Láser pulsado - Pulsed laser
La operación pulsada de los láseres se refiere a cualquier láser no clasificado como onda continua, de modo que la potencia óptica aparece en pulsos de cierta duración con cierta frecuencia de repetición . Esto abarca una amplia gama de tecnologías que abordan una serie de motivaciones diferentes. Algunos láseres se pulsan simplemente porque no pueden funcionar en modo continuo .
En otros casos, la aplicación requiere la producción de legumbres que tengan la mayor energía posible. Dado que la energía del pulso es igual a la potencia promedio dividida por la tasa de repetición, este objetivo a veces puede satisfacerse reduciendo la tasa de pulsos para que se pueda acumular más energía entre pulsos. En la ablación por láser, por ejemplo, un pequeño volumen de material en la superficie de una pieza de trabajo se puede evaporar si se calienta en muy poco tiempo, mientras que el suministro de energía gradualmente permitiría que el calor se absorbiera en la mayor parte de la pieza. , nunca alcanzando una temperatura suficientemente alta en un punto en particular.
Otras aplicaciones se basan en la potencia máxima del pulso (en lugar de la energía en el pulso), especialmente para obtener efectos ópticos no lineales . Para una energía de pulso dada, esto requiere crear pulsos de la menor duración posible utilizando técnicas como Q-switching .
El ancho de banda óptico de un pulso no puede ser más estrecho que el recíproco del ancho del pulso. En el caso de pulsos extremadamente cortos, eso implica el uso de láser en un ancho de banda considerable, bastante al contrario de los anchos de banda muy estrechos típicos de los láseres de onda continua (CW). El medio láser en algunos láseres de colorante y láseres vibrónicos de estado sólido produce una ganancia óptica en un ancho de banda amplio, lo que hace posible un láser que puede generar pulsos de luz tan cortos como unos pocos femtosegundos .
Q-cambio
En un láser de conmutación Q, se permite que se acumule la inversión de población introduciendo una pérdida dentro del resonador que excede la ganancia del medio; esto también se puede describir como una reducción del factor de calidad o 'Q' de la cavidad. Luego, una vez que la energía de bombeo almacenada en el medio láser se ha acercado al nivel máximo posible, el mecanismo de pérdida introducido (a menudo un elemento electro o acústico-óptico) se elimina rápidamente (o eso ocurre por sí mismo en un dispositivo pasivo), lo que permite el láser. para comenzar, que obtiene rápidamente la energía almacenada en el medio de ganancia. Esto da como resultado un pulso corto que incorpora esa energía y, por lo tanto, un pico de potencia alto.
Bloqueo de modo
Un láser de modo bloqueado es capaz de emitir pulsos extremadamente cortos del orden de decenas de picosegundos hasta menos de 10 femtosegundos . Estos pulsos se repetirán en el tiempo de ida y vuelta, es decir, el tiempo que tarda la luz en completar un viaje de ida y vuelta entre los espejos que componen el resonador. Debido al límite de Fourier (también conocido como incertidumbre de energía-tiempo ), un pulso de una longitud temporal tan corta tiene un espectro extendido en un ancho de banda considerable. Por tanto, dicho medio de ganancia debe tener un ancho de banda de ganancia suficientemente amplio para amplificar esas frecuencias. Un ejemplo de un material adecuado es el zafiro desarrollado artificialmente ( Ti: zafiro ) dopado con titanio que tiene un ancho de banda de ganancia muy amplio y, por lo tanto, puede producir pulsos de sólo unos pocos femtosegundos de duración.
Dichos láseres de bloqueo de modo son una herramienta muy versátil para investigar procesos que ocurren en escalas de tiempo extremadamente cortas (conocidas como física de femtosegundos , química de femtosegundos y ciencia ultrarrápida ), para maximizar el efecto de la no linealidad en materiales ópticos (por ejemplo, en la generación de segundo armónico , paramétrica conversión descendente , osciladores paramétricos ópticos y similares) debido a la gran potencia máxima y en aplicaciones de ablación. Nuevamente, debido a la duración de pulso extremadamente corta, tal láser producirá pulsos que alcanzan un pico de potencia extremadamente alto.
Bombeo pulsado
Otro método para lograr la operación de láser pulsado es bombear el material láser con una fuente que es ella misma pulsada, ya sea a través de carga electrónica en el caso de lámparas de destello, u otro láser que ya esté pulsado. El bombeo pulsado se utilizó históricamente con láseres de colorante donde la vida útil de la población invertida de una molécula de colorante era tan corta que se necesitaba un bombeo rápido y de alta energía. La forma de superar este problema era cargar grandes condensadores que luego se cambiaban para descargar a través de linternas , produciendo un destello intenso. El bombeo pulsado también es necesario para los láseres de tres niveles en los que el nivel de energía más bajo se vuelve rápidamente muy poblado, lo que evita que se produzcan más rayos láser hasta que esos átomos se relajen al estado fundamental. Estos láseres, como el láser excimer y el láser de vapor de cobre, nunca se pueden operar en modo CW.
Aplicaciones
Los láseres pulsados Nd: YAG y Er: YAG se utilizan en la eliminación de tatuajes con láser y en los telémetros láser, entre otras aplicaciones.
Los láseres pulsados también se utilizan en la cirugía de tejidos blandos . Cuando un rayo láser entra en contacto con tejidos blandos, un factor importante es no sobrecalentar el tejido circundante, de modo que se pueda prevenir la necrosis . Los pulsos de láser deben espaciarse para permitir un enfriamiento tisular eficiente (tiempo de relajación térmica) entre pulsos.
Ver también
- Láser de pulso ultracorto
- Deposición de láser pulsado
- Ablación laser
- Bisturí láser
- Cirugía láser de tejidos blandos
Bibliografía
- Siegman, Anthony E. (1986). Láseres , libros de ciencia universitaria. ISBN 0-935702-11-3
- Svelto, Orazio (1998). Principios de lasers , 4ª ed. (trad. David Hanna), Springer. ISBN 0-306-45748-2