Construcción láser

Esquema de un láser típico, mostrando las tres partes principales

Un láser se construye a partir de tres partes principales:

• Una fuente de energía (generalmente conocida como la bomba o fuente de bomba),
• A ganancia media o láser medio, y
• Dos o más espejos que forman un resonador óptico.

Fuente de bombeo

La fuente de bombeo es la parte que proporciona energía al sistema láser. Los ejemplos de fuentes de bombeo incluyen descargas eléctricas, lámparas de destello, lámparas de arco, luz de otro láser, reacciones químicas e incluso dispositivos explosivos. El tipo de fuente de bombeo utilizada depende principalmente del medio de ganancia, y esto también determina cómo se transmite la energía al medio. Un láser de helio-neón (HeNe) usa una descarga eléctrica en la mezcla de gas helio-neón, un láser Nd:YAG usa luz enfocada desde una lámpara de flash de xenón o láseres de diodo, y los láseres excimer usan una reacción química.

Ganancia media / Láser medio

El medio de ganancia es el principal factor determinante de la longitud de onda de funcionamiento y otras propiedades del láser. Los medios de ganancia en diferentes materiales tienen espectros lineales o espectros amplios. Los medios de ganancia con amplios espectros permiten sintonizar la frecuencia del láser. Hay cientos, si no miles, de diferentes medios de ganancia en los que se ha logrado el funcionamiento del láser (consulte la lista de tipos de láser para obtener una lista de los más importantes). El medio de ganancia es excitado por la fuente de bombeo para producir una inversión de población, y es en el medio de ganancia donde tiene lugar la emisión espontánea y estimulada de fotones, dando lugar al fenómeno de ganancia óptica o amplificación.

Ejemplos de diferentes medios de ganancia incluyen:

• Líquidos, como los láseres. Estos son generalmente disolventes químicos orgánicos, tales como metanol, etanol o etileno glicol, a los que se añaden colorantes químicos como coumarin, rhodamina y fluoresceína. La configuración química exacta de las moléculas de tinte determina la longitud de onda de operación del láser de tinte.
• Gases, como dióxido de carbono, argón, krypton y mezclas como helio-neón. Estos láser son a menudo bombeados por descarga eléctrica.
• Sólidos, como cristales y gafas. El sólido anfitrión los materiales son generalmente dopados con una impureza tales como cromo, neodimio, erbium o iones de titanio. Los hosts típicos incluyen YAG (yttrium aluminio garnet), YLF (yttrium lithium fluoride), zafiro (óxido de aluminio) y varios vasos. Ejemplos de medios de láser de estado sólido incluyen Nd:YAG, Ti:sapphire, Cr:sapphire (usualmente conocido como ruby), Cr:LiSAF (fluoruro de aluminio de estroncio de cromo), Er:YLF, Nd:glass y Er:glass. Los láseres de estado sólido suelen ser bombeados por flash o luz de otro láser.
• Semiconductors, un tipo de sólido, cristal con distribución uniforme de dopant o material con diferentes niveles de dopant en los que el movimiento de electrones puede causar acción láser. Los láseres semiconductores son típicamente muy pequeños, y se pueden bombear con una corriente eléctrica simple, lo que les permite ser utilizados en dispositivos de consumo como los reproductores de discos compactos. Ver diodo láser.

Resonador óptico

El papel fotográfico de haz Gaussian quema comparación de un láser de presión atmosférica de dióxido de carbono transversamente excitado, obtenido durante el proceso de optimización ajustando los espejos de alineación.

El resonador óptico, o cavidad óptica, en su forma más simple, son dos espejos paralelos colocados alrededor del medio de ganancia, que proporcionan retroalimentación de la luz. Los espejos reciben recubrimientos ópticos que determinan sus propiedades reflectantes. Normalmente, uno será un reflector alto y el otro será un reflector parcial. Este último se denomina acoplador de salida porque permite que parte de la luz salga de la cavidad para producir el haz de salida del láser.

La luz del medio, producida por emisión espontánea, es reflejada por los espejos de regreso al medio, donde puede ser amplificada por emisión estimulada. La luz puede reflejarse en los espejos y, por lo tanto, atravesar el medio de ganancia muchos cientos de veces antes de salir de la cavidad. En láseres más complejos, se utilizan configuraciones con cuatro o más espejos que forman la cavidad. El diseño y la alineación de los espejos con respecto al medio es crucial para determinar la longitud de onda operativa exacta y otros atributos del sistema láser.

Se pueden colocar otros dispositivos ópticos, como espejos giratorios, moduladores, filtros y absorbentes, dentro del resonador óptico para producir una variedad de efectos en la salida del láser, como alterar la longitud de onda de operación o la producción de pulsos de luz laser.

Algunos láseres no utilizan una cavidad óptica, sino que dependen de una ganancia óptica muy alta para producir una emisión espontánea amplificada (ASE) significativa sin necesidad de retroalimentar la luz hacia el medio de ganancia. Se dice que estos láseres son superluminiscentes y emiten luz con poca coherencia pero con un gran ancho de banda. Dado que no utilizan retroalimentación óptica, estos dispositivos a menudo no se clasifican como láseres.