“50 Años del Láser” Un invento que ha cambiado nuestras vidas Semana de la Ciencia y la Tecnología 2010 “50 Años del Láser” Un invento que ha cambiado nuestras vidas Claudio R. Mirasso Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos Universitat de les Illes Balears http://ifisc.uib-csic.es - Palma de Mallorca - Spain 23/11/2017 0:28:18

Connecting Science, Understanding Complexity . IFISC, con sede en el campus de la UIB, es un centro mixto entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad de las Islas Baleares (UIB) Investigación Interdisciplinar desde de la perspectiva de los físicos Interdisciplinar: hacer investigación en las fronteras con disciplinas bien establecidas: biología, ecología, ciencias del mar o las ciencias sociales. 38 científicos no españoles (15 paises) 4 Científicos visitantes larga duración 57 científicos a dedicación completa, 35 doctores 16 Permanentes: 9 UIB, 7 CSIC 15 Contractados postdoctorales 22 Becarios y contratados predoctorales La realidad del IFISC hoy incluye a 53 cientificos a dedicación completa, 32 de ellos doctores. Entre estos hay 15 científicos permanentes con un reparto equilibrado entre CSIC y UIB. El IFISC pretende ser y es un centro internacional de investigación, siendo 30 de sus 53 científicos no españoles provinientes de 15 países distintos. El IFISC es competitivo en captación de recursos externos. Para un trabajo hasta la fecha esencialmente teórico el presupuesto total de los proyectos vigentes en 2008 fue de 3.300.00 euros, siendo el 40% de esta financiación proviniente de la Comisión Europea. Como valoración del IFISC me refiero a la hecha por el panel internacional de científicos independientes que nos ha evaluado para el Plan de Actuacion CSIC 2010-13: Nos ha concedido la máxima calificación entre los centros del CSIC. Además ha indicado que el IFISC es un centro único en el contexto español y tambien tiene una fuerte presencia en el contexto internacional. Desafía a los mejores centros del mundo y es un actor principal en la emergencia de la ciencia de la complejidad. 2/31 2

Todos nos pondríamos de acuerdo con las definiciones! 50 Años del Láser Si os pido que defináis: Teléfono Reproductor de DVD Ordenador Todos nos pondríamos de acuerdo con las definiciones! http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

“El láser es una solución en busca de problemas” 50 Años del Láser ¿Qué es el láser? Theodore Maiman (1960) Más que decirnos algo sobre el láser, la frase de Maiman resalta su preocupación. Para mi la frase significa: Y ahora que?? Que hacemos con esto?? Desde el punto de vista científico el láser llego de la fuerte competencia entre grupos de distintos paises que buscaban plasmar en el lab las ideas predichas por Einsten 43 años antes. Una vez alcanzado el objetivo, la sensación general era que se tenía un “bonito invento sin una clara aplicación”. ¿Para qué serviría un rayo de luz? Se preguntaban. Necesitaban un enlace con los tecnólogos para buscar aplicaciones al láser. La ausencia de una aplicación concreta y la falta de comunicación mayoritariamente desde los científicos hacia la sociedad hizo que se generara una imagen distorcionada del láser y sobre todo de sus posibles aplicaciones. “El láser es una solución en busca de problemas” http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

En la actualidad su definición nos resulta más evidente 50 Años del Láser ¿Qué es un láser? En la actualidad su definición nos resulta más evidente Un láser es una fuente de luz ¿Qué hace al láser diferente de otras fuentes de luz como bombillas, linternas o tubos fluoresentes? http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

Monocromaticidad: el haz del láser es de un color puro 50 Años del Láser Los láseres tienen tres propiedades que los distinguen de la luz corriente Potencia: puede emitir potencias altas focalizadas sobres áreas muy pequeñas Monocromaticidad: el haz del láser es de un color puro Direccionlidad: El haz de luz es una línea recta http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

Los láseres son de diferentes tamaños 50 Años del Láser Los láseres son de diferentes tamaños http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

Un tubo de plástico con un líquido llamado colorante y dos espejos 50 Años del Láser Muchos de ellos son como cajas rectangulares o cilíndricas con cables y un agujero, en uno de los extremos, por donde sale la luz Pero si abrimos las cajas podemos encontrar que son muy diferentes en el interior Un tubo de plástico con un líquido llamado colorante y dos espejos Una barra de cristal con un tubo de vidrio alrededor y dos espejos Un tubo de cristal con gas en el interior, dos contactos eléctricos y dos espejos Algo tan pequeño como un grano de arena con un cable soldado http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

Componentes básicos de láser 50 Años del Láser Componentes básicos de láser Espejos Material Activo Bombeo http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

A los láseres los podemos clasificar de acuerdo a: 50 Años del Láser A los láseres los podemos clasificar de acuerdo a: Potencia Baja Medio Alta W kW/ MW mW Bombeo Eléctrico Óptico Material Gas Líquido Sólido HeNe, CO2, Argón Rubí, Semiconductor Colorante http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

Azul, Verde, Rojo, Infrarrojo 50 Años del Láser Láseres y sus caracterísitcas Tipo de Láser Material Activo Bombeo Régimen de Operación Potencia Longitud de onda (nm) Color Neodimio Yag Gas Eléctrica Pulsada Media/ Alta 266, 355, 532, 1064, 1320 Ultravioleta, Verde, Rojo Nitrogeno 337 Ultravioleta Rubi Solido Óptica 347, 694 Ultravioleta, Rojo Gases Raros (Ar, Kr, Xe) Pulsada/ Continua Media/ Baja 350, 457, 488, 514, 550, 647 Azul, Verde, Rojo Heliuo-Neón Baja 534, 594, 611, 632, 1152, 1524 Verde, Rojo, Infrarrojo Semiconductor Eléctrica/ Óptica 488, 635, 980, 1300, 1555 Azul, Verde, Rojo, Infrarrojo Titanio Safiro 670, 1100 Rojo, Infrarrojo CO2 Alta 9000, 11000 Infrarrojo Lejano A punto de llegar al umbral de ignición: 100 millones de ºC y 100 Billones de atmosferas. En spetiembre de 2009 07 MJ y ahora 1 MJ. El umbral está en 1.4-1.5 MJ. 23/11/2017 0:28:18 http://ifisc.uib-csic.es

Breve historia sobre el Láser 50 Años del Láser Breve historia sobre el Láser 1917 Albert Einstein propuso el mecanismo por el cual el láser existe: la emisión estimulada. Schawllow y Towns publican el primer artículo sobre el láser en 1958, simultáneamente con investigadores del Instituto Lebedev de Moscú. El primer láser se puso en funcionamiento en 1960. Era una láser pulsante de cristal de rubí que emitía luz roja. El láser y los premios Nobel. En los últimos 50 años se han otorgado 14 premios Nobel de Física, relacionados directa o indirectamente con el láser. http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:18

APLICACIONES 50 Años del Láser http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Ha de usarse siempre con precaución 50 Años del Láser Ha de usarse siempre con precaución http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

¿Cuál es el futuro del láser? 50 Años del Láser ¿Cuál es el futuro del láser? Generación de Energía: El LLNL espera alcanzar en el 2012 energía suficiente para iniciar y mantener la fusión nuclear. 192 haces láser sobre una esfera de H de 4,5 mm pondrán a los átomos a T~106 ºC y P~109 at. Se tendría una fuente inagotable, limpia y eficiente de energia. Almacenamiento de Información: La posibilidad de focalizar más y mejor el láser aumentará la capacidad de almacenar información. En un disco de ordenador podríamos almacenar todas las películas que se han hecho en la historia del cine en HD. Imágenes Moleculares: Las imágenes de tumores actuales son estructurales. Gracias al láser se podrán obtener imágenes dinámicas de complejos procesos moleculares lo que nos permitirá ver como las células se comunican entre si. http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

50 Años del Láser Terapia foto-dinámica: Es una forma de quimio-terapia donde la droga se activa por luz. Una vez localizada la droga sobre el tejido cancerígeno, su actividad es iniciada interna o externamente con luz láser. Láseres de pulsos ultracortos: Los nuevos láseres serán capaces de generar pulsos 1000 veces más estrechos que los actuales (10-18 s; 1 trillonésima de segundo). Esto permitirá, por ejemplo, ver como se mueven los electrones en los transistores, posibilitando un mejor y más eficiente diseño. Investigación el el IFISC: En el IFISC utilizamos redes de diodos láser para procesar información imitando a nuestro cerebro. El cerebro es extremadamente eficiente en tareas como reconocimiento de caras o voces. Esperamos que las redes de láseres puedan hacerlo tan bien o incluso mejor. http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

¡¡Pero aún no sabemos como funciona realmente el láser!! 50 Años del Láser Resumen Necesitamos tres ingredientes principales: material activo, bombeo y espejos ¡¡Pero aún no sabemos como funciona realmente el láser!! El láser produce un haz de luz recto y de un color puro (a veces invisible) El láser puede generar luz de potencia baja (mW), media (W) o alta (MW) El láser se utiliza en muchas aplicaciones 23/11/2017 0:28:19 http://ifisc.uib-csic.es

Un viaje al corazón del láser 50 Años del Láser Un viaje al corazón del láser Hasta ahora hemos hablado acerca de las propiedades del láser, sus componentes, tipos de láseres, aplicaciones, pero no hemos dicho nada de como se genera la luz Os intentaré dar una idea sencilla de como el láser genera esa luz tan especial Para explicar que pasa dentro del láser debemos tener ciertos conocimientos sobre como interactúan la luz y los materiales http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

I G H T M P L I F I C A T I O N L A S E R T I M U L A T E D 50 Años del Láser L A S E R I G H T M P L I F I C A T I O N T I M U L A T E D M I S S I O N A D I A T I O N “Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación” 23/11/2017 0:28:19 http://ifisc.uib-csic.es

La luz tiene un doble comportamiento: como onda y como partícula 50 Años del Láser Propiedades de la luz La luz tiene un doble comportamiento: como onda y como partícula Longitud de onda 400 1,000,000,000 m = 0,004 mm 700 m = 0,007 mm http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Propiedades de los átomos 50 Años del Láser Propiedades de los átomos http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Propiedades de los átomos 50 Años del Láser Propiedades de los átomos Emisión Espontánea http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Emisión Estimulada 50 Años del Láser http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Absorción y Emisión Espontánea 50 Años del Láser Absorción y Emisión Espontánea Perturbation Absorption Emission En En En E3 E3 E3 E2 E2 E2 h n h n E1 E1 E1 http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Absorción y Emisión Estimulada 50 Años del Láser Absorción y Emisión Estimulada Perturbation Emission Absorption En En En E3 E3 E3 E2 E2 E2 hn hn hn E1 E1 E1 http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Absorción Estimulada y Emisión Espontánea en una Colección de Átomos 50 Años del Láser Absorción Estimulada y Emisión Espontánea en una Colección de Átomos Material Activo http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Emisión Estimulada en una Colección de Átomos: Inversión de Población 50 Años del Láser Emisión Estimulada en una Colección de Átomos: Inversión de Población Material Activo Bombeo http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

Material Activo Bombeo 50 Años del Láser Emisión Estimulada en una Colección de Átomos en Presencia de Realimentación Óptica Material Activo Bombeo http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19

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¿Cómo sería nuestra vida sin el láser? 50 Años del Láser Reflexión final: ¿Cómo sería nuestra vida sin el láser? http://ifisc.uib-csic.es 23/11/2017 0:28:19