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Un láser de estado sólido es un láser que utiliza un medio de ganancia que es un sólido , en lugar de un líquido como en los láseres de colorante o un gas como en los láseres de gas . Los láseres basados ​​en semiconductores también se encuentran en estado sólido, pero generalmente se consideran una clase separada de los láseres de estado sólido (consulte Diodo láser ).

Medios de estado sólido [ editar ]

Más información: Lista de tipos de láser § Láseres de estado sólido

Generalmente, el medio activo de un láser de estado sólido consiste en un material de "huésped" cristalino o de vidrio , al que se añade un " dopante " como neodimio , cromo , erbio , [1] tulio [2] o iterbio . [3] Muchos de los dopantes comunes son elementos de tierras raras , porque los estados excitados de tales iones no están fuertemente acoplados con las vibraciones térmicas de sus redes cristalinas ( fonones ), y sus umbrales operacionales pueden alcanzarse a intensidades de láser relativamente bajas. bombeo .

Hay muchos cientos de medios de estado sólido en los que se ha logrado la acción del láser, pero hay relativamente pocos tipos de uso generalizado. De estos, probablemente el más común es el granate de itrio aluminio dopado con neodimio (Nd: YAG). El vidrio dopado con neodimio (Nd: vidrio) y los vidrios o cerámicas dopados con iterbio se utilizan a niveles de potencia muy altos ( teravatios ) y altas energías ( megajulios ), para la fusión por confinamiento inercial de haces múltiples .

El primer material utilizado para los láseres fueron los cristales de rubí sintéticos . Los láseres de rubí todavía se utilizan para algunas aplicaciones, pero no son comunes debido a su baja eficiencia energética. A temperatura ambiente, los láseres de rubí emiten solo pulsos cortos de luz, pero a temperaturas criogénicas se puede hacer que emitan un tren continuo de pulsos. [4]

Algunos láseres de estado sólido también se pueden sintonizar utilizando varias técnicas intracavitarias, que emplean etalones , prismas y rejillas , o una combinación de estos. [5] El zafiro dopado con titanio se usa ampliamente por su amplio rango de sintonía, de 660 a 1080 nanómetros . Los láseres de alejandrita se pueden sintonizar de 700 a 820 nm y producen pulsos de mayor energía que los láseres de titanio y zafiro debido al mayor tiempo de almacenamiento de energía del medio de ganancia y al mayor umbral de daño .

Bombeo [ editar ]

Más información: Bombeo láser

Los medios láser de estado sólido generalmente se bombean ópticamente , usando una lámpara de destellos o una lámpara de arco , o por diodos láser . Los láseres de estado sólido bombeados por diodos tienden a ser mucho más eficientes y se han vuelto mucho más comunes a medida que ha disminuido el costo de los láseres semiconductores de alta potencia .

Bloqueo de modo [ editar ]

El bloqueo de modo de láseres de estado sólido y láseres de fibra tiene amplias aplicaciones, ya que se pueden obtener pulsos ultracortos de gran energía. Hay dos tipos de absorbentes saturables que se utilizan ampliamente como casilleros de modo: SESAM, [6] [7] [8] y SWCNT. También se ha utilizado grafeno . [9] [10] [11] Estos materiales utilizan un comportamiento óptico no lineal llamado absorción saturable para hacer que un láser cree pulsos cortos.

Aplicaciones y desarrollos actuales [ editar ]

Los láseres de estado sólido se están desarrollando como armas opcionales para el F-35 Lightning II , y están alcanzando un estado casi operativo, [12] [13] [14] así como la introducción del sistema de armas láser FIRESTRIKE de Northrop Grumman . [15] [16] En abril de 2011, la Marina de los Estados Unidos probó un láser de estado sólido de alta energía. El rango exacto está clasificado, pero dijeron que disparó "millas, no yardas". [17] [18]

El uranio - dopado fluoruro de calcio fue el segundo tipo de láser de estado sólido inventado, en la década de 1960. Peter Sorokin y Mirek Stevenson en IBM 's laboratorios en Yorktown Heights (Estados Unidos) lograron la acción láser a 2,5 micras poco después de Maiman ' s láser de rubí .

El Ejército de los Estados Unidos se está preparando para probar un sistema láser montado en un camión utilizando un láser de fibra de 58 kW. [19] La escalabilidad del láser abre el uso en todo, desde drones hasta barcos masivos en diferentes niveles de potencia. El nuevo láser pone el 40 por ciento de la energía disponible en su rayo, que se considera muy alto para los láseres de estado sólido. Dado que cada vez más vehículos y camiones militares utilizan motores híbridos avanzados y sistemas de propulsión que producen electricidad para aplicaciones como láseres, es probable que las aplicaciones proliferen en camiones, drones, barcos, helicópteros y aviones. [19]

Ver también [ editar ]

  • Láser de disco
  • Construcción láser
  • Láseres de colorante de estado sólido
  • Solitón
  • Solitón vectorial
  • Solitón disipativo

Referencias [ editar ]

  1. ^ Singh, G .; Purnawirman; Bradley, JDB; Li, N .; Magden, ES; Moresco, M .; Adam, TN; Leake, G .; Coolbaugh, D .; Watts, MR (2016). "Láseres de guía de ondas dopados con erbio bombeado por resonancia que utilizan cavidades reflectoras de Bragg distribuidas" . Letras de óptica . 41 (6): 1189-1192. Código Bibliográfico : 2016OptL ... 41.1189S . doi : 10.1364 / OL.41.001189 . PMID  26977666 .
  2. ^ Su, Z .; Li, N .; Magden, ES; Byrd, M .; Purnawirman; Adam, TN; Leake, G .; Coolbaugh, D .; Bradley, JD; Watts, MR (2016). “Láser de microcavidad de tulio ultracompacto y de bajo umbral integrado monolíticamente en silicio” . Letras de óptica . 41 (24): 5708–5711. Código Bibliográfico : 2016OptL ... 41.5708S . doi : 10.1364 / OL.41.005708 . PMID 27973495 . 
  3. ^ Z. Su, JD Bradley, N. Li, ES Magden, Purnawirman, D. Coleman, N. Fahrenkopf, C. Baiocco, T. Adam, G. Leake, D. Coolbaugh, D. Vermeulen y MR Watts (2016 ) "Microlaser de iterbio ultracompacto compatible con CMOS" , Integrated Photonics Research, Silicon and Nanophotonics 2016 , IW1A.3.
  4. ^ "Operación láser de estado sólido continuo revelada por BTL" (PDF) . Astronautics : 74. Marzo de 1962.
  5. ^ NP Barnes, Láseres de estado sólido de metal de transición, en Manual de láseres ajustables , FJ Duarte (Ed.) (Académico, Nueva York, 1995).
  6. ^ H. Zhang et al., "Solitones inducidos formados por acoplamiento de polarización cruzada en un láser de fibra de cavidad birrefringente" Archivado el 7 de julio de 2011 en Wayback Machine , Opt. Lett., 33, 2317–2319. (2008).
  7. ^ DY Tang et al., "Observación de solitones vectoriales bloqueados por polarización de alto orden en un láser de fibra" Archivado el 20 de enero de 2010 en Wayback Machine , Physical Review Letters , 101, 153904 (2008).
  8. ^ LM Zhao et al., "Bloqueo de rotación de polarización de solitones vectoriales en un láser de anillo de fibra" Archivado el 7 de julio de 2011 en Wayback Machine , Optics Express , 16,10053-10058 (2008).
  9. ^ H. Zhang; DY Tang; LM Zhao; QL Bao; KP Loh (2009). "Bloqueo de modo de gran energía de un láser de fibra dopado con erbio con grafeno de capa atómica" (PDF) . Optics Express . 17 (20): 17630–5. arXiv : 0909.5536 . Código Bibliográfico : 2009OExpr..1717630Z . doi : 10.1364 / OE.17.017630 . PMID 19907547 . Archivado desde el original (PDF) el 17 de julio de 2011.  
  10. ^ Han Zhang; Qiaoliang Bao; Dingyuan Tang; Luming Zhao y Kianping Loh (2009). "Láser de fibra dopada con erbio de solitón de gran energía con un bloqueador de modo compuesto de polímero de grafeno" (PDF) . Letras de Física Aplicada . 95 (14): P141103. arXiv : 0909.5540 . Código Bibliográfico : 2009ApPhL..95n1103Z . doi : 10.1063 / 1.3244206 . Archivado desde el original (PDF) el 17 de julio de 2011.
  11. ^ "Grafeno: láseres de modo bloqueado" . Materiales NPG Asia . 21 de diciembre de 2009. doi : 10.1038 / asiamat.2009.52 .
  12. ^ Fulghum, David A. "Se están desarrollando láseres para F-35 y AC-130 ". Semana de la aviación y tecnología espacial , (8 de julio de 2002). Fecha de acceso: 8 de febrero de 2006.
  13. ^ Morris, Jefferson. " Mantener la calma es un gran desafío para el láser JSF, dice Lockheed Martin ". Aerospace Daily , 26 de septiembre de 2002. Fecha de acceso: 3 de junio de 2007.
  14. ^ Fulghum, David A. " Láseres, armas HPM cerca del estado operativo ". Semana de la aviación y tecnología espacial , 22 de julio de 2002. Fecha de acceso: 8 de febrero de 2006.
  15. ^ "Comunicado de prensa de Northrop Grumman" . Archivado desde el original el 8 de diciembre de 2008 . Consultado el 13 de noviembre de 2008 .
  16. ^ "El comunicado de prensa de registro" . Consultado el 14 de noviembre de 2008 .
  17. ^ "La prueba láser de la Marina de los Estados Unidos podría calentar a los piratas" . Fox News . 13 de abril de 2011.
  18. ^ Kaplan, Jeremy A. (8 de abril de 2011). "Navy muestra una nueva y poderosa arma láser" . Fox News .
  19. ↑ a b Tucker, Patrick (16 de marzo de 2017). "El ejército de los Estados Unidos probará un nuevo y potente láser montado en un camión 'en unos meses ' " . Defensa uno . Consultado el 13 de agosto de 2017 .
  • Koechner, Walter (1999). Ingeniería de láser de estado sólido (5ª ed.). Saltador. ISBN 978-3-540-65064-5.