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La historia de la tecnología láser y lo que puede hacer hoy


los láser o amplificación de luz por emisión estimulada de radiación para darle su nombre completo, ha recorrido un largo camino desde su desarrollo en la década de 1960. Hoy tecnologia laser es omnipresente en nuestro mundo moderno con aplicaciones de usos médicos, telecomunicaciones e incluso sistemas de armas.

En el siguiente artículo, haremos un recorrido muy rápido por los principales eventos que llevaron al desarrollo del láser y veremos algunas aplicaciones futuras, en desarrollo, para láseres.

Lo que sigue es una lista de hitos seleccionados en el fascinante y emocionante desarrollo de la tecnología láser. Esta lista está lejos de ser exhaustiva y está en orden cronológico.

1. Max Planck lo pone en marcha

La importancia de la innovación o el hito láser:Max Planck, en 1900, dedujo la relación entre la energía y la frecuencia de radiación. Fue el primero en postular que la energía podía emitirse o absorberse en trozos discretos o cuantos.

Este fue un hito en la física.

Año de descubrimiento / desarrollo: 1900

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Max Planck

Descripción de Milestone: Aunque la teoría de Planck fue innovadora por derecho propio, tuvo un efecto muy importante. La visión de Planck inspiraría a uno de los científicos más influyentes de nuestra época: Albert Einstein.

Einstein se basaría en la teoría de Planck para publicar su artículo sobre el efecto fotoeléctrico. Propuso que la luz también entrega energía en trozos, o partículas cuánticas discretas, llamadas fotones.

Se han sentado las bases para el desarrollo de láseres.

2. Concepto y teoría de Einstein de la emisión de luz estimulada

La importancia de la innovación o el hito láser:La teoría de Einstein allanaría el camino para el eventual desarrollo de los primeros láseres prácticos.

Año de descubrimiento / desarrollo: 1916-1917

Ingeniero o científicos detrás del proyecto:Albert Einstein

Descripción de Milestone: Albert teorizó por primera vez sobre la estimulación de la emisión de luz en 1917. En su papel,Zur Quantentheorie der Strahlung (Sobre la teoría cuántica de la radiación) registró sus pensamientos sobre este tema.

Usó la ley de radiación de Planck para describir los coeficientes de probabilidad (coeficientes de Einstein) para la absorción y la emisión espontánea y estimulada de radiación EM, incluida la luz.

Su teoría proponía que los electrones podrían estimularse para que emitieran luz de una longitud de onda particular. Este se convertiría en el principio fundamental de todos los láseres que se utilizan en la actualidad. Pasarían otros 40 años más o menos antes de que los científicos pudieran demostrar que tenía razón.

3. La invención de la holografía

La importancia de la innovación o el hito láser: La investigación sobre holografía se estancó hasta el desarrollo de los láseres en la década de 1960. Esto estimularía, en parte, el desarrollo de ambas tecnologías a partir de entonces.

La holografía es el medio de producir una imagen fotográfica única sin el uso de una lente. Los hologramas consisten en una serie de rayas y espirales irreconocibles que cuando se iluminan con una fuente de luz coherente, como un láser, se convierten en una representación en 3D de la imagen / objeto original.

Año de descubrimiento / desarrollo:1948

Ingeniero o científicos detrás del proyecto:Dennis Gabor

Descripción de Milestone:Dennis Gabor, un científico nacido en Hungría, recibió el Premio Nobel de Física por su invento en 1971. Estaba intentando mejorar la resolución de los microscopios electrónicos haciendo hologramas utilizando el haz de electrones y luego examinándolos con luz coherente.

En el momento del descubrimiento, tenía poco o ningún uso práctico hasta el desarrollo de los láseres en la década de 1960. Esto conduciría repentinamente a una explosión en el uso de hologramas en los Estados Unidos.

Hoy en día, esta explosión ha dado lugar a una industria enorme que incluye a HUD. exhibiciones de museos, realidad virtual, aplicaciones médicas y eficiencia de paneles solares.

4. El ascenso de MASER (amplificación por microondas de la emisión estimulada de radiación)

La importancia de la innovación o el hito láser: La amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación o MASER, fue la primera demostración práctica de los principios de Einstein y utilizó radiación de microondas (en lugar de luz en láseres).

Año de descubrimiento / desarrollo: 1954

Ingeniero o científicos detrás del proyecto:Charles Hard Townes, Arthur Schawlow, James P. Gordon, Herbert J. Zeiger

Descripción de Milestone:Los MASER son dispositivos que producen y amplifican la radiación EM en la parte de microondas del espectro EM.

En 1954 Townes y sus colegas de investigación pudieron demostrar el primer MASER en la Universidad de Columbia. Su amoniaco MASER pasaría a la historia como el primer dispositivo en demostrar la predicción de Einstein de 1917.

Obtendría con éxito la primera amplificación y generación de radiación EM mediante emisión estimulada. El MASER irradia a una longitud de onda de un poco más de 1 cm y genera aproximadamente 10 nW de potencia.

En Marzo de 1959Townes y Schawlow obtuvieron la patente de su invención.

La tecnología MASER se seguiría utilizando para amplificar señales de radio y como detector ultrasensible.

5. El desarrollo del método de bombeo

La importancia de la innovación o el hito láser: Los láseres modernos dependen en gran medida del método de bombeo para estimular y amplificar las fuentes de luz.

Fue desarrollado por primera vez por Nikolai Basov en 1955 en el Instituto de Física P. N. Lebedev de Moscú. Mientras trataba de encontrar formas de mover electrones alrededor de los átomos hacia estados de mayor energía e investigaba osciladores, se topó con el concepto de absorción negativa que comúnmente se denomina método de bombeo.

Esto implica transferir energía de una fuente externa a un medio de ganancia dentro del ensamblaje del láser.

Año de descubrimiento / desarrollo:1955

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Nikolai G. Basov

Descripción de Milestone: La invención de Basov proporcionaría los medios para mantener un rayo láser continuo. Proporcionó un medio para mantener la inversión de población requerida del medio láser al "bombear" electrones a un estado metaestable requerido para liberar fotones.

Nikolai y Charles H. Townes recibieron conjuntamente el Premio Nobel 1964para la física por el trabajo conjunto en el desarrollo del MASER.

6. Se acuña el término láser

La importancia de la innovación o el hito láser:Un estudiante de posgrado de la Universidad de Columbia, Gordon Gould, escribe en su cuaderno el primer uso registrado del término láser. También anotó sus ideas sobre la construcción real de uno y tiene la previsión de hacerlo notarizar en una tienda local en el Bronx.

Poco tiempo después deja la universidad para incorporarse a la empresa privada de investigación TRG (Technical Research Group).

Año de descubrimiento / desarrollo:1957

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Gordon Gould

Descripción de Milestone:El cuaderno de Gordon sería la primera vez que se usaba el acrónimo Laser, pero también señaló algunos conceptos básicos para construir uno. Este portátil se convertiría en el foco de una batalla judicial de 30 años por los derechos de patente de la tecnología.

Gould discutió sus ideas con el físico Charles Townes, quien le aconsejó que escribiera sus pensamientos y los certificara ante notario, lo cual hizo. Gould tenía la impresión de que debería tener un modelo funcional antes de solicitar una patente y Townes y el físico Arthur Schawlow se lo adelantaron, quienes habían presentado una solicitud similar, lo que significa que su eventual solicitud fue rechazada.

Townes y Schawlow recibieron el número de patente estadounidenser 2.929.922 en marzo de 1960 mientras trabajaban en Bell Labs para su "Optical MASER". Gould finalmente ganaría su caso en 1977 para recibir la primera patente de un láser.

7. Se patenta el primer láser práctico

La importancia de la innovación o el hito láser: Este fue el primer montaje exitoso de un dispositivo láser completo. Sería el primero de muchos más por venir.

Theodore, un físico de Hughes Research Laboratories en Malibu, California, construyó el primer láser usando un cilindro de rubí hecho a mano. 1 cm de diámetro y 2 cm de largo. Cada extremo estaba recubierto de plata para hacerlos reflectantes y ayudarlos a servir como resonador Fabry-Perot.

Su dispositivo usaba lámparas de destellos fotográficos para la fuente de la bomba del láser.

Año de descubrimiento / desarrollo:1960

Ingeniero o científicos detrás del proyecto:Theodore H. Maiman

Descripción de Milestone: Después de servir un tiempo en la marina, Theodore obtuvo su B.Sc. En Ingeniería Física de la Universidad de Colorado y luego obtuvo su M.Sc. en Ingeniería Eléctrica y Ph.D. en Física de la Universidad de Stanford.

Continuaría trabajando en el Departamento de Física Atómica de Hughes, California, como director de su proyecto ruby ​​MASER. Después de completarlo con éxito en el verano de 1959 dirigió su atención al desarrollo de un láser.

Después de construir con éxito un láser en funcionamiento, publicó sus logros en Nature en 1960 y luego fundó Korad Corporation para desarrollar y construir equipos láser de alta potencia.

Esta empresa se convertiría en líder del mercado y en 1969 suministró sus equipos que se utilizaron como equipos de alcance láser lunar.

8. Se desarrolla el primer láser de haz continuo

La importancia de la innovación o el hito láser:El láser de helio-neón (He-Ne) fue el primer láser en generar un haz de luz continuo en 1,15 um.

Este láser encontraría muchas aplicaciones en telecomunicaciones, transmisión de datos por Internet, holografía, lectores de códigos de barras, dispositivos médicos y muchos más.

Año de descubrimiento / desarrollo: 1960

Ingeniero o científicos detrás del proyecto:Ali Javan, William Bennett Junior y Donald Herriott

Descripción de Milestone:Mientras trabajaba en Bell Laboratories, él y sus colegas William Bennet y Donald Herriott pasarían dos años desarrollando la nueva forma de láser: Ne-He.

“El primer láser, el láser de rubí de Ted Maiman, utilizó bombeo óptico para crear la inversión de población necesaria para lograr una duración duradera”, Irving Herman, Ph.D. estudiante de Javan explicaría más tarde.

“En ese momento esto era difícil y no se podía aplicar a todos los sistemas. Javan pudo ver cómo se puede crear una inversión de población en una descarga de gas mediante una transferencia de energía resonante selectiva. Esto fue clave para su invención del primer láser de gas, el láser He-Ne, que también fue el primer láser de onda continua ".

9. Los láseres se utilizan por primera vez para tratamientos médicos

La importancia de la innovación o el hito láser:Esta fue la primera vez que se utilizó tecnología láser para tratar a un paciente humano. Allanaría el camino para una explosión en la innovación futura en tecnología láser para su uso en cirugía y tratamiento médico.

Año de descubrimiento / desarrollo:1961

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Dr. Charles J. Campbell y Charles J. Koester

Descripción de Milestone:El Dr. Campbell del Instituto de Oftalmología del Centro Médico Columbia-Presbyterian y Charles J. Koester de la American Optical Co. en el Hospital Columbia-Presbyterian en Manhattan.

El tratamiento utilizó un láser rubí óptico americano para destruir un tumor de retina. Este tumor, un angioma, fue destruido con el uso de un solo pulso que duró una milésima de segundo.

El procedimiento fue increíblemente rápido y considerablemente más cómodo para el paciente (en comparación con el tratamiento convencional con 1000 vatios Lámparas de arco de xenón de la época).

En los años siguientes, el láser de rubí se utilizó en varios tratamientos médicos.

10. Nace el láser de estado sólido (inyección de semiconductores)

La importancia de la innovación o el hito láser: El láser de inyección de semiconductores fue una revolución en la tecnología láser en ese momento. Todavía se utiliza en muchos aparatos electrónicos y sistemas de comunicación en la actualidad.

Año de descubrimiento / desarrollo:1962

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Robert Noel Hall

Descripción de Milestone:Hall se inspiró en la noticia a principios de la década de 1960 del desarrollo del primer láser por Theodore H. Maiman et al para intentar simplificar el diseño y hacerlos más estables.

Decidió intentar prescindir de los modelos de 'bombeo' existentes y centrarse en una alternativa de estado sólido. Robert se dio cuenta de las propiedades ópticas de los diodos de arseniuro de galio y de cómo pueden emitir enormes cantidades de radiación IR.

Inmediatamente notó el potencial de esto y comenzó a desarrollar su ahora famoso láser de estado sólido. En poco tiempo, Robert y su equipo en GE tenían un modelo de trabajo que necesitaba nitrógeno líquido para enfriarlo y solo podía funcionar en modo de pulso.

Hall continuó trabajando en GE hasta su jubilación. Acumuló 43 patentes y 81 publicaciones a lo largo de su estimada carrera.

11. Se desarrolla el láser de dióxido de carbono

La importancia de la innovación o el hito láser: El láser de dióxido de carbono fue uno de los primeros láseres de gas que se desarrolló y todavía se utiliza en la actualidad. Ha demostrado ser uno de los láseres de onda continua de mayor potencia disponibles en la actualidad.

A diferencia de otros láseres, también son bastante eficientes con una relación de salida a potencia de bombeo de hasta un 20%. Estos láseres producen un haz de luz IR entre 9,4 y 10,6 micrómetros.

Año de descubrimiento / desarrollo:1964

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Kumar Patel

Descripción de Milestone: Kumar desarrolló el láser de dióxido de carbono mientras trabajaba en Bell Labs en 1964. Estos tipos de láser funcionan utilizando dióxido de carbono como medio de ganancia principal, que también puede contener helio, nitrógeno, hidrógeno, agua y xenón.

Estos tipos de láser se bombean eléctricamente mediante descarga de gas.

Durante el funcionamiento, las moléculas de nitrógeno son excitadas por la descarga a un estado metaestable mediante el cual transfieren esta energía extra a las moléculas de dióxido de carbono durante las colisiones. El helio tiende a incluirse en la mezcla de gases para despoblar el nivel láser inferior y actuar como un disipador térmico.

Otros componentes, como el hidrógeno o el vapor de agua, pueden ayudar (particularmente en los láseres de tubo sellado) a reoxidar el monóxido de carbono (formado en la descarga) a dióxido de carbono.

Este tipo de láser tiende a generar rayos con un 10,6 micrómetros longitud de onda pero puede operar entre 9 y 11 micrómetros. También tienden a tener una mayor eficiencia de conversión de energía en comparación con otros láseres de gas y pueden ser más eficientes que los láseres de estado sólido bombeados por lámpara.

Sin embargo, son menos eficientes que los láseres bombeados por diodos.

12. Primer láser de electrones libres en la Universidad de Stanford

La importancia de la innovación o el hito láser: El láser de electrones libres utiliza electrones de muy alta velocidad que se mueven a través de una estructura magnética como medio láser. Este tipo de láser se puede sintonizar y tiene la frecuencia más amplia de todas las tecnologías láser.

Año de descubrimiento / desarrollo:1977

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: John Madley / Universidad de Stanford

Descripción de Milestone:Los láseres de electrones libres son capaces de generar longitudes de onda que van desde microondas hasta rayos X. John Madley desarrolló por primera vez este tipo de láser en 1971 en la Universidad de Stanford basándose en el trabajo de Hans Motz et al, quienes desarrollaron un ondulador en Stanford en 1953.

Estos tipos de láseres tienen muchos tipos de aplicaciones, desde cristalografía y biología celular hasta cirugía, eliminación de grasa y, más recientemente, se han utilizado para desarrollar armas de energía dirigida antimisiles.

13. El futuro de la tecnología láser: armas láser de capacidad térmica de estado sólido (SSHCL)

La importancia de la innovación o el hito láser: Los láseres de capacidad térmica de estado sólido (SSHCL) se encuentran actualmente en desarrollo en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. El plan es mejorar esta tecnología para producir salidas de potencia promedio de 100 kilovatios o más.

Este tipo de láser es una configuración de estado sólido bombeada por diodos diseñada para potencial armamento militar.

"Las aplicaciones militares potenciales de un sistema de este tipo incluyen la selección y destrucción de cohetes de corto alcance, misiles guiados, fuego de artillería y mortero, vehículos aéreos no tripulados y dispositivos explosivos improvisados ​​o IED". - Laboratorio Nacional Lawrence Livermore.

Año de descubrimiento / desarrollo: 2001 en adelante

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore / EE. UU. Ejército

Descripción de Milestone:En 2006, el laboratorio fue capaz de lograr 67 kilovatios de potencia marcando un 50% de aumento el nivel de potencia récord mundial alcanzado el año anterior. Esto se logró utilizando cinco placas de medio de ganancia de láser de granate de itrio aluminio dopado con neodimio cerámico.

La visión definitiva es un láser de estado sólido alimentado eléctricamente que se puede implementar en un vehículo eléctrico híbrido.

14. El futuro de la tecnología láser: aplicaciones de computación cuántica

La importancia de la innovación o el hito láser:Los láseres podrían ser la respuesta para hacer que las computadoras sean un millón de veces más rápidas que en la actualidad al ayudar en la computación cuántica.

Al usar pulsos de luz láser, un poco podría cambiar entre encendido y apagado 1 cuatrillón de veces por segundo.

Año de descubrimiento / desarrollo: 2017

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Universidad de Ratisbona, Alemania

Descripción de Milestone:Experimentos recientes han demostrado que el uso de pulsos de láser infrarrojo disparados en una red en forma de panal de tungsteno y selenio puede producir una velocidad de cálculo asombrosa.

"A largo plazo, vemos una posibilidad realista de introducir dispositivos de información cuántica que realicen operaciones más rápido que una sola oscilación de una onda de luz", dijo en un comunicado el autor principal del estudio, Rupert Huber (profesor de física en la Universidad de Regensburg).

15. El futuro de la tecnología láser: fusión por confinamiento inercial

La importancia de la innovación o el hito láser:El uso de láseres de alta potencia podría hacer posible la fusión por confinamiento inercial (ICF) en el futuro.

Año de descubrimiento / desarrollo: 1962 en adelante

Ingeniero o científicos detrás del proyecto: Instalación Nacional de Ignición / Laboratorio Nacional Lawrence Livermore

Descripción de Milestone:ICF es un tipo de investigación de fusión nuclear que intenta iniciar una reacción de fusión calentando y comprimiendo la fuente de combustible. Suele ser una pastilla de deuterio y tritio.

La idea es comprimir y calentar el gránulo dirigiendo la energía a la capa exterior del objetivo. La mayoría de las investigaciones sobre esto, hasta la fecha, han involucrado el uso de láseres de alta potencia.

La capa exterior calentada luego explota hacia afuera produciendo una fuerza de reacción contra el resto del objetivo, acelerándolo hacia adentro, comprimiendo el objetivo. Este proceso genera ondas de choque que viajan hacia adentro a través del perdigón objetivo.

Si estas ondas pueden hacerse lo suficientemente potentes, comprimirán y calentarán aún más el combustible en el centro hasta tal punto que la fusión nuclear debería ser posible.


Ver el vídeo: LA HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA (Septiembre 2021).