El láser es otro gran invento de la humanidad desde el siglo XX, después de la energía nuclear, las computadoras y los semiconductores. Se le conoce como "el cuchillo más rápido", "la regla más precisa" y "la luz más brillante". El 16 de mayo de 1960, el físico estadounidense Theodore Maiman inventó el primer láser del mundo. Por primera vez, la humanidad tuvo acceso a una fuente de luz tan milagrosa con excelente monocromaticidad, alta colimación y alta densidad de energía. Desde la invención del primer láser en 1960, los láseres se han utilizado ampliamente en comunicaciones, medicina, producción industrial, armas militares y otros campos, convirtiéndose en una tecnología interdisciplinaria de propósito general- que ha tenido un enorme impacto en la investigación en muchas áreas y ha promovido la mejora de la eficiencia de la producción social. Entonces, ¿qué es exactamente un láser? ¿Y cómo se produce?
Láser es un acrónimo de "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", que significa amplificación de la luz causada por la emisión estimulada de radiación. Cuando esta tecnología se introdujo en China en 1964, el Sr. Qian Xuesen acuñó este nombre. En el uso popular, también tiene un nombre transliterado bastante impresionante, "leishe". Antes de entender los láseres, veamos primero qué es la luz.
La luz es producida por fotones. En 1905, Albert Einstein introdujo por primera vez el concepto de fotones en su artículo sobre el efecto fotoeléctrico. Los fotones son una de las partículas fundamentales que forman la materia. Los fotones son extremadamente pequeños y no tienen masa en reposo. Según los principios de la mecánica cuántica, cuando un electrón cae desde una capa externa de mayor-energía a una capa interna de menor-energía, el núcleo atómico correspondiente libera un fotón, produciendo así luz. Cuanto mayor sea el número de capas por las que pasa el electrón, mayor será la energía del fotón. Este proceso es reversible; cuando un fotón incide, el núcleo atómico absorbe el fotón y el electrón, habiendo ganado energía, se mueve de una capa interna de menor-energía a una capa externa de mayor-energía.
La característica de un láser es que todos sus fotones se mueven juntos con la misma longitud de onda y fase. En un sistema atómico, los electrones se mueven esencialmente en capas. Cuando un átomo se ve afectado por su entorno externo y los electrones de alta-energía pasan a niveles de energía más bajos, se producen dos fenómenos: "emisión espontánea" y "emisión estimulada". Los láseres se producen mediante emisión estimulada. En pocas palabras, un láser es la "radiación de luz" emitida cuando los átomos de una sustancia son "excitados" por una "fuente de bombeo" específica.
Un láser es un dispositivo que genera luz láser, compuesto principalmente por una fuente de bombeo, un medio de ganancia y una cavidad resonante. La fuente de bombeo es la fuente de excitación del láser y proporciona energía a electrones de baja-energía para excitarlos a niveles de energía más altos. Las fuentes de bombeo comunes incluyen excitación óptica, excitación por descarga de gas, excitación química y excitación de energía nuclear. La cavidad resonante es el circuito entre la fuente de bombeo y el medio de ganancia, y normalmente consta de dos espejos con formas geométricas específicas y características de reflexión óptica combinadas de una manera particular. Esto permite que la luz excitada viaje hacia adelante y hacia atrás varias veces dentro de la cavidad, formando oscilaciones coherentes y sostenidas que se amplifican y también limitando la frecuencia y dirección del haz de luz. El medio de ganancia se refiere al medio de trabajo que amplifica la luz.
Desde que Einstein propuso la emisión estimulada en 1917, los científicos pasaron 43 años de exploración incesante antes de crear finalmente el primer láser del mundo en 1960. El científico Maiman, de Hughes Research Laboratories en California, utilizó una lámpara de destello de alta-intensidad para iluminar un rubí, excitando los átomos de cromo dentro del rubí para emitir luz roja. Al perforar un agujero en la superficie del rubí, que estaba recubierto con un espejo reflectante, la luz roja podía escapar a través de este agujero, produciendo un haz de luz roja estrecho y altamente concentrado. Cuando este rayo se dirigía a un punto, podía alcanzar temperaturas superiores a las de la superficie del sol. Así nació el primer láser del mundo-el láser de rubí-, con una longitud de onda de 0,6943 micrómetros. Este fue el primer rayo láser jamás producido por la humanidad.
