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EVOLUCIÓN DEL LÁSER
Santiago Aguilera [email protected]
Departamento de Tecnología Fotónica
E.T.S.I.Telecomunicación-UPM
Max Planck (1858-1947) en 1900 introduceel concepto de “cuanto” de energía.1918 Premio Nobel de Física.
Albert Einstein (1879-1955), introduce elconcepto de emisión estimulada.1921 Premio Nobel de Física.
Situación inicial Situación finalProceso
Absorción
Emisiónespontánea
Emisiónestimulada
Planck y Einsteinen 1929
MASER: Microwave Amplification byStimulated Emission of Radiation
Trabajó en los Bell Lab duranteLa Segunda Guerra Mundial:
Sistemas de microondas a más frecuencia paramejorar el guiado de misiles, precisión radar… y disminuir tamaño de antenas.
A frecuencias tan elevadas, imposible hacer osciladorescon tubos de vacío.
En 1947 pasa a la Columbia UniversityEn 1953 presenta el MASERPropone ampliar el rango de frecuencias al visible.En 1964 recibe el Premio Nobel de Física.
Charles H. Townes1915 South Carolina
MASER: Basado en emisión estimulada. Átomos de amoniaco:Energía GAP: 10-4 eV frec. : 24GHz. λ: 1.2 cm.
EL PRIMER LÁSER (DE RUBÍ): MAIMAN
Theodore H. Maiman (1927- ) desarrollo el primer láser en 1960, en losLaboratorio Hughes Research.
Material activo Rubí: óxido de Aluminio, con pequeñas partes de oxido decromo.
Absorbe luz verde y violeta E3 y E4
Emite rojo λ=694.3 y 692.7 nm (E2)
Tiempos de excitación E3 y E4pequeños 10-8 seg.
Tiempo de excitación E2grande 10-3 seg.
Bombeo E1 a E3 y E 4
De E3 y E4 a E2 emisión no radiativa
De E2 a E1 emisión estimulada.
EL LÁSER DE He-Ne (JAVAN)
Ali Javan, el 14 de Diciembre de 1960, obtuvo la primera radiación lásercontinua con un Láser de He-Ne. En los Bell Labs.
Ne: medio activo.
Es mas eficiente transmitirla energía al He.
Los electrones aceleradosentre ánodo y cátodochocan con el He y hace saltarsus electrones a nivelessuperiores de energía.
Luego estos huecos sonrellenados por electrónesde los átomos de Ne.
Poniendo recubrimientos reflectantes selectivos en la cavidad resonante,puedo amplificar unas u otras λ’s.
A finales de 1964 los láseres de semiconductores tenían muchos problemas:
A temperatura ambiente, solo podían dar un pulso, necesitaban corrientesde 25A. se degradaban con el tiempo, se quemaban sin saber la razón.
Problema: poca eficiencia porque no se confinan los fotones en el resonador.
Solución láser de heterounión: se sustituyen átomos de Ga por Al.
Ga1-x Alx As
El primero en desarrollar esta tecnología Alferov (Ruso), problemas dedifusión de resultados, etc..
Los primeros en hacerlo en la orbita del “libre mercado” Panish y Hayashi deBell Labs. En 1970 tenían un láser funcionando a temperatura ambientede forma continua.
LÁSER DE HETEROUNIÓN (I)
LÁSER DE HETEROUNIÓN (II)
Hayashi y Panish en los laboratoriosBell en 1970
Zhores Alferov,Premio Nobel de Física, 2000
Estos láseres funcionan de forma continua durante segundos,minutos, horas....
Las compañías quieren productos que se garantice el funcionamiento porUn millón de horas (100años), se consigue modificando condiciones.
En 1973 Bell podía garantizar 42 días de funcionamiento.
En 1975 una pequeña compañía derivada de RCA comenzó a vender láseres,sin garantizar tiempo de vida.
En 1976 Bell comenzó a vender garantizando entre 5 y 10 años.
En 1975, cuando aparecen fibras en segunda ventana, nohay láseres a esa longitud de onda.
J.Jim Hsieh trabaja en los MIT Lincoln Laboratory, ypropone la mezcla de cuanto componentes: In, Ga, As y P.
Parecía una locura, si con dos hubo tantos problemas.
Su planteamiento: Hay que ajustar la estructura de la red, yel GAP. Con dos componentes Ga, As, tenemos fijosambos.
Con tres componentes: un grado de libertad, muy difícilfijar dos parámetros: Red y GAP, en cambio con 4componentes tengo 2 grados de libertad, y puedo hacerlo.
En 1976 tenía funcionando láseres en la segunda ventana.
Tecnología similar para 1500 nm.
LÁSERES A 1300 nm