una emisión espontánea, 1 generando fotones que se desplazan en todas direcciones. Aunque en su mayoría se pierden por los laterales donde no hay espejos, un pequeño número rebota entre ellos y pasa por el interior del núcleo, que es transparente. Al pasar por el núcleo, provocan la emisión estimulada de nuevos fotones en la misma dirección. Estos nuevos fotones rebotan también en los espejos, originando, a su vez, la emisión de más fotones, y así sucesivamente. Puesto que uno de los espejos es semirreflectante, una parte de los fotones, en lugar de rebotar, escapa, formando una especie de chorro muy fino: es el rayo láser visible.

Aplicaciones del láser

En la actualidad, las aplicaciones del láser son múltiples. Dado que un haz de rayos láser origina una línea recta de luz, es posible utilizarla como guía en el tendido de tuberías, para definir techos o paredes completamente planos en los trabajos de construcción o para medir distancias —calculando el tiempo que tarda la luz en ir y volver al objetivo a medir—. Por otra parte, el rayo láser proporciona gran definición, lo que permite utilizarlo en las impresoras de los ordenadores. La grabación de imágenes en tres dimensiones se basa, asimismo, en el empleo de dos rayos láser, uno de los cuales da directamente en la película, mientras el segundo rebota en el objeto que se desea fotografiar. Como es sabido, el volumen de información que transmite una onda electromagnética depende de su frecuencia; en este sentido, la luz de un rayo láser resulta idónea para la transmisión de señales. En el ámbito de la medicina, los bisturís cauterizantes recurren también a la tecnología del láser, lo que permite realizar cortes muy finos de gran precisión y evita cualquier riesgo de contagio; asimismo, el láser cauteriza de manera inmediata, alejando el peligro de hemorragias. Una de las aplicaciones más cotidianas del láser es la lectura de discos compactos. Pueden mencionarse también la fabricación de circuitos integrados, la lectura de códigos de barras o el trabaj6 con materiales industriales.

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