Bloqueo de modo
El bloqueo de modo es una técnica en óptica mediante la cual se puede hacer que un láser produzca pulsos de luz de duración extremadamente corta, del orden de picosegundos ( 10-12 s) o femtosegundos ( 10-15 s). Un láser operado de esta manera a veces se denomina láser de femtosegundo , por ejemplo, en la cirugía refractiva moderna . La base de la técnica es inducir una relación de fase fija entre los modos longitudinales de la cavidad resonante del láser . Interferencia constructivaentre estos modos puede hacer que la luz láser se produzca como un tren de pulsos. Entonces se dice que el láser está "bloqueado en fase" o "bloqueado en modo".
Aunque la luz láser es quizás la forma más pura de luz, no es de una sola frecuencia o longitud de onda pura . Todos los láseres producen luz sobre algún ancho de banda natural o rango de frecuencias. El ancho de banda de operación de un láser está determinado principalmente por el medio de ganancia a partir del cual se construye el láser, y el rango de frecuencias en el que puede operar un láser se conoce como ancho de banda de ganancia. Por ejemplo, un láser de helio-neón típico tiene un ancho de banda de ganancia de aproximadamente 1,5 GHz (un rango de longitud de onda de aproximadamente 0,002 nm a una longitud de onda central de 633 nm), mientras que un zafiro dopado con titanio ( Ti:zafiro) el láser de estado sólido tiene un ancho de banda de aproximadamente 128 THz (un rango de longitud de onda de 300 nm centrado en 800 nm).
El segundo factor para determinar las frecuencias de emisión de un láser es la cavidad óptica (o cavidad resonante) del láser. En el caso más simple, consiste en dos espejos planos (planos) uno frente al otro, que rodean el medio de ganancia del láser (esta disposición se conoce como cavidad de Fabry-Pérot ). Dado que la luz es una onda , cuando rebota entre los espejos de la cavidad, la luz interfiere constructivamente y destructivamente consigo misma, lo que lleva a la formación de ondas estacionarias , o modos , entre los espejos. Estas ondas estacionarias forman un conjunto discreto de frecuencias, conocidas como modos longitudinales .de la cavidad Estos modos son las únicas frecuencias de luz que se autorregeneran y que la cavidad resonante permite que oscilen; todas las demás frecuencias de luz son suprimidas por la interferencia destructiva. Para una cavidad de espejo plano simple, los modos permitidos son aquellos para los cuales la distancia de separación de los espejos L es un múltiplo exacto de la mitad de la longitud de onda de la luz λ , tal que L = qλ /2 , donde q es un número entero conocido como el orden del modo.
En la práctica, L suele ser mucho mayor que λ , por lo que los valores relevantes de q son grandes (alrededor de 10 5 a 10 6 ). De mayor interés es la separación de frecuencia entre dos modos adyacentes q y q + 1; esto viene dado (para un resonador lineal vacío de longitud L ) por Δ ν :
Utilizando la ecuación anterior, un pequeño láser con una separación de espejos de 30 cm tiene una separación de frecuencia entre modos longitudinales de 0,5 GHz. Por lo tanto, para los dos láseres mencionados anteriormente, con una cavidad de 30 cm, el ancho de banda de 1,5 GHz del láser HeNe admitiría hasta 3 modos longitudinales, mientras que el ancho de banda de 128 THz del láser Ti:zafiro podría admitir aproximadamente 250 000 modos. Cuando se excita más de un modo longitudinal, se dice que el láser está en funcionamiento "multimodo". Cuando solo se excita un modo longitudinal, se dice que el láser está en funcionamiento de "modo único".
Cada modo longitudinal individual tiene algún ancho de banda o rango estrecho de frecuencias sobre las que opera, pero normalmente este ancho de banda, determinado por el factor Q de la cavidad (ver interferómetro de Fabry-Pérot ), es mucho más pequeño que la separación de frecuencia entre modos.
