LASERES DE RAYOS - X FISICA DE LASERES L A S E R E S D E R A Y O S – X PROF. DR. CARLOS G. TREVIÑO PALACIOS ROBERTO TÉLLEZ GARCÍA ABRIL DEL 2002

LASERES DE RAYOS - X CONTENIDO INTRODUCCION DESCRIPCION GENERAL MECANISMOS DE EXCITACIÓN ESTRUCTURA DEL LASER DE RAYOS-X PARAMETROS TIPICOS APLICACIONES CONCLUSIONES LASERES DE RAYOS - X

INTRODUCCION LASERES DE RAYOS - X Rayos – X :10nm   0.01nm (0.1 A) Espectro electromagnético

LASERES DE RAYOS - X INTRODUCCION (cont.) Rayos – X “suaves” :30nm   10 nm Regiones ópticas del espectro electromagnético, con tipos de láseres localizados aproximadamente en sus longitudes de onda de operación. LASERES DE RAYOS - X

INTRODUCCION (cont.) LASERES DE RAYOS - X Rangos de longitudes de onda y energía del fotón establecidos para láseres de rayos-x.

LASERES DE RAYOS - X DESCRIPCION GENERAL En general, los láseres funcionan basados en transiciones electrónicas LASERES DE RAYOS - X Un electrón cayendo dentro de una órbita interna (más cerca del núcleo) de Selenio emite un fotón de rayos-x La radiación electromagnética emitida y absorbida por estas transiciones se han denominado Rayos - X

LASERES DE RAYOS - X DESCRIPCION GENERAL (cont.) 30nm   0.01nm R-X Muchos materiales tienen n  1  Ninguno de estos puede reflejar o refractar la luz adecuadamente Espejos para Rayos - X LASERES DE RAYOS - X

MECANISMO DE EXCITACIÓN Proceso de bombeo óptico. Las inversiones de población son producidas en plasmas generados por láseres a muy altas temperaturas, utilizando láseres de bombeo de alta potencia LASERES DE RAYOS - X

MECANISMO DE EXCITACIÓN (cont.) Requerimientos mínimos de bombeo vs longitud de onda para producir láseres de cortas longitudes. L – Longitud del amplificador T – Temperatura promedio M – Masa promedio = 10nm  LASER = 1% P B ~ W/m 3

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER Configuración para generar láseres de Rayos - X Produce un enfocamiento lineal de un láser potente (Nd - Glass) sobre una superficie sólida de emisión Arreglo experimental de un láser de rayos-x “suave” bombeado por el láser Novette.

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont.) Dispositivo de descarga de plasma Láser bombeado por descarga.

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont.) Láser de Rayos – X excitado por Emisiones Nucleares Objetivo:Concentrar la energía producida por una explosión nuclear y dirigir ésta a grandes distancias, en lugar de permitir su propagación fuera del espacio. Centro de Investigación: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore Mecanismo:La intensa emisión de Rayos – X de la explosión nuclear excita el medio láser generando intensos pulsos de este tipo de rayos. Resultados:Negativos. Proyecto cancelado.

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont.) Láser de Rayos – X excitado por Láser Mecanismo: Cargar una hoja de metal (Se) con un pulso corto (1ns) de alta energía obtenido de un láser de Nd – Glass. Sólo un pulso de alta energía tanto para ionizar el material láser como para excitar los iones que emiten los rayos-x. La intensa luz láser desplaza electrones de átomos en un segmento lineal de la hoja metálica, produciendo un plasma. Conforme los electrones se recombinan con los átomos, aquellos emiten un de pulso rayos – x coherente = 3.5nm 1) Centro de Investigación: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont.) Mecanismo: Utilizaron dos pulsos de relativamente baja energía: - el 1° para ionizar los átomos y formar un plasma - el 2° para excitar los iones y producir los rayos – x = 20.6nm 2) Centro de Investigación: Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT)

LASERES DE RAYOS - X Mecanismo: Confinar plasmas generados por láseres mediante campos magnéticos (para reducir la potencia láser de bombeo requerida) = 18nm 3) Centro de Investigación: Universidad de Princeton ESTRUCTURA DEL LASER (cont.)

LASERES DE RAYOS - X PARAMETROS TÍPICOS Longitudes de onda3.56 nm – 46.9 nm Indice de refracción del medio de ganancia ~ 1.0 Método de bombeoPlasma producido mediante láser ó plasma de descarga rápida. Modo de operaciónPulsada Duración del pulso de salida500 ps – 10 ns Salida energía / pulso10 nJ – 1 mJ Potencia pico máxima de salida1 MW – 2 MW

LASERES DE RAYOS - X APLICACIONES Estudios físico-atómicos Holografía de rayos – x Cristalografía Radiología médica Microscopia de rayos – x Diagnostico mediante plasma Radiación química Estudios metalúrgicos Fotolitografía

LASERES DE RAYOS - X CONCLUSIONES Las investigaciones sobre láseres de rayos–x avanzan con una tendencia hacia longitudes de onda cada vez más pequeñas. Parte de los resultados obtenidos, se considera información secreta o clasificada, ya que ha surgido de experimentos nucleares. Debido a que para las longitudes de onda de los rayos–x, los medios materiales tienen índices de refracción próximos a la unidad, ninguno de éstos puede reflejar o refractar la luz adecuadamente, originando con esto diversos problemas en la óptica de rayos–x. Este tipo de láseres es de muy amplia aplicación en diversas áreas tales como la investigación básica, la medicina, la química, la industria, entre otras.