Láser pulsado

El funcionamiento pulsado de los láseres se refiere a cualquier láser que no se clasifique como de onda continua , de modo que la potencia óptica aparece en pulsos de cierta duración a cierta frecuencia de repetición . ^{[ 1 ]} Esto abarca una amplia gama de tecnologías que responden a diversas motivaciones. Algunos láseres son pulsados ​​simplemente porque no pueden funcionar en modo continuo.

En otros casos, la aplicación requiere la producción de pulsos con la mayor energía posible. Dado que la energía del pulso es igual a la potencia promedio dividida por la frecuencia de repetición, este objetivo a veces se puede lograr disminuyendo la frecuencia de los pulsos para que se acumule más energía entre ellos. En la ablación láser , por ejemplo, un pequeño volumen de material en la superficie de una pieza se puede evaporar si se calienta en un tiempo muy corto, mientras que suministrar la energía gradualmente permitiría que el calor se absorbiera en el interior de la pieza, sin alcanzar nunca una temperatura suficientemente alta en un punto determinado.

Otras aplicaciones se basan en la potencia máxima del pulso (en lugar de la energía del pulso), especialmente para obtener efectos ópticos no lineales . Para una energía de pulso dada, esto requiere crear pulsos de la menor duración posible utilizando técnicas como la conmutación Q.

El ancho de banda óptico de un pulso no puede ser menor que el recíproco de su duración. En el caso de pulsos extremadamente cortos, esto implica la emisión láser en un ancho de banda considerable, lo cual es totalmente contrario a los anchos de banda muy estrechos típicos de los láseres de onda continua (CW). El medio láser en algunos láseres de colorante y láseres de estado sólido vibrónicos produce ganancia óptica en un ancho de banda amplio, lo que permite la generación de pulsos de luz de tan solo unos pocos femtosegundos .

En un láser con conmutación Q, la inversión de población se produce al introducir pérdidas dentro del resonador que superan la ganancia del medio; esto también puede describirse como una reducción del factor de calidad o Q de la cavidad. Posteriormente, una vez que la energía de bombeo almacenada en el medio láser alcanza su nivel máximo, el mecanismo de pérdida introducido (a menudo un elemento electroóptico o acustoóptico) se elimina rápidamente (o se produce de forma natural en un dispositivo pasivo), lo que permite que comience la emisión láser y que se obtenga rápidamente la energía almacenada en el medio de ganancia. Esto da como resultado un pulso corto que incorpora dicha energía y, por lo tanto, una alta potencia de pico.

Un láser de bloqueo de modos es capaz de emitir pulsos extremadamente cortos del orden de decenas de picosegundos , incluso inferiores a 10 femtosegundos . Estos pulsos se repiten en el tiempo de ida y vuelta, es decir, el tiempo que tarda la luz en completar un recorrido entre los espejos que componen el resonador. Debido al límite de Fourier (también conocido como incertidumbre energía-tiempo ), un pulso de tan corta duración temporal tiene un espectro que abarca un ancho de banda considerable. Por lo tanto, dicho medio de ganancia debe tener un ancho de banda de ganancia suficientemente amplio para amplificar esas frecuencias. Un ejemplo de material adecuado es el zafiro artificial dopado con titanio ( Ti:zafiro ), que posee un ancho de banda de ganancia muy amplio y, por consiguiente, puede producir pulsos de tan solo unos pocos femtosegundos de duración.

Estos láseres de bloqueo de modos son una herramienta muy versátil para investigar procesos que ocurren en escalas de tiempo extremadamente cortas (conocidos como física de femtosegundos, química de femtosegundos y ciencia ultrarrápida ), para maximizar el efecto de la no linealidad en materiales ópticos (por ejemplo, en generación de segundo armónico , conversión descendente paramétrica , osciladores paramétricos ópticos y similares) debido a la gran potencia pico, y en aplicaciones de ablación. ^{[ 2 ]} Nuevamente, debido a la duración de pulso extremadamente corta, dicho láser producirá pulsos que alcanzan una potencia pico extremadamente alta.

Otro método para lograr el funcionamiento de un láser pulsado consiste en bombear el material láser con una fuente pulsada, ya sea mediante carga electrónica en el caso de lámparas de destello o con otro láser ya pulsado. El bombeo pulsado se utilizaba tradicionalmente con láseres de colorante, donde la vida media de población invertida de una molécula de colorante era tan corta que se requería un bombeo rápido y de alta energía. Para superar este problema, se cargaban grandes condensadores que luego se activaban para descargarse mediante lámparas de destello , produciendo un destello intenso. El bombeo pulsado también es necesario para los láseres de tres niveles, en los que el nivel de energía inferior se satura rápidamente, impidiendo la emisión láser hasta que esos átomos vuelven al estado fundamental. Estos láseres, como el láser de excímeros y el láser de vapor de cobre, nunca pueden funcionar en modo continuo (CW).

Los láseres pulsados ​​de Nd:YAG y Er:YAG se utilizan, entre otras aplicaciones, en la eliminación de tatuajes con láser y en telémetros láser .

Los láseres pulsados ​​también se utilizan en cirugía de tejidos blandos . Cuando un haz láser entra en contacto con un tejido blando, un factor importante es evitar el sobrecalentamiento del tejido circundante para prevenir la necrosis . ^{[ 3 ]} Los pulsos láser deben espaciarse para permitir un enfriamiento tisular eficiente (tiempo de relajación térmica) entre pulsos. ^{[ 3 ]}

• láser de pulsos ultracortos
• Deposición por láser pulsado
• ablación láser
• bisturí láser
• Cirugía láser de tejidos blandos

• Siegman, Anthony E. (1986). Láseres , Libros de ciencias universitarias. ISBN 0-935702-11-3
• Svelto, Orazio (1998). Principios de los láseres , 4ª ed. (trad. David Hanna), Springer. ISBN 0-306-45748-2