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| comment | | "parent_author":"",<br>"parent_permlink":"stem-espanol",<br>"author":"emily61",<br>"permlink":"laser-parte-2",<br>"title":"Laser. Parte 2",<br>"body":"<div class= \"text-justify\"> \nHola amigos de Steemit:\n\nContinuemos el tema de los Laser .\n En el post anterior https:\/\/steemit.com\/stem-espanol\/@emily61\/laser-se-volvio-tan-cotidiano-que-no-me-pregunto-como-funciona quedamos que el primer Laser se bas\u00f3 en un rub\u00ed. \n\nLa configuraci\u00f3n b\u00e1sica se esquematiza en la figura 1.\n\n![laserRubi.JPG (https:\/\/steemitimages.com\/DQmTgunP2JWutUDpYzU35ibW7gzziJUXFfrr22dQjBhZnFk\/laserRubi.JPG)\n\nEl rub\u00ed es un zafiro (Oxido de Aluminio Al<sub>2<\/sub>O<sub>3<\/sub>) con impurezas de cromo y de ah\u00ed su coloraci\u00f3n roja y los \u00e1tomos de cromo son los que dan la propiedad de ser laser-activo. \nLa formaci\u00f3n de un destello de luz laser sigue el siguiente proceso:\n1)\tTodos los \u00e1tomos de cromo se encuentran en el estado b\u00e1sico estable,<br> es decir,<br> el electr\u00f3n laser- activo se encuentra en su nivel base.\n2)\tSe conecta un tubo de descargas,<br> que irradia fotones violetas,<br> azules y verdes muy energ\u00e9ticos sobre el rub\u00ed que excitan a los electrones y los hacen saltar a niveles m\u00e1s externos por absorci\u00f3n de esos fotones (llamados de bombeo). En nanosegundos los electrones regresan saltando de \u00f3rbita en \u00f3rbita,<br> hasta quedar en un estado de activaci\u00f3n metaestable del \u00e1tomo de cromo.\n3)\tEl sistema queda formado por \u00e1tomos de cromo activados. En un momento dado un electr\u00f3n salta espont\u00e1neamente de su \u00f3rbita metaestable al orbital base y emite un fot\u00f3n rojo con la energ\u00eda correspondiente a la diferencia (N<sub>2<\/sub>-N<sub>1<\/sub>)\u0127\u03bd. Este fot\u00f3n choca con otro \u00e1tomo de cromo activado y lo hace producir una emisi\u00f3n inducida,<br> el electr\u00f3n activado de este \u00e1tomo regresa a su estado base y emite un fot\u00f3n rojo que ir\u00e1 en la misma direcci\u00f3n del primer fot\u00f3n rojo emitido. El proceso se repite y se forma una cascada.\n4)\tLos fotones con vector de onda paralelos al eje del cilindro de rub\u00ed son reflejados por los espejos y liberan otros electrones de \u00e1tomos de cromo activados.\n5)\tEl proceso se repite y va aumentando progresivamente y la intensidad del rayo de luz roja va en aumento.\n6)\tEl rayo de luz laser sale paralelo al eje en forma de un haz muy condensado a trav\u00e9s de la superficie semitransparente de uno de los extremos del cilindro.\n\n\nA este punto,<br> es importante establecer que es un estado metaestable. En un proceso de emisi\u00f3n de luz de una bombilla los saltos entre las orbitas es del orden de nanosegundos,<br> pero hay estados donde pueden permanecer por lapsos de tiempo millones de veces mayor,<br> estos estados son llamados metaestables. Esto propicia la inversi\u00f3n de poblaciones (los electrones quedan \u201cretenidos\u201d en estos niveles) y de ac\u00e1 surge un concepto interesante: temperatura negativa.\nEn el laser se logra obtener que para dos niveles de energ\u00eda de E<sub>1<\/sub> y E<sub>2<\/sub> donde N<sub>2<\/sub>>N1 y E<sub>2<\/sub>>E<sub>1<\/sub>,<br> esto implica una inversi\u00f3n de poblaciones y si se aplica la relaci\u00f3n de Maxwell N<sub>2<\/sub>=N<sub>1<\/sub>e<sup>- \u0127\u03bd\/kT<\/sup> se deduce una temperatura negativa.\n Ojo: La Temperatura Negativa surge de aplicar la estad\u00edstica de Maxwell- Boltzmann,<br> cuya validez es en el l\u00edmite cl\u00e1sico,<br> a un sistema que es cu\u00e1ntico.\n\u00bfQu\u00e9 es lo que caracteriza al rayo laser que sale del cilindro de rub\u00ed y lo diferencia de un rayo de luz normal y corriente? La diferencia es que en el rayo de luz emitido por el laser aparecen los t\u00e9rminos: condensado,<br> coherente,<br> pureza espectral y su intensidad.\nEl laser de rub\u00ed es un sistema de tres niveles que esquematizo en la figura 2 y para crear la inversi\u00f3n de poblaci\u00f3n se usa un bombardeo \u00f3ptico.\n\n<center>![esquma3niveles.JPG (https:\/\/steemitimages.com\/DQmeWGp37J6mioDmxK2hTznADfh9Y3bAkVxdtGTFByH7d6B\/esquma3niveles.JPG)<\/center>\n\n<b>Otros materiales usados en laser s\u00f3lidos:<\/b>\n\nExisten otros materiales s\u00f3lidos susceptibles a producir inversi\u00f3n de poblaciones. Se pueden mencionar que hay emisiones laser en el uranio,<br> samario,<br> neodimio,<br> talio entre otros. \nEn los laser mencionados se utilizan \u00e1tomos que presentan cuatro niveles. El nivel inferior de la transici\u00f3n laser no es un estado fundamental,<br> sin embargo se encuentra muy pr\u00f3ximo y por lo tanto,<br> estos laser funcionan mejor,<br> generalmente,<br> a bajas temperaturas.\nUsando un cristal de fluoruro de calcio (CaF<sub>2<\/sub>) con impurezas de uranio,<br> se obtiene una emisi\u00f3n laser.\nTambi\u00e9n se encuentran los laser semiconductores,<br> un ejemplo es el arseniuro de galio (GaAs) a los que se le han introducido impurezas de manera conveniente.\n\n<b>Laser en otros estados:<\/b>\nLos laser de gas funcionan por:\n1)\tColisiones electr\u00f3nicas:\n2)\tTransferencia de energ\u00eda\n3)\tEmisi\u00f3n espontanea \n4)\tAbsorci\u00f3n\n5)\tEmisi\u00f3n estimulada\nEl primer laser de gas que funcion\u00f3 en el rango \u00f3ptico fue de helio-ne\u00f3n (Javan,<br> 1961). Tambi\u00e9n se han dise\u00f1ado de gases nobles puros (ne\u00f3n,<br> arg\u00f3n,<br> cript\u00f3n y xen\u00f3n).\nOtro tipo de laser gaseoso es el que est\u00e1 integrado por mol\u00e9culas,<br> como por ejemplo CO<sub>2<\/sub>: en estos casos se utilizan los niveles vibracionales.\nLos laser s\u00f3lidos alcanzan,<br> en general,<br> potencias bastante elevadas pero tienen baja coherencia. En los laser de gas ocurre lo contrario. Por ello se busc\u00f3 en los l\u00edquidos la conciliaci\u00f3n. Se ha trabajado en soluciones l\u00edquidas de complejos de tierras raras,<br> en soluciones de alcoholes y otras m\u00e1s.\n\n<b>Aplicaciones del laser:<\/b>\n\nDado que el laser puede concentrar en un peque\u00f1o punto una energ\u00eda del orden de 10<sup>8 <\/sup>vatios,<br> cualquier material terreno,<br> incluso el diamante (el m\u00e1s duro) pueden ser destruidos por este. As\u00ed un laser permite cortar,<br> perforar de manera precisa desde telas en una f\u00e1brica de ropa,<br> pasando por las joyer\u00edas en el tallado de piedras preciosas o en el excavado de t\u00faneles.\nTal como se mencion\u00f3 en el 1er post sirvi\u00f3 para mediciones de alta precisi\u00f3n en distancias debido a que un rayo no se dispersa aun a grandes distancias. Otras aplicaciones:\n\u2022\tFusi\u00f3n Nuclear por L\u00e1ser\t\t\n\u2022\tDiscos \u00d3pticos y CDs\t\t\n\u2022\tEsc\u00e1ner de C\u00f3digo de Barra\t\t\n\u2022\tImpresi\u00f3n por L\u00e1ser\n\u2022\tTratamiento de Calor\n\u2022\tMedicina\n\u2022\tMedici\u00f3n de velocidad de m\u00f3viles.\n\u2022\tEst\u00e9tica\n\u2022\tComunicaci\u00f3n\n\u2022\tEspectrospia\n\u2022\tRefrigeraci\u00f3n Laser\n\u2022\tIluminaci\u00f3n en los conciertos y eventos.\n\u2022\tLa holograf\u00eda \nEsta \u00faltima me gustar\u00eda desarrollarla en un post siguiente.\n\n<center>![laser-2819143_640.jpg (https:\/\/steemitimages.com\/DQmNSPMoDNPAQEWjfE1MaFtCjZpfepQgR5wPCXJmvC55WY6\/laser-2819143_640.jpg)<\/center>\n<center>Figura 3<\/center>\n\n<center>\n(https:\/\/steemitimages.com\/DQmau25QYC4XhPijw8tYADXxP7LLnKEmTqxCnG6reCo7TzA\/lightshow-2223124__340.jpg)<\/center>\n<center>Figura 4<\/center>\nLas figuras 1 y 2 fueron realizadas en powerpoint y paint de microsoft.\nLas figuras 3 y 4 son cortes\u00eda de pixabay \n\thttps:\/\/pixabay.com\/es\/l%C3%A1ser-corte-m%C3%A1quina-plasma-2819143\/\n\thttps:\/\/pixabay.com\/es\/photos\/?q=laser&hp=&image_type=&order=&cat=&min_width=&min_height=\n\t\nReferencias:\n1.\tMaechtle,<br> W. La f\u00edsica. C\u00edrculo de Lectores. 1974.\n2.\tLaunois,<br> D. La Electr\u00f3nica Cu\u00e1ntica. Oikos-tau,<br> S.A. 1970.\n3.\tKittel,<br> C. Introducci\u00f3n a la F\u00edsica del Estado S\u00f3lido. Editorial REVERTE. 1981.\n\n<\/div>",<br>"json_metadata":" \"tags\":[\"stem-espanol\",<br>\"steemstem\",<br>\"steemiteducation\",<br>\"spanish\",<br>\"curatorem\" ,<br>\"image\":[\"https:\/\/steemitimages.com\/DQmTgunP2JWutUDpYzU35ibW7gzziJUXFfrr22dQjBhZnFk\/laserRubi.JPG\",<br>\"https:\/\/steemitimages.com\/DQmeWGp37J6mioDmxK2hTznADfh9Y3bAkVxdtGTFByH7d6B\/esquma3niveles.JPG\",<br>\"https:\/\/steemitimages.com\/DQmNSPMoDNPAQEWjfE1MaFtCjZpfepQgR5wPCXJmvC55WY6\/laser-2819143_640.jpg\",<br>\"https:\/\/steemitimages.com\/DQmau25QYC4XhPijw8tYADXxP7LLnKEmTqxCnG6reCo7TzA\/lightshow-2223124__340.jpg\" ,<br>\"links\":[\"https:\/\/steemit.com\/stem-espanol\/@emily61\/laser-se-volvio-tan-cotidiano-que-no-me-pregunto-como-funciona\",<br>\"https:\/\/pixabay.com\/es\/l%C3%A1ser-corte-m%C3%A1quina-plasma-2819143\/\",<br>\"https:\/\/pixabay.com\/es\/photos\/?q=laser&hp=&image_type=&order=&cat=&min_width=&min_height=\" ,<br>\"app\":\"steemit\/0.1\",<br>\"format\":\"markdown\" " |
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