¿Cómo funciona el rayo LÁSER?
Platzi, cursos en línea de tecnología y diseño, presenta…
Lo hemos visto en esos apuntadores con los que se entretienen los gatos y en películas de ciencia ficción
donde se usa como arma letal ¡piu!. También en los lectores para
discos compactos, aunque ya casi nadie los usa; en la depilación que todavía se usa bastante.
En operaciones médicas: para soldar las retinas desprendidas, por ejemplo, entre muchos otros usos.
La invención del láser significó una revolución tecnológica por la infinidad
de aplicaciones que tiene, al grado de que el Día Internacional de la Luz se fijó el
16 de mayo para conmemorar la fecha en la que se logró la primera prueba exitosa de un rayo láser. Pero...
¿Cómo funciona el rayo láser?
Para que el láser pudiera existir, tuvo que desarrollarse primero toda la teoría de la
mecánica cuántica. Por eso fueron decisivos trabajos desde Max Planck, en 1901,
sobre la ley de distribución de energía en espectros normales; los de Einstein,
sobre la emisión y absorción cuántica de la luz, cuyas predicciones fueron confirmadas
experimentalmente por Rudolf W. Ladenburg en 1928. En este desarrollo intervinieron
muchos otros científicos, como, Alfred Kastler, que inventó el “bombeo óptico”
y recibió un premio Nobel; o los rusos Basov y Prokorhov, hasta llegar a Gordon Gould,
que en 1959 hizo grandes avances técnicos y acuñó el término “LASER”, que significa
“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” o “Amplificación de Luz por Emisión
Estimulada de Radiación”. Para terminar con Theodore Maiman quien en 1960 pone
en funcionamiento el primer láser usando un rubí, y es esta fecha la que se conmemora en el Día Internacional de la Luz.
Porque así es: un rayo láser también es luz, hecha de los mismos fotones que la luz
que emite un foco. ¿Entonces, cuál es la diferencia? Cristy, del canal Doble Rendija,
nos ayuda a explicarlo…
CRISTY Una bombilla incandescente tradicional funciona
haciendo pasar electricidad a través de un filamento hecho de un material que ofrece
una resistencia al paso de la corriente. Esto genera calor y hace que emita radiación lumínica
en todas direcciones y en muchas longitudes de onda. Seguramente ya sabes que diferentes
longitudes de onda corresponden a diferentes colores y, cuando vemos estos colores mezclados,
la luz se ve blanca, como la del sol.
JAVIER: Como los rayos salen en todas direcciones, mientras más lejos está la fuente de luz,
más tenue veremos su brillo: no es lo mismo ver una linterna encendida a cien metros de
distancia a que te la pongan justo frente a la cara; simplemente la cantidad de fotones
que recibirás es mucho mayor. Lo mismo pasa con las estrellas: aunque el Sol es una estrella
pequeña, su relativa cercanía ilumina fácilmente la mitad de nuestro planeta en la que es de
día, mientras que Antares, cuyo diámetro es más de 800 veces el del Sol, no es más
que un brillante lucero en el cielo nocturno.
CRISTY Pero ¿y si en vez de salir en todas direcciones
los rayos se pusieran de acuerdo y salieran todos juntos en la misma dirección?
Seguramente llegarían con más intensidad y mucho más lejos.
Eso es un láser y se le llama “luz coherente”.
Imagina que tú y unos amigos están en un extremo de una piscina y agitan el agua con unos remos,
cada uno con un ritmo y una dirección diferente: crearán ondas como las de la luz
convencional que salen en todas direcciones y a veces estorbándose unas a otras.
Pero si todos se ponen de acuerdo y agitan los remos al mismo ritmo y con la misma dirección,
crearán ondas coherentes, como las del láser, que llegarán con más fuerza más lejos.
¿Cómo se logra hacer esto con la luz?
CRISTY : Un láser tiene tres elementos: un medio activo, el material que emite la luz, un sistema de bombeo
y una cavidad resonante. El láser de Maiman usaba un rubí como medio activo,
pero actualmente se pueden hacer de semiconductores, líquidos coloreados, polímeros o incluso de gas.
Para que emita luz el medio activo hay que encenderlo, como a un foco al pasar
corriente eléctrica por un filamento, Ese es el objetivo del sistema de bombeo que puede
ser otro láser, una corriente eléctrica ó una lámpara dependiendo del tipo de láser.
Este bombero de energía “excita” a los átomos a niveles de energía más altos.
Cuando estos átomos agitados reciben un fotón, emiten otro fotón con la misma longitud de
onda y en la misma dirección que el fotón que recibieron.
Los fotones emitidos inciden en los otros átomos, que a su vez liberan más fotones.
El medio activo está colocado entre dos espejos. Cuando todos ellos llegan al espejo, rebotan
y en su camino inciden en otros átomos hasta que llegan al segundo espejo.
Y así, la luz rebota entre ellos y amplifica las ondas de luz del mismo modo que una guitarra amplifica
las ondas, en ese caso, las de sonido. Ya tenemos luz coherente. Ahora sólo falta tener
un pequeño orificio en uno de los espejos para que esta luz salga con todo su poder.
Cuando se inventaron los láseres se llegó a decir que eran “una solución a la espera
de un problema”: eran fascinantes pero no estábamos seguros de en qué se podrían aplicar.
Actualmente sus aplicaciones están presentes en todos lados. La industria utiliza
poderosos láseres para cortar los metales más resistentes de manera intrincada y precisa.
Los ingenieros los usan para medir distancias entre dos puntos como los de una casa, pero
también se pueden usar para medir con precisión la distancia que hay entre la Tierra y la
Luna reflejando un haz en un espejo colocado allá.
Cuando vas a un supermercado se usa el láser para leer el código de barras.
En medicina, forma parte de termómetros y también se usa en las delicadas cirugías de los ojos.
Incluso para saber de qué están hechos los materiales de las pinturas de siglos pasados. Y sí: también en algunas armas.
CRISTY La investigación científica hace un enorme uso del láser.
Por ejemplo, se usó un instrumento láser para detectar las ondas gravitacionales.
La doctora Donna Strickland junto con su compañero Gérard Mourou, ganaron el Nobel de Física
en el 2018 porque crearon una técnica para producir rayos láser súper intensos y rápidos que
hoy se aplican en millones de cirugías oculares alrededor del mundo. Ellos compartieron el
premio con otro físico, Arthur Ashkin, quien desarrolló unas “pinzas” láser capaces
de levantar y manipular objetos microscópicos, como virus y hebras de ADN.
¡CuriosaMente!
Si quieres saber más acerca del Día de la Luz y de las increíbles mujeres científicas
que como Donna Strickland se han dedicado a estudiar dicho fenómeno, visita este video
del canal “Doble Rendija”.
