El Laser

Somos Santiago De Los Santos y Carmen Mogliazza del Grupo FM2, elegimos este tema porque nos pareció interesante desde muchos puntos de vista, por ejemplo el rayo laser y otras aplicaciones; tambien al buscar informacion nos gusto la idea de hacer un laser que queme. También creemos que es un tema importante en la actualidad y de mucha reelevancia.
Esperamos que a los demas también les interese la informacion como a nosotros.
Historia del Laser
Chelster Carlson, el inventor (1906-1968)
Físico e inventor estadounidense, nació en Seattle (Washington) estudió en el Instituto de Tecnología de California (CIT) y en la Escuela de Derecho de Nueva York. Tras graduarse en el CIT en 1930 y un breve trabajo en la Compañía de Teléfonos Bell, fue contratado por la P. R. Mallory Company, una empresa de electrónica de Nueva York, donde trabajó en el departamento de patentes. Al encontrar dificultades para obtener copias de dibujos de las patentes, en 1934, Carlson comenzó a experimentar con la electrostática para hacer copias de material impreso. Como resultado de estos experimentos, el 22 de octubre de 1938 produjo en su laboratorio la primera copia por xerografía. Registró su primera patente en 1940 (y fue admitido en el Colegio de Abogados de Nueva York el mismo año), pero durante los cuatro años siguientes, intentó vender sin éxito su proceso a más de veinte compañías antes de que una organización sin ánimo de lucro, el Instituto Batelle Memorial, aceptara adoptarlo. Los primeros derechos comerciales los adquirió la compañía Haloid, una pequeña firma de Rochester, Nueva York (estado). Más tarde denominada Xerox Corporation, la compañía organizó una revolución en el mundo de las fotocopias con la introducción en 1958 de la primera fotocopiadora de oficina.
El experimento
Chelster Carlson comenzó sus experimentos domésticos en 1938, ya que lo obsesionaba diseñar "algo que permitiera obtener copias de un documento en forma rápida y fácil, algo con lo que debía contar cualquier oficina..." Con sus propios recursos instaló un laboratorio, cerca de Astoria, Estados Unidos. Allí se realizó, por primera vez en la historia, la copia de un documento con un proceso totalmente seco.En aquella oportunidad, Carlson explicó la prueba: "Preparamos un plato con sulfuro y zinc. Utilizamos un vidrio de microscopio donde escribimos 10.-22.-38 ASTORIA. Preparamos la habitación para lograr la mayor oscuridad posible. Al frotar la superficie del plato para provocar una carga electrostática, expusimos nuestro primer documento ASTORIA a la luz de una potente lámpara incandescente por unos segundos. Al retirar el documento ASTORIA del plato y quitando el resto de sulfuro observamos que, con nitidez casi perfecta, quedaba una imagen duplicada de nuestra anotación en el cristal"
La xerografía
La xerografía se basa en el principio de fotoconductividad, es decir, en la capacidad de algunos cuerpos de hacerse conductores bajo la influencia de la luz. El silicio, el germanio y el selenio son malos conductores de la electricidad hasta que algunos de sus electrones absorben energía de la luz y al pasar de un átomo a otro, permiten que la electricidad fluya por ellos cuando se les aplica un voltaje. Cuando la luz se retira, pasan de nuevo a ser malos conductores eléctricos. La xerografía utiliza una capa aislante fotoconductora de selenio o de aluminio u otro soporte metálico conductor.
La capa se carga electrostáticamente con iones positivos o negativos, según la polaridad de la carga del tipo de capa aislante fotoconductora seleccionada. Cuando se expone la placa en una cámara o máquina fotográfica, aquellas áreas de la capa que reciben luz pierden parte de su carga en función de la intensidad que reciben. De esta forma, la cantidad de carga retenida en la capa de la plancha forma un dibujo eléctrico o electrostático de la imagen.(imagen latente)
La imagen se hace visible cuando se espolvorea sobre la placa expuesta un polvo especialmente cargado (toner), que contiene una carga opuesta a la inicial aplicada en la plancha y en la capa aislante. El polvo se adhiere a aquellas áreas que han mantenido su carga y la impresión se obtiene al cubrir la plancha con un papel y después aplicar sobre el reverso del papel una carga de la misma polaridad que la carga inicial aplicada sobre la capa aislante fotoconductora. Así, el polvo cargado de forma opuesta pasa a la superficie del papel. La imagen de polvo se funde en el papel cuando se expone al calor, fijando así la imagen.
Todo el proceso xerográfico se puede llevar a cabo en menos de un segundo si se utiliza un equipo mecanizado de alta velocidad. Además, el proceso resulta bastante económico, puesto que la capa aislante fotoconductora puede ser reutilizada miles de veces. Una de las aplicaciones basadas íntegramente en este proceso es la copia de documentos de oficina y la copia de pequeños volúmenes de datos. Esta técnica ha sustituido al uso de papel de carbón.(papel térmico)
El método de xerografía también permite la realización económica y rápida de los clichés offset de papel para tiradas de pequeño o medio volumen en prensas offset para oficinas. Esta técnica de impresión también se aplica en la producción de imágenes de rayos X en una técnica llamada xerorradiografía así como en las mamografías para la detección precoz del cáncer de mama. La xerografía también se utiliza en pruebas industriales no destructivas.
En 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y de sus predecesores, los máseres (que emiten microondas), utilizando la ley de radiación de Max Planck basada en los conceptos de emisión espontánea e inducida de radiación.
En 1928 Rudolf Landenburg informó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford.
En 1953, Charles H. Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov de la Unión Soviética trabajaron independientemente en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el Premio Nobel de Física en 1964 por "los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica", los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en los principios de los máser-láser.
El primer láser es uno de rubí y funcionó por primera vez el 16 de mayo de 1960. Fue construido por Theodore Maiman. El hecho de que sus resultados se publicaran con algún retraso en Nature, dio tiempo a la puesta en marcha de otros desarrollos paralelos.Por este motivo, Townes y Arthur Leonard Schawlow también son considerados inventores del láser, el cual patentaron en 1960. Dos años después, Robert Hall inventa el láser semiconductor. En 1969 se encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos y, al año siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas para el láser.
El 16 de mayo de 1980, un grupo de físicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pret registran la primera emisión láser en el rango de los rayos X. Pocos meses después se comienza a comercializar el disco compacto, donde un haz láser de baja potencia "lee" los datos codificados en forma de pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un disco óptico con una cara reflectante. Posteriormente esa secuencia de datos digital se transforma en una señal analógica permitiendo la escucha de los archivos musicales. En 1984, la tecnología desarrollada comienza a usarse en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994 en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnología láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.
Ya en el siglo XXI, científicos de la Universidad de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002, científicos australianos "teletransportan" con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales.En 2006, científicos de la compañía Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicaciones mucho más rápidas y eficientes

Funcionamiento del laser
El láser es un dispositivo electrónico que amplifica un haz de luz de extraordinaria intensidad. Se basa en la excitación de una onda estacionaria entre dos espejos, uno opaco y otro traslúcido, en un medio homogéneo. Como resultado de este proceso se origina una onda luminosa de múltiples idas y venidas entre los espejos, que sale por el traslúcido
El fenómeno de emisión estimulada de radiación, enunciado por Einstein en 1916, constituye la base de la tecnología empleada en la fabricación de dispositivos láser. Los primeros experimentos que aprovecharon dicho fenómeno culminaron en el hallazgo, en 1953, del denominado máser, un sistema que empleaba un haz de moléculas separadas en dos grupos —excitadas y no excitadas—, utilizado para la emisión de microondas en una cámara de resonancia.
En una fase posterior, la investigación se encaminó al estudio de un método para producir este tipo de radiación estimulada en el caso de la luz visible. Surgió, así, en los años sesenta, el denominado máser óptico, el láser, término que deriva de las iniciales de Light amplification by the stimulated emission of radiation (amplificación de la luz por la emisión estimulada de radiación). En los comienzos, se consideró que el material básico para la emisión estimulada de luz debía ser un gas; posteriormente comenzó a experimentarse con cristales sintéticos de rubí. En la actualidad, las investigaciones se dirigen hacia el desarrollo del láser de rayos X; en este caso, la fuente de excitación no es la luz de un flash ni una descarga eléctrica, como en los modelos anteriores, sino una explosión nuclear.

La luz normal y el rayo láser
Las tres características que diferencian el rayo láser de la luz del Sol o de la generada por una bombilla, es que aquél es un haz de luz monodireccional, monocromático y coherente.
Los emisores de luz despiden millones de ondas, que pueden tener idéntica dirección o poseer direcciones distintas. La bombilla es un emisor de luz omnidireccional, frente al láser, que es monodireccional. En cuanto a la característica del monocromatísmo, el color de una luz está en función de su frecuencia; si todas las ondas posee la misma frecuencia, poseen también el mismo color. Los filamentos de las bombillas están formados por átomos y moléculas diferentes y, por tanto, la energía absorbida y desprendida en forma de fotones adopta valores diversos. Puesto que la frecuencia del fotón está en relación con su energía, al variar ¡a energía varía la frecuencia emitida. La luz de una bombilla tiene múltiples frecuencias, dependiendo del filamento que se haya empleado en su construcción. Por el contrario, en un láser, la fuente de luz proviene de un gas o de un sólido muy purificado. En ambos casos, los átomos tienen idénticos niveles energéticos. Como resultado, los fotones generados poseen idéntica energía y frecuencia.
Las ondas electromagnéticas son señales alternas, es decir, cambian constante-mente de valor. Esta variación tiene forma de curva. La parte de la curva en que se encuentra la onda en un momento concreto y en una posición dada se llama fase. Dos ondas de idéntica dirección y frecuencia se encuentran cada una, normalmente, en una fase distinta. En el caso de que una de ellas se situara en un máximo y otra en un mínimo, se anularían. Sin embargo, puede suceder que ambas señales posean la misma fase y, consecuentemente, los mismos valores, lo que tendría como resultado una onda de doble de tamaño. Dado que en la luz normal las ondas no están en fase, una proporción elevada de su energía se pierde, puesto que unas señales se anulan con otras. Por el contrario, en el láser, todas las ondas poseen la misma fase y la energía resultante es la máxima posible, puesto que no se anula ninguna onda. Éste es el sentido del término coherente.

Componentes del láser
El láser está formado por un núcleo, que suele tener forma alargada, donde se generan los fotones. El núcleo puede ser una estructura cristalina, por ejemplo rubí, o un tubo de vidrio que contiene gases, por lo general dióxido de carbono o la mezcla helio-neón. En cualquier caso, son materiales que poseen electrones fácilmente excitables y que no emiten inmediatamente de forma espontánea, sino que pueden quedar excitados durante un tiempo mínimo. Es precisamente este pequeño intervalo de tiempo el que se necesita para que los electrones produzcan emisión estimulada, no espontánea.
Junto al núcleo se halla el excitador, un elemento capaz de provocar la excitación de electrones del material que se halla en el núcleo, a partir de una lámpara de destellos —que provoca un flash semejante al de una cámara fotográfica— o de dos electrodos que producen una des-carga eléctrica de alta tensión.
El tercer componente del láser son dos espejos paralelos emplazados en los extremos del núcleo. Uno de ellos es reflectante, mientras el segundo es semirreflectante, es decir, permite el paso de una parte de la luz que le llega.
Cuando se verifica la excitación, gran cantidad de electrones pasan al estado excitado y, una gran mayoría, permanece en dicha situación durante un determinado intervalo de tiempo. No obstante, algunos realizan una emisión espontánea, 1 generando fotones que se desplazan en todas direcciones. Aunque en su mayoría se pierden por los laterales donde no hay espejos, un pequeño número rebota entre ellos y pasa por el interior del núcleo, que es transparente. Al pasar por el núcleo, provocan la emisión estimulada de nuevos fotones en la misma dirección. Estos nuevos fotones rebotan también en los espejos, originando, a su vez, la emisión de más fotones, y así sucesivamente. Puesto que uno de los espejos es semirreflectante, una parte de los fotones, en lugar de rebotar, escapa, formando una especie de chorro muy fino: es el rayo láser visible.