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Punteros láser en diferentes colores.

Se han desarrollado muchas aplicaciones científicas, militares, médicas y comerciales del láser desde la invención del láser en 1958. La coherencia , alta monocromaticidad y capacidad para alcanzar potencias extremadamente altas son propiedades que permiten estas aplicaciones especializadas.

Científico [ editar ]

En la ciencia, los láseres se utilizan de muchas maneras, que incluyen:

  • Una amplia variedad de técnicas interferométricas
  • Espectroscopia Raman
  • Espectroscopia de avería inducida por láser
  • Teledetección atmosférica
  • Investigación de fenómenos ópticos no lineales
  • Las técnicas holográficas que emplean láseres también contribuyen a una serie de técnicas de medición.
  • La tecnología lidar basada en láser (LIght raDAR) tiene aplicación en geología , sismología , teledetección y física atmosférica .
  • Se han utilizado láseres a bordo de naves espaciales como en la misión Cassini-Huygens . [1]
  • En astronomía , los láseres se han utilizado para crear estrellas guía láser artificiales , que se utilizan como objetos de referencia para telescopios de óptica adaptativa .

Los láseres también se pueden usar indirectamente en espectroscopía como un sistema de micro-muestreo, una técnica denominada ablación con láser (LA), que se aplica típicamente al aparato ICP-MS que da como resultado el potente LA-ICP-MS.

Demtröder analiza los principios de la espectroscopia láser. [2]

Espectroscopia [ editar ]

La mayoría de los tipos de láser son una fuente de luz inherentemente pura; emiten luz casi monocromática con un rango de longitudes de onda muy bien definido . Mediante un diseño cuidadoso de los componentes del láser, la pureza de la luz láser (medida como el " ancho de línea ") se puede mejorar más que la pureza de cualquier otra fuente de luz. Esto hace que el láser sea una fuente muy útil para la espectroscopia . La alta intensidad de luz que se puede lograr en un haz pequeño y bien colimado también se puede utilizar para inducir un efecto óptico no lineal en una muestra, lo que hace que técnicas como la espectroscopia Ramanposible. Se pueden utilizar otras técnicas espectroscópicas basadas en láseres para fabricar detectores extremadamente sensibles de varias moléculas, capaces de medir concentraciones moleculares en el nivel de partes por 10 12 (ppt). Debido a las altas densidades de potencia que pueden alcanzar los láseres, es posible la emisión atómica inducida por haz: esta técnica se denomina espectroscopia de ruptura inducida por láser (LIBS).

Tratamiento térmico [ editar ]

El tratamiento térmico con los láseres permite un endurecimiento selectivo de la superficie contra el desgaste con poca o ninguna distorsión del componente. Debido a que esto elimina gran parte de la reelaboración de piezas que se realiza actualmente, el costo de capital del sistema láser se recupera en poco tiempo. También se ha desarrollado un recubrimiento absorbente inerte para el tratamiento térmico con láser que elimina los humos generados por los recubrimientos de pintura convencionales durante el proceso de tratamiento térmico con rayos láser de CO2.

Una consideración crucial para el éxito de una operación de tratamiento térmico es el control de la irradiancia del rayo láser en la superficie de la pieza. La distribución óptima de la irradiancia depende de la termodinámica de la interacción láser-material y de la geometría de la pieza.

Por lo general, las irradiancias entre 500-5000 W / cm ^ 2 satisfacen las restricciones termodinámicas y permiten el rápido calentamiento de la superficie y la mínima entrada de calor total requerida. Para el tratamiento térmico general, una viga cuadrada o rectangular uniforme es una de las mejores opciones. Para algunas aplicaciones especiales o aplicaciones donde el tratamiento térmico se realiza en un borde o esquina de la pieza, puede ser mejor que la irradiancia disminuya cerca del borde para evitar que se derrita.

Clima [ editar ]

La investigación muestra que los científicos pueden algún día inducir tormentas de lluvia y relámpagos (así como micro-manipular algunos otros fenómenos meteorológicos) utilizando láseres de alta energía . Tal avance podría erradicar las sequías , ayudar a aliviar las catástrofes relacionadas con el clima y asignar recursos climáticos a las áreas necesitadas. [3] [4]

Alcance láser lunar [ editar ]

Artículo principal: Experimento de alcance láser lunar

Cuando los astronautas del Apolo visitaron la luna, plantaron matrices de retrorreflectores para hacer posible el Experimento de alcance del láser lunar . Los rayos láser se enfocan a través de grandes telescopios en la Tierra dirigidos hacia las matrices, y se mide el tiempo que tarda el rayo en reflejarse de regreso a la Tierra para determinar la distancia entre la Tierra y la Luna con alta precisión.

Fotoquímica [ editar ]

Algunos sistemas de láser, a través del proceso de bloqueo de modo , pueden producir extremadamente breves pulsos de luz - tan corto como picosegundos o femtosegundos (10 -12 - 10 -15 segundos). Estos pulsos se pueden utilizar para iniciar y analizar reacciones químicas, una técnica conocida como fotoquímica . Los pulsos cortos se pueden utilizar para sondear el proceso de la reacción a una resolución temporal muy alta, lo que permite la detección de moléculas intermedias de vida corta. Este método es particularmente útil en bioquímica , donde se usa para analizar detalles del plegamiento y función de las proteínas.

Escáner láser [ editar ]

Artículo principal: lector de código de barras

Los lectores de códigos de barras láser son ideales para aplicaciones que requieren una lectura de alta velocidad de códigos lineales o símbolos apilados.

Refrigeración láser [ editar ]

Artículo principal: Refrigeración por láser

Una técnica que ha tenido éxito recientemente es el enfriamiento por láser . Esto implica la captura de átomos , un método en el que varios átomos están confinados en una disposición de campos eléctricos y magnéticos con una forma especial . Hacer brillar longitudes de onda particulares de luz en los iones o átomos los ralentiza, enfriándolos así . A medida que este proceso continúa, todos se ralentizan y tienen el mismo nivel de energía, formando una disposición inusual de materia conocida como condensado de Bose-Einstein .

Fusión nuclear [ editar ]

Algunas de las disposiciones más potentes y complejas del mundo de múltiples láseres y amplificadores ópticos se utilizan para producir pulsos de luz de intensidad extremadamente alta de duración extremadamente corta, por ejemplo, laboratorio de energía láser , National Ignition Facility , GEKKO XII , Nike láser , Laser Mégajoule , HiPER . Estos pulsos están dispuestos de manera que impacten en gránulos de tritio - deuterio simultáneamente desde todas las direcciones, con la esperanza de que el efecto de compresión de los impactos induzca la fusión atómica en los gránulos. Esta técnica, conocida como " fusión por confinamiento inercial", hasta el momento no se ha podido lograr el" punto de equilibrio ", es decir, hasta el momento la reacción de fusión genera menos energía de la que se utiliza para alimentar los láseres, pero la investigación continúa.

Microscopía [ editar ]

La microscopía de barrido láser confocal y la microscopía de excitación de dos fotones utilizan láseres para obtener imágenes sin borrosidad de muestras gruesas a distintas profundidades. La microdisección de captura láser utiliza láseres para obtener poblaciones de células específicas de una sección de tejido bajo visualización microscópica.

Otras técnicas de microscopía láser incluyen microscopía armónica, microscopía de mezcla de cuatro ondas [5] y microscopía interferométrica. [6]

Militar [ editar ]

Los usos militares de los láseres incluyen aplicaciones tales como designación y alcance de objetivos , contramedidas defensivas, comunicaciones y armas de energía dirigida .

Directamente como arma de energía [ editar ]

Artículo principal: arma láser

Un arma láser es un arma de energía dirigida basada en láseres .

Contramedidas defensivas [ editar ]

Las aplicaciones de contramedidas defensivas pueden variar desde contramedidas infrarrojas compactas de baja potencia hasta sistemas láser aéreos de alta potencia. Los sistemas de contramedidas de infrarrojos utilizan láseres para confundir a los buscadores con los misiles de localización por infrarrojos .

Desorientación [ editar ]

Artículo principal: deslumbrador láser

Algunas armas simplemente usan un láser para desorientar a una persona. Una de esas armas es el Thales Green Laser Optical Warner . [7]

Orientación [ editar ]

Artículo principal: guía láser

La guía láser es una técnica para guiar un misil u otro proyectil o vehículo hacia un objetivo por medio de un rayo láser.

Designador de destino [ editar ]

Artículo principal: designador láser
Un designador de destino

Otro uso militar de los láseres es como designador de objetivos láser . Este es un puntero láser de baja potencia que se usa para indicar un objetivo para una munición guiada con precisión , generalmente lanzada desde un avión. La munición guiada ajusta su trayectoria de vuelo para ubicarse en la luz láser reflejada por el objetivo, lo que permite una gran precisión al apuntar. El rayo del designador de objetivo láser se establece en una frecuencia de pulso que coincide con el establecido en la munición guiada para garantizar que las municiones golpeen sus objetivos designados y no sigan otros rayos láser que puedan estar en uso en el área. El designador láser puede apuntar al objetivo mediante un avión o una infantería cercana. Los láseres utilizados para este propósito suelen ser infrarrojos. láseres, por lo que el enemigo no puede detectar fácilmente la luz láser guía.

Armas de fuego [ editar ]

Mira láser [ editar ]

Artículo principal: mira láser (armas de fuego)
Mira láser utilizada por las Fuerzas de Defensa de Israel durante el entrenamiento de comando
Revólver Smith & Wesson equipado con una mira láser montada en el guardamonte .

El láser se ha utilizado en la mayoría de las aplicaciones de armas de fuego como una herramienta para mejorar la orientación de otros sistemas de armas. Por ejemplo, una mira láser es un láser pequeño, generalmente de luz visible, que se coloca en una pistola o un rifle y se alinea para emitir un rayo paralelo al cañón. Dado que un rayo láser tiene poca divergencia, la luz láser aparece como un punto pequeño incluso a largas distancias; el usuario coloca el punto en el objetivo deseado y el cañón de la pistola está alineado (pero no necesariamente permitiendo la caída de la bala , el viento , la distancia entre la dirección del rayo y el eje del cañón, y la movilidad del objetivo mientras la bala viaja ).

La mayoría de las miras láser utilizan un diodo láser rojo. Otros usan un diodo infrarrojo para producir un punto invisible al ojo humano pero detectable con dispositivos de visión nocturna. El módulo de adquisición de objetivos adaptativos de armas de fuego LLM01 El módulo de luz láser combina diodos láser visibles e infrarrojos. A finales de la década de 1990, las miras láser de láser de estado sólido bombeado por diodo verde (DPSS) (532 nm) estuvieron disponibles.

Láseres dirigidos a los ojos [ editar ]

La Fuerza Aérea de los EE. UU. Desarrolló un arma láser no letal para dañar temporalmente la capacidad de un adversario para disparar un arma o para amenazar a las fuerzas enemigas. Esta unidad ilumina a un oponente con una luz láser inofensiva de baja potencia y puede tener el efecto de deslumbrar o desorientar al sujeto o hacer que huya. Ahora hay varios tipos de deslumbrantes disponibles, y algunos se han utilizado en combate.

Queda la posibilidad de utilizar láseres para cegar, ya que esto requiere niveles de potencia más bajos y se puede lograr fácilmente en una unidad portátil. Sin embargo, la mayoría de las naciones consideran que el cegamiento permanente deliberado del enemigo está prohibido por las reglas de la guerra (ver Protocolo sobre armas láser cegadoras ). Aunque varias naciones han desarrollado armas láser cegadoras, como la ZM-87 de China , se cree que ninguna de ellas ha superado la etapa de prototipo.

Además de las aplicaciones que se cruzan con las aplicaciones militares, un uso policial ampliamente conocido de los láseres es el lidar para medir la velocidad de los vehículos.

Mira de arma holográfica [ editar ]

Una mira de arma holográfica utiliza un diodo láser para iluminar un holograma de una retícula incorporada en una ventana óptica de vidrio plano de la mira. El usuario mira a través de la ventana óptica y ve una imagen de retícula en forma de cruz superpuesta a una distancia en el campo de visión . [8]

Médico [ editar ]

Ver también: medicina láser
  • Cirugía cosmética ( eliminación de tatuajes , cicatrices, estrías, manchas solares, arrugas, marcas de nacimiento y vellos): consulte la depilación láser . Los tipos de láser utilizados en dermatología incluyen rubí (694 nm), alejandrita (755 nm), matriz de diodos pulsados ​​(810 nm), Nd : YAG (1064 nm), Ho : YAG (2090 nm) y Er : YAG (2940 nm) .
  • Cirugía ocular y cirugía refractiva
  • Cirugía de tejidos blandos : CO 2 , Er: YAG
  • Bisturí láser (Cirugía general, ginecológica, urología, laparoscópica)
  • Fotobiomodulación (es decir, terapia con láser)
  • Extirpación "sin contacto" de tumores, especialmente del cerebro y la médula espinal.
  • En odontología para la eliminación de caries , procedimientos de endodoncia / periodoncia , blanqueamiento dental y cirugía oral.
  • Tratamiento para el cáncer
  • Manejo de quemaduras y cicatrices quirúrgicas: contractura de la cicatriz con CO2 (especialmente los láseres de CO2 fraccionado más nuevos), enrojecimiento y picazón (láser de colorante pulsado - PDL), hiperpigmentación posinflamatoria (láseres de conmutación Q: rubí, alejandrita), cicatrices de quemaduras de cabello no deseado crecimiento y pelos atrapados (rubí, IPL y numerosos láseres de depilación)

Industrial y comercial [ editar ]

Láseres utilizados para efectos visuales durante una interpretación musical. (Un espectáculo de luz láser ).
Nivelación de suelo de baldosas cerámicas con dispositivo láser

Las aplicaciones de láser industrial se pueden dividir en dos categorías según la potencia del láser: procesamiento de material y procesamiento de micromaterial.

En el procesamiento de materiales, los láseres con una potencia óptica promedio superior a 1 kilovatio se utilizan principalmente para aplicaciones de procesamiento de materiales industriales. Más allá de este umbral de potencia, existen problemas térmicos relacionados con la óptica que separan estos láseres de sus homólogos de menor potencia. [9] Los sistemas láser en el rango de 50-300W se utilizan principalmente para aplicaciones de bombeo , soldadura de plástico y soldadura . Los láseres superiores a 300 W se utilizan en aplicaciones de soldadura fuerte , soldadura de metales delgados y corte de chapa . El brillo requerido (medido por el producto del parámetro de la viga) es mayor para aplicaciones de corte que para soldadura fuerte y soldadura de metales delgados. [10] Las aplicaciones de alta potencia, como el endurecimiento , el revestimiento y la soldadura de penetración profunda, requieren varios kW de potencia óptica y se utilizan en una amplia gama de procesos industriales.

El procesamiento de micromateriales es una categoría que incluye todas las aplicaciones de procesamiento de materiales por láser de menos de 1 kilovatio. [11] El uso de láseres en el procesamiento de micro materiales ha encontrado una amplia aplicación en el desarrollo y fabricación de pantallas para teléfonos inteligentes, tabletas y televisores LED. [12]

Una lista detallada de aplicaciones láser industriales y comerciales incluye:

  • Corte por láser
  • Soldadura por láser
  • Perforación láser
  • Marcado láser
  • Limpieza laser
  • Revestimiento láser , un proceso de ingeniería de superficies aplicado a componentes mecánicos para reacondicionamiento, trabajos de reparación o revestimiento duro
  • Fotolitografía
  • Comunicaciones ópticas más de fibra óptica o en el espacio libre
  • Granallado por láser
  • Sistemas de guía (p. Ej., Giroscopios láser de anillo )
  • Telémetro láser / topografía ,
  • Lidar / monitoreo de contaminación,
  • Minilabs digitales
  • Lectores de códigos de barras
  • Grabado láser de plancha de impresión
  • Unión por láser de materiales de marcado aditivos para decoración e identificación,
  • Punteros laser
  • Ratones láser
  • Acelerómetros láser
  • Fabricación de pantallas OLED
  • Holografía
  • Bubblegrams
  • Pinzas ópticas
  • Escribir subtítulos en películas cinematográficas . [13]
  • Power Beaming , que es una posible solución para transferir energía al escalador de un elevador espacial
  • Escáneres láser 3D para mediciones 3D precisas
  • Los niveles de línea láser se utilizan en topografía y construcción. Los láseres también se utilizan como guía para aviones .
  • Ampliamente en equipos de imágenes industriales y de consumo.
  • En impresoras láser : los láseres de gas y diodo juegan un papel clave en la fabricación de planchas de impresión de alta resolución y en equipos de escaneo de imágenes.
  • Los láseres de diodo se utilizan como un interruptor de luz en la industria, con un rayo láser y un receptor que se enciende o apaga cuando el rayo se interrumpe, y porque un láser puede mantener la intensidad de la luz en distancias mayores que una luz normal, y es más preciso que una luz normal, se puede utilizar para la detección de productos en la producción automatizada.
  • Alineación láser
  • Fabricación aditiva
  • Soldadura de plástico
  • Metrología - sistemas de láser de mano y robóticos para aeroespacial , de automoción y ferrocarril aplicaciones
  • Para almacenar y recuperar datos en discos ópticos , como CD y DVD
  • Blu-ray

Entretenimiento y recreación [ editar ]

  • Las pantallas de iluminación láser acompañan a muchos conciertos de música.
  • Etiqueta láser
  • Arpa láser : un instrumento musical donde las cuerdas se reemplazan por rayos láser.
  • Como fuente de luz para proyectores de cine digital [14]

Topografía y determinación de distancias [ editar ]

Artículo principal: telémetro láser

En topografía y construcción, el nivel láser se fija a un trípode, se nivela y luego se gira para iluminar un plano horizontal. El proyector de rayo láser emplea un cabezal giratorio con un espejo para barrer el rayo láser alrededor de un eje vertical. Si el espejo no es autonivelante, se proporciona con viales de nivel legibles visualmente y tornillos ajustables manualmente para orientar el proyector. Un bastón que lleva el operador está equipado con un sensor móvil, que puede detectar el rayo láser y emite una señal cuando el sensor está en línea con el rayo (normalmente un pitido audible). La posición del sensor en el pentagrama graduado permite comparar elevaciones entre diferentes puntos del terreno.

Un nivel láser montado en una torre se usa en combinación con un sensor en un tractor-raspador de ruedas en el proceso de nivelación láser de la tierra para llevar la tierra (por ejemplo, un campo agrícola) casi a la planicie con una ligera pendiente para el drenaje. El nivel de línea láser fue inventado en 1996 por Steve J. Orosz, Jr. [1] Este tipo de nivel no requiere un motor pesado para crear la ilusión de una línea a partir de un punto, sino que utiliza una lente para transformar el punto en una línea.

Imágenes [ editar ]

  • Modelos láser en diferentes colores.

  • Láseres Q-line

  • Se utilizaron láseres en el concierto Classical Spectacular de 2005

  • Un arpa láser

  • La superficie de un objetivo de prueba se vaporiza instantáneamente y estalla en llamas al ser irradiada por un láser de dióxido de carbono de onda continua de alta potencia que emite decenas de kilovatios de luz infrarroja lejana . Tenga en cuenta que el operador está de pie detrás de láminas de plexiglás , que es opaco en el infrarrojo lejano.

Ver también [ editar ]

  • Lista de artículos láser
  • Arma no letal

Referencias [ editar ]

  1. ^ Testamentos, Stewart. "Socios terrestres de Cassini" . Noticias de Óptica y Fotónica . La sociedad óptica. Archivado desde el original el 7 de julio de 2018 . Consultado el 7 de julio de 2018 .
  2. ^ W. Demtröder , espectroscopia láser, 3ª ed. (Springer, 2009)
  3. ^ "Científicos de California capaces de controlar el clima usando láseres - www.express.co.uk" . Archivado desde el original el 23 de octubre de 2018 . Consultado el 23 de octubre de 2018 .
  4. ^ "El hombre que quiere controlar el clima con láseres - www.cnn.com" . Archivado desde el original el 23 de octubre de 2018 . Consultado el 23 de octubre de 2018 .
  5. ^ Duarte FJ, ed. (2009). "Capítulo 9". Aplicaciones de láser sintonizable (2ª ed.). Boca Ratón: CRC Press .
  6. ^ Duarte FJ (2016). "Microscopía láser sintonizable". En Duarte FJ (ed.). Aplicaciones de láser sintonizable (3ª ed.). Boca Ratón: CRC Press . págs. 315–328. ISBN 9781482261066.
  7. ^ "Thales GLOW" . Thalesgroup.com. Archivado desde el original el 23 de marzo de 2012 . Consultado el 25 de septiembre de 2011 .
  8. ^ "Explicación de miras de punto rojo / miras reflejas y holosights" . ultimak.com . Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2012 . Consultado el 27 de julio de 2013 .
  9. ^ "El mercado mundial de láseres - revisión del mercado y pronóstico de 2012". Estrategias ilimitadas . Quinta edición: 56–85. Enero de 2012.
  10. ↑ Sparkes, M .; Gross, M .; Celotto, S .; Zhang, T .; O'Neil, W (2008). "Investigaciones prácticas y teóricas del corte con gas inerte de acero inoxidable 304 mediante láser de fibra de alto brillo". Journal of Laser Applications (1042-346X): 59–67.
  11. ^ "El mercado mundial de láseres - revisión del mercado y pronóstico de 2012". Estrategias ilimitadas . Quinta edición: 86-110. Enero de 2012.
  12. ^ "Explicación de la tecnología OLED" . Información OLED . OLED-info.com. Archivado desde el original el 15 de octubre de 2012 . Consultado el 17 de octubre de 2012 .
  13. ^ "Cinetyp Hollywood - subtítulos de películas, subtítulos de video, subtítulos de DVD, superposición de películas, video, película, superposición, subtítulos extranjeros, subtítulos cerrados, subtítulos abiertos, listas de detección" . Cinetyp.com. Archivado desde el original el 28 de febrero de 2009 . Consultado el 11 de octubre de 2009 .
  14. ^ "SM Cinema agrega cinco proyectores láser Christie 6P más" . www.christiedigital.com . Archivado desde el original el 18 de octubre de 2017 . Consultado el 16 de noviembre de 2016 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Artículo de Coherent.com sobre aplicaciones para láseres