La Fibra Óptica TENDENCIAS EN TELECOMUNICACIONES ÓPTICAS Resumen

La Fibra Óptica TENDENCIAS EN TELECOMUNICACIONES ÓPTICAS Resumen
Se presenta una visión general de los principios básicos y tecnologías de las telecomunicaciones ópticas, con particular énfasis en la dispersión por polarización (polarization mode dispersion - PMD). La PMD se ha constituido en una limitante en los sistemas de Tecomunicaciones ópticas de alta capacidad y largas distancias. Debido a esto, hemos considerado necesario desarrollar metodologías tendientes a disminuir su impacto en los enlaces ópticos, observando su influencia directa en las transmisiones digitales. Resumen Las telecomunicaciones ópticas se han constituido actualmente en el medio de comunicación por excelencia para la trasmisión de grandes volúmenes de datos a altas velocidades. Para llegar a este punto, se han desarrollado una serie de tecnologías nuevas las cuales permiten el tránsito de grandes cantidades de datos, siendo investigados actualmente, con el fin de aprovechar al máximo la capacidad potencial de este novedoso medio de transmisión. 1. Introducción En las dos últimas décadas las redes ópticas han tomado un auge impresionante, en la trasmisión de información en enlaces de alta y muy alta capacidad en redes WAN (redes de rea amplia) y MAN (redes metropolitanas), debido a su gran ancho de banda (aproximadamente GHz), pequeño tamaño y reducido costo de instalación. Es tanto el impacto de esta tecnología que actualmente el 60% de las telecomunicaciones mundiales actuales se transportan por este medio y se espera que en el próximo siglo alcance el 85%. En la Fig. 1 se presenta 2. Evolución Histórica Fuera de las ventajas hasta ahora mencionadas, las fibras ópticas poseen también otras bondades como su flexibilidad para adaptar nuevas velocidades de trasmisión, complejidad reducida, baja potencias de trasmisión (del orden de los miliwatios para enlaces de telecomunicaciones) y facilidad de consecución de la materia prima para la fabricación de fibras ópticas. La evolución de las telecomunicaciones ópticas se ha realizado por pasos, cada uno tendiente a lograr un mayor aprovechamiento del ancho de banda de trasmisión. una comparación en la capacidad de trasmisión de los diferentes medios de transmisión con que se cuanta actualmente, teniendo en cuenta su evolución histórica. Inicialmente, la fibra multimodo se presentó como un medio de trasmisión de alta capacidad, pero su ancho de banda era reducido, debido a fallas de fabricación y su esencia de funcionamiento (multimodal) que hace que su ancho de banda sea del orden de cientos de MHz por Km. Con el mejoramiento de los métodos de fabricación se creó la fibra óptica monomodo que proporciona una mayor ancho de banda, esto unido a regiones de funcionamiento donde las pérdidas son mínimas (tercera ventana de transmisión nm) permitiendo alcanzar mayores distancias de trasmisión sin la utilización de repetidores. Actualmente, la introducción de procesamiento totalmente ópticos de la señal, han permitido aumentar en forma alarmante el ancho Fig. 1: Evolución histórica en la capacidad de diferentes medios de transmisión. de banda aprovechado, aunque con las actuales tecnologías, se puede mencionar que solo se ha logrado aprovechar el 1% del ancho de banda potencial de la fibra. El reto para los nuevos ingenieros en telecomunicaciones ópticas, es optimizar el funcionamiento de las redes ópticas, con el propósito de prestar nuevos servicios de telecomunicaciones y aprovechar al máximo el ancho de banda ofrecido por la fibra. El procesamiento óptico de la señal trasmitida permite evitar los tiempos de procesamiento que se hacen electrónicamente, los cuales resultan ser muy altos comparados con las frecuencias ópticas de funcionamiento de las redes. Los amplificadores ópticos aparecen como la alternativa más apropiada para realizar la amplificación de la señal trasmitida, la cual es atenuada por diferentes factores tanto extrínsecos como intrínsecos. 3. Amplificadores Ópticos El primer amplificador óptico desarrollado, se conoce con el nombre de amplificador de Fabri-Perot. Debido a sus características: Sensibilidad a la polarización de la señal óptica, dependencia de la temperatura, dependencia de las características ópticas y geométricas, alta figura de ruido (típicamente de 8 a 10 dB), hicieron que su utilización en las redes de telecomunicaciones fuera poco deseable; como una alternativa a este sistema de amplificación, apareció el amplificador de fibra dopada con Erbio, el cual depende de parámetros microscópicos de constitución, en contraposición del amplificador de Fabri-Perot, el cual depende fuertemente de parámetros macroscópicos. Las características de los amplificadores de fibra dopara con Erbio presentan las siguientes características: Es esencialmente lineal, insensible a la polarización, altas ganancias con eficiente acoplamiento óptico en un rango de 40 nm, sus características son determinadas por su composición atómica. En las Fig. 2 y Fig. 3 se presentan la configuración de un amplificador de fibra dopada con Erbio y su curva de respuesta respectivamente. Fig. 3: Respuesta espectral de diferentes amplificadores ópticos. (Erbium doped fiber amplificator) Fig. 2: Configuración básica de un amplificador EDFA Esta clase de amplificadores necesita una fuente adicional de potencia óptica, con el fin de llevar a cabo el efecto amplificador. Se eligen fuentes que tienen longitudes de onda de 980 nm y 1480 nm, por su alta capacidad de acoplar potencia a esta longitudes. Un aporte tecnológico importante de esta técnica de amplificación, es la desaparición de la idea de considerar la amplificación óptica como un proceso realizado por equipos puntuales, abriendo paso a un proceso de amplificación distribuido a lo largo de todo el enlace, produciendo fibras que fuera de trasmitir la señal, la amplifique, más no la regenere, a medida que se propague. Esta nueva técnica de trasmisión óptica, promete ser el siguiente paso en las redes de telecomunicaciones ópticas. Un pulso solitón, es un pulso 4. Trasmisión por Solitones que aprovecha la característica no lineal de la fibra óptica, permitiendo la propagación de un pulso por largas distancias sin sufrir atenuación. Esto idealmente, en la práctica se ha alcanzado una muy buena aproximación a la definición anterior. El pulso solitón esta soportado por la compensación exacta de dos procesos: la dispersión lineal, que causa el ensanchamiento del pulso trasmitido y el efecto de compresión del pulso originado por el efecto Kerr. Para la trasmisión por solitones, se requiere que la red sea totalmente óptica y que exista amplificación óptica, esto último debido a que siempre existe una atenuación del pulso, el cual ocasiona que colapse. La aplicación práctica de una trasmisión por solitones, está todavía en estudio, pero se planea que en muy corto tiempo se tengan redes con trasmisión de este tipo. Se espera que en muy poco tiempo se instalen de manera masiva, redes de telecomunicaciones totalmente soportadas por tecnologías ópticas; es decir, que la fibra óptica llegue hasta cada terminal de usuario. La introducción de las técnicas de trasmisión ópticas, llegarán hasta el terminal del usuario, permitiendo aumentar de manera dramática la capacidad de los sistemas de comunicación actuales. Como ejemplo ilustrativo para una central que maneja líneas, con las tecnologías ópticas puede aumenta su capacidad a más de de líneas. Para la realización de este sueño, se requieren nuevas tecnologías en los campos de la electro-óptica y de la electrónica la cual permita transportar estos grandes volúmenes de información de una manera segura y confiable. 5. El Éter Óptico En la Fig. 4 se presenta la forma como se utiliza la técnica WDM (multiplexación en longitud de onda) para distinguir un equipo terminal de datos en una red óptica. Nuevas tecnologías inalámbricas, utilizando rayos infrarrojos, están apareciendo en el mercado como una solución para lograr trasmisiones de datos de alta velocidad (Gbps), para usuarios que requieren de movilidad del equipo terminal, alcanzando niveles de desempeño muy buenos. Se espera que la penetración de esta tecnología entre los usuarios de servicios de telecomunicaciones, sea bastante alta para conseguir su permanencia y su posterior desarrollo. El desarrollo de sistemas de cómputo no esta lejano con los actuales alcances en la rama de la óptica, y en el procesamiento óptico de la información. Es así como han aparecido últimamente procesadores ópticos, que procesan información de manera totalmente óptica y paralelamente, sistemas de almacenamiento óptico y la integración de las redes neuronales con la óptica, produciendo la neurona óptica la cual se espera revolucione la manera de procesar la información de los sistemas de computo actuales, especialmente en el área de las telecomunicaciones. 6. Computación Óptica Fig. 4: Configuración de una red totalmente óptica. Nuevas innovaciones en el campo de la óptica aparecen cada día, posibilitando la realización del sueño del ingeniero en telecomunicaciones, el cual siempre ha deseado y deseará que su sistema posea las siguientes características: 􀂃 Ancho de banda infinito. 􀂃 Pérdidas de trayectoria nulas. 􀂃 Distorsión de trayectoria nulas. 􀂃 Región de utilización del material cerca de cero. 􀂃 Consumo de potencia nulo. 􀂃 Bajo costo. 7. Dispersión por Polarización Este es el objetivo y la tendencia actual de las empresas dedicadas al negocio de las telecomunicaciones. Además es una línea de investigación bastante rentable actualmente y lo seguirá siendo hasta cuando “la luz pase de moda”. Fig. 5: Procesador óptico paralelo. Este factor de degradación se ha convertido actualmente, en una de las principales limitaciones para aumentar el volumen de información, cursada a través de las autopistas de información. Se manifiesta por el ensanchamiento de los pulsos transmitidos, ocasionando interferencia intersimbólica de pulsos adyacentes, que indudablemente, degradan el desempeño de la red, haciéndose más notoria en las redes de alta capacidad (redes del área de trasporte y enlaces submarinos). transmitida, a través de redes de telecomunicaciones basadas en fibra óptica. En el desarrollo de este proyecto, se han obtenido los primeros resultados a nivel teórico y se han realizados trabajos de simulación para pronosticar el grado de confianza de estos primeros resultados, los cuales han sido satisfactorios. El grupo de Óptica y Láser de la universidad del Cauca, y específicamente el área de interés en telecomunicaciones ópticas, ha concentrado sus esfuerzos en el desarrollo de metodologías, que permitan disminuir el impacto de la polarización de la señal sobre la información Para un enlace de telecomunicaciones con las características citadas en la Tabla 1, afectado por dispersión debido a la polarización, se calculó la función de transferencia del compensador, con una distribución de anchos de pulso uniforme, a la salida del mismo, obteniéndose Características del enlace Variable Cantidad Tabla 1: Características del enlace de telecomunicaciones. ()[Cfvy+=ϕ32 (1) ] Velocidad de transmisión σ1 10 Gbps (σ1= s) Longitud de acoplamiento Lc 10 cm Longitud del enlace D Km Angulo de acoplamiento θ π/4 (ρ = ½) Retardo birrefringente δτL 6 ps/Km

La Luz tiene una doble naturaleza
Partícula Onda Efecto fotoeléctrico El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se lo ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general). A veces se incluye en el término efecto fotoeléctrico dos otros tipos de interacción entre la luz y la materia: Fotoconductividad. Es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocada por la luz. Descubierta por Willoughby Smith en el selenio hacia la mitad del siglo 19.Efecto fotovoltaico. Transformación parcial de la energía luminosa en energía eléctrica. La primera célula solar fue fabricada por Charles Fritts en Estaba formada por selenio recubierto de una fina capa de oro.El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en La explicación teórica solo fue hecha por Albert Einstein en 1905 quien basó su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los quantos de Max Planck. Más tarde Robert Andrews Millikan pasó diez años a hacer experiencias para demostrar que la teoría de Einstein no era correcta... y demostró que sí lo era. Eso permitió que Einstein y él compartiesen el premio Nobel en 1923.

La luz es siempre un paquete de ondas
EL FOTÓN: PLANCK, EINSTEIN Y COMPTON VOLVAMOS ahora al viejo problema de la naturaleza de la luz. En el capítulo II vimos cómo, hasta el siglo XVIII, la luz era vista por unos como un haz de partículas y por otros como un fenómeno ondulatorio y cómo, durante el siglo pasado, la interpretación ondulatoria de la luz dominó, quedando sólo un par de fenómenos sin explicar con base en ese modelo. La solución a los problemas que revisaremos a continuación fue tan desconcertante como reveladora: la luz está compuesta por paquetes de onda. Estas ondas-partícula se denominan fotones, y son las mensajeras del campo electromagnético. No poseen masa y su velocidad impone un límite al que ninguna partícula material puede viajar. En este capítulo se describe la evolución de las ideas y los experimentos que llevaron a tan original conclusión. IV. 1. INTRODUCCIÓN El éxito de la teoría de Maxwell reforzó la idea de que la luz, tal como lo sospechó Faraday, es producida por vibraciones eléctricas dentro del cuerpo emisor. En 1896 Pieter Zeeman, de la Universidad de Leyden, utilizó una finísima malla de difracción recién desarrollada por Rowland en la Universidad Johns Hopkins para repetir el experimento propuesto por Faraday sobre posibles efectos ante la acción de un campo magnético en el espectro de emisión del sodio.6 Zeeman observó un ensanchamiento en las líneas espectrales tan pronto encendía su electroiman Tal ensanchamiento, indicó, es proporcional a la intensidad del campo magnético. Su profesor y colega, Hendrik Antoon Lorentz, propuso una explicación teórica para tal efecto. Según Lorentz, la radiación es emitida por cargas que vibran dentro de los átomos del cuerpo luminoso. Esta oscilación estaría separada en dos componentes, una paralela y una perpendicular al campo magnético externo. Ya que sólo la oscilación perpendicular sería sensible al campo, la frecuencia asociada a este movimiento se vería ligeramente afectada. Lorentz concluyó que el efecto debería implicar, no un ensanchamiento, sino la separación de cada línea espectral en tres componentes. IV.2. EL ORIGEN DE LA LUZ La precisión del experimento de Zeeman no era lo suficientemente fina como para comprobar una descomposición en tres líneas, por lo que tomó el ensanchamiento observado como una medida de la separación entre las líneas extremas, de acuerdo con la predicción de Lorentz. Para explicar la magnitud del efecto fue necesario suponer que la relación entre la carga y la masa de la partícula oscilante debería ser del orden de 1011coul/kg. Ésta es muy parecida a la obtenida posteriormente por J. J. Thomson, quien usó los resultados de Zeeman como evidencia para apoyar sus argumentos sobre la existencia del electrón como un ente independiente dentro del átomo. Además, según el modelo de Lorentz, la polarización de la luz 7 asociada a cada línea espectral permitiría inferir el signo de la carga eléctrica del cuerpo oscilante. Zeeman efectuó estas medidas y comprobó que, en efecto, se trataba de cargas negativas. Motivado por el éxito obtenido al explicar las observaciones de Zeeman, Lorentz extendió la teoría de Maxwell al caso de la emisión y absorción de luz por electrones oscilantes en la materia. Según este modelo, cuando la luz (ondas electromagnéticas) penetra la materia, los campos eléctricos oscilantes inducen oscilaciones en los electrones del medio. La oscilación de estas cargas, a su vez, produce ondas electromagnéticas secundarias en todas direcciones. Tal descripción explica elegantemente el principio de Huygens, la dispersión, reflección y otros fenómenos ondulatorios de la luz antes descritos. Hacia fines del siglo XIX era claro que la absorción y emisión de luz por los cuerpos se debía a la interacción de la radiación electromagnética con los electrones del medio, al hacerlos vibrar. Ya que la teoría de Maxwell se refiere a la radiación electromagnética en general, y no sólo a la luz visible, era importante generalizar estas ideas para entender los fenómenos de absorción y emisión de radiación térmica por un medio.8 Por simplicidad, los teóricos de la época consideraban el caso más simple: un cuerpo negro. Según el modelo ideal, un cuerpo negro es aquel que es capaz de absorber radiación de cualquier frecuencia o color. IV.3. LO QUE MAXWELL NO EXPLICÓ Se puede simular bien un cuerpo negro, por ejemplo, con un orificio en una esfera. La radiación que incide en tal orificio se refleja múltiples veces en el interior de la esfera, habiendo en cada reflexión alguna pérdida por absorción. Si las dimensiones del hoyo son pequeñas comparadas con la superficie de la esfera, la probabilidad de que la radiación reflejada internamente escape en su totalidad por el orificio antes de ser absorbida es, idealmente, cero. La radiación que emerge por el orificio refleja el espectro de emisión del propio cuerpo, que es sólo función de su temperatura. La intensidad de esta radiación puede ser medida como función de la frecuencia, o sea el espectro del cuerpo negro. Mediciones de este estilo ya habían sido efectuadas por varios laboratorios en el sigloXIX. En principio, debería ser fácil entender la relación observada entre la frecuencia y la intensidad. El cuerpo negro está compuesto de átomos que contienen electrones. Al calentar el cuerpo, los electrones vibran y emiten radiación electromagnética. Ya que el cuerpo negro absorbe todas las frecuencias con igual probabilidad, y la emisión es sólo el proceso inverso, uno debería esperar que todas las frecuencias fueran emitidas con igual probabilidad. Según este modelo, la energía de una vibración aumenta en una relación proporcional al cuadrado de la frecuencia de la vibración, por lo que una igual probabilidad de emisión implica una energía que aumenta geométricamente con la frecuencia. Los resultados experimentales, sin embargo, indicaban que la intensidad disminuía a partir de cierta frecuencia máxima, la cual es función de la temperatura del cuerpo. Existía, además, otro fenómeno asociado a la luz que parecía inexplicable con base en la teoría de Maxwell. Se trata de un efecto conocido como fotoeléctrico (véase figura 3). En 1887, Heinrich Rudolf Hertz descubrió que podía inducir la descarga eléctrica entre dos esferas cargadas al iluminar con luz ultravioleta la zona de descarga. Poco después Wilhelm Hallwachs, investigando este efecto, notó también que la luz ultravioleta era capaz de descargar placas de cinc cargadas negativamente. Luego se dio cuenta de que este efecto persistía en otros metales, incluso si disminuía la intensidad de la luz. Sin embargo encontró que el efecto desaparecía si, en lugar de ultravioleta, utilizaba luz roja o infrarroja aun cuando la intensidad fuera aumentada enormemente. Años después, al descubrirse el electrón, quedó establecido que la descarga de las placas se debía a la pérdida de electrones por acción del campo electromagnético de la luz incidente. Figura 3. Efecto fotoeléctrico. Hallwachs descubrió que la luz es capaz de arrancar electrones de una superficie siempre que su frecuencia supere un cierto umbral (Vo) relacionado con la energía que liga a los electrones. Según la teoría electromagnética de Maxwell, la energía asociada a la luz incidente dependía tanto de su frecuencia como de su intensidad. De acuerdo con esto, si bien la luz roja tiene menor frecuencia, al aumentar la intensidad debería vencerse el potencial que ata a los electrones a la superficie. Inversamente, al disminuir la intensidad de la luz ultravioleta, deberían disminuir, proporcionalmente, los fotoelectrones. Ambas predicciones contradecían las evidencias experimentales de Hertz y Hallwachs. En resumen, la teoría electromagnética de Maxwell, que había explicado con gran éxito la fenomenología de la luz, parecía tropezar ahora con problemas al aplicarse a los fenómenos asociados a la radiación calorífica y al efecto fotoeléctrico. Principia el siglo XXy toca su turno a Max Planck. Planck nació en Kiel, Alemania, en 1858, en el seno de una familia de abogados. En 1867 los Planck se fueron a vivir a Munich, donde Max inició sus estudios en física. De ahí fue a Berlín, donde tuvo como profesores a Kirchhoff y a Helmholtz. En 1879, de vuelta a Munich, recibió el doctorado con una tesis sobre termodinámica. En Kiel consiguió su primer puesto como profesor, en el que permaneció hasta 1889 cuando, a la muerte de Kirchhoff, Planck heredó su plaza en Berlín. Hacia 1897 comenzó a trabajar en el problema de la emisividad del cuerpo negro. Convencido de que la radiación del cuerpo negro no depende de la naturaleza de las paredes sino, tan sólo, de su temperatura, Planck atacó el problema imaginando que la absorción y emisión de radiación se realizaban a través de osciladores. IV. 4. EL CUANTO DE PLANCK Años antes, en 1893, el alemán Wilhelm Wien (Premio Nobel de 1911) había logrado combinar la formulación de Maxwell con las leyes de la termodinámica para tratar de explicar la emisividad del cuerpo negro pero, como sabemos, sus predicciones no coincidieron con el experimento. Impresionado por la elegancia del trabajo de Wien, Planck intentó modificarlo y generalizarlo para ajustar los datos experimentales, usando como truco de cálculo una fragmentación de la energía transferida por los osciladores enpaquetes, cuyo tamaño pensó reducir para recuperar la forma continua del flujo de energía entre los osciladores. Sin embargo, encontró que sólo se ajustaban los observables experimentales si el tamaño de sus paquetes permanecía finito. Si bien este resultado permitió resolver un problema, el de la radiación del cuerpo negro, la verdadera magnitud del significado de los paquetes, los cuantos de Planck, pasó desapercibida hasta que un modesto empleado de la oficina de patentes en Berna, como se verá en seguida, utilizó el concepto para explicar el efecto fotoeléctrico. Planck recibió el Premio Nobel en 1918 por el trabajo recién descrito. Albert Einstein nació en Ulm, Alemania, el 14 de marzo de Seis semanas después, su familia se trasladó a Munich, donde Albert recibió la educación primaria; posteriormente estudió en Aarau, Suiza, e ingresó en 1896 al Politécnico de Zurich, para prepararse como maestro de física y matemáticas. En 1901 recibió su diploma y se nacionalizó suizo. Al no encontrar trabajo como maestro, tomó un puesto como asistente técnico en la oficina de patentes de Berna. En 1905 obtuvo su doctorado y publicó tres trabajos que pasarían a ser considerados entre los más importantes en la física de nuestro siglo. IV.5. EINSTEIN Y EL FOTÓN En marzo de 1905, Einstein publicó el artículo que nos concierne aquí, y que fue considerado por el Comité Nobel como el principal motivo para otorgarle el premio en En él explica sus ideas sobre la generación y la transformación de la luz, y aplica su modelo a la descripción del efecto fotoeléctrico. La idea de Einstein utiliza el resultado de Planck sobre la aparente emisión de energía de un cuerpo negro en forma de paquetes; sin embargo, Einstein propone que la cuantización es una propiedad intrínseca de la luz y no de los osciladores como había pensado Planck. En este nuevo modelo, la luz es una onda electromagnética, tal como lo propuso Maxwell, sólo que en lugar de tratarse de una onda continua se encuentra modulada en paquetes de energía. Esto implica una dualidad de características pues, a pesar de ser una onda, al estar localizada en el espacio y poseer una energía definida, presenta características similares a las de las partículas. El proponer que, tal como la materia, la energía también se encuentra atomizada, fue una idea genial que trajo consigo el desarrollo de la mecánica cuántica. Las predicciones de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico fueron verificadas con precisión por Millikan en Sin embargo, había una diferencia entre cuantos de energía y las partículas, pues estas últimas también se caracterizan por un ímpetu lineal. La posibilidad de asignar ímpetu a los cuantos no puede ser asociada a un solo autor o a un solo trabajo, si bien hacia 1916 el propio Einstein ya se refería a los cuantos en este sentido. Tuvieron que pasar varios años antes que esta hipótesis pudiera ser comprobada. Los primeros experimentos fueron realizados por el norteamericano Arthur Holly Compton (Premio Nobel 1927) y consistían en estudiar la dispersión de rayos X por electrones. Las observaciones de Compton confirmaron que al chocar un cuanto de luz con un electrón, éstos dividen su energía y su ímpetu de acuerdo con la cinemática que se esperaría del choque entre dos partículas. En octubre de 1926, Gibert Newton Lewis, en un artículo en la revista inglesa Nature, se refirió por primera vez a los cuantos de energía comofotones, lo que implicaba la aceptación del cuanto de luz en el campo de las partículas elementales. IV.6. PARTÍCULAS Y ONDAS Paradójicamente, al tiempo que se consolidaba el concepto del fotón como una partícula, el concepto de materia, y por tanto el de partícula, perdió el sentido determinista que hasta entonces se le asociaba. En 1924 el príncipe francés Louis Victor de Broglie propuso una teoría sobre el electrón, que posteriormente fue generalizada para el resto de las partículas, en la cual se consideraba al electrón como un paquete de onda, similar al fotón, pero con masa. La teoría de De Broglie, que le mereció el Premio Nobel en 1929, fue comprobada con éxito tres años después por Clinton Davisson y Lester Germer al observar la difracción de electrones a través de un cristal. Desde entonces, onda y partícula, energía y materia, se confunden, y el paso de una a la otra se rige por las leyes de la relatividad y la mecánica cuántica. Una vez establecida la naturaleza ondulatoria de la luz, el descubrimiento del electrón permitió postular que la luz se producía como consecuencia de oscilaciones electrónicas en el átomo (sección IV.2). Sin embargo, el resultado de ciertos experimentos tendientes a establecer la relación entre luz y radiación térmica no pudo ser explicado con la célebre teoría de Maxwell (sección IV.3). La cuantización de la energía fue propuesta a principios de siglo XX por Planck como posible solución a uno de estos problemas (sección IV.4). Einstein utilizó esta idea para explicar otros efectos (sección IV.5). La división entre ondas y partículas desaparece en la década de 1920 cuando Compton demuestra que los fotones no sólo son absorbidos, sino que pueden ser dispersados como partículas,mientras que De Broglie descubre que las partículas materiales también se comportan como ondas (sección IV.6). IV.7. RESUMEN

Espectro Electromagnético

Principio de Snell

En el vacio todas las ondas se propagan a la velocidad de la luz
Independiente de la longitud de onda Luz Rayo de luz solar dispersado por partículas de polvo en el cañón del Antílope, en Estados Unidos. Se llama luz (del latín lux, lucis) a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible. La óptica es la rama de la física que estudia el comportamiento de la luz, sus características y sus manifestaciones. El estudio de la luz revela una serie de características y efectos al interactuar con la materia, que nos permiten desarrollar algunas teorías sobre su naturaleza. c= Km/s

En cualquier medio material las ondas se propagan a velocidades inferiores a la de la Luz.
La velocidad de propagación depende de la longitud de onda Índice de Refracción: n=Vel. de la Luz/Vel. en el material Refracción Refracción de la luz en diversos contenedores. La refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro. Sólo se produce si la onda incide oblicuamente sobre la superficie de separación de los dos medios y si éstos tienen índices de refracción distintos. La refracción se origina en el cambio de velocidad de propagación de la onda. Un ejemplo de este fenómeno se ve cuando se sumerge un lápiz en un vaso con agua: el lápiz parece quebrado. También se produce refracción cuando la luz atraviesa capas de aire a distinta temperatura, de la que depende el índice de refracción. Los espejismos son producidos por un caso extremo de refracción, denominado reflexión total. Aunque el fenómeno de la refracción se observa frecuentemente en ondas electromagnéticas como la luz, el concepto es aplicable a cualquier tipo de onda. Cuando un rayo se refracta al pasar de un medio a otro, el ángulo de refracción con el que entra es igual al ángulo en que sale al volver a pasar de ese medio al medio inicial. Cada longitud de onda de propaga a una Velocidad diferente en un medio material.

La Reflexión Total Mecanismo de propagación en la Fibra Óptica
Reflexión interna total es el fenómeno que se produce cuando un rayo de luz, atravesando un medio de índice de refracción n2 menor que el índice de refracción n1en el que éste se encuentra, se refracta de tal modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios reflejándose completamente. Este fenómeno solo se produce para ángulos de incidencia superiores a un cierto valor crítico, θc. Para ángulos mayores la luz deja de atravesar la superficie y es reflejada internamente de manera total. La reflexión interna total solamente ocurre en rayos viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción. La reflexión interna total se utiliza en fibra óptica para conducir la luz a través de la fibra sin pérdidas de energía. En una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es crítico para la base y su revestimiento y se produce una reflexión interna total que preserva la energía transportada por la fibra. Ley de Snell Refracción La ley de Snell es una fórmula simple utilizada para calcular el ángulo derefracción de la luz al atravesar la superficie de separación entre dos medios de propagación de la luz (o cualquier onda electromagnética) con índice de refracción distinto. El nombre proviene de su descubridor, el matemático holandés Willebrord Snel van Royen ( ). La denominaron "Snell" debido a su apellido pero le pusieron dos "l" por su nombre Willebrord el cual lleva dos "l". La ley de snell es muy utilizada en muchos casos. La misma afirma que el producto del índice de refracción por el seno del ángulo de incidencia es constante para cualquier rayo de luz incidiendo sobre la superficie separatriz de dos medios. Aunque la ley de Snell fue formulada para explicar los fenómenos de refracción de la luz se puede aplicar a todo tipo de ondas atravesando una superficie de separación entre dos medios en los que la velocidad de propagación de la onda varíe. Los Haces de Luz que inciden con un ángulo mayor que el ángulo crítico se propagan por reflexión total

El Sílice es la materia prima de la Fibra Óptica
Guía de onda de la Luz. Un núcleo Denso Rodeado de un revestimiento menos denso que el núcleo. Altamente purificado. Con imperfecciones que introducen pérdidas. El Sílice interactúa con la Potencia óptica. Genera fenómenos No Lineales. Óxido de silicio (IV) Nombre (IUPAC) sistemáticoDióxido de silicioGeneralOtros nombresSíliceFórmula semidesarrolladaSiO2Fórmula molecularn/dIdentificadoresNúmero CAS Propiedades físicasEstado de agregaciónsólidoAparienciatransparenteDensidad2634 kg/m3; 2,634 g/cm3Masa molar60,0843 g/molPunto de fusión1986 K (-271,164 °C)Punto de ebullición2503 K (-270,647 °C)Estructura cristalinaCuarzo, cristobalita otridimitaPropiedades químicasSolubilidad enagua0,012 g en 100 g de aguaTermoquímicaΔfH0gas-305,43 kJ/molΔfH0líquido-899,86 kJ/molΔfH0sólido-910,86 kJ/molS0gas, 1 bar228,98 J·mol-1·K-1S0sólido41,46 J·mol-1·K-1RiesgosIngestiónBajo riesgo.InhalaciónIrritación, exposición a largo plazo causasilicosis.PielPuede causar irritación.OjosCausa irritación.Más informaciónNIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards (en inglés)Valores en el SI y en condiciones normales (0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. Exenciones y referenciasEl óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) es un compuesto de silicio yoxígeno, llamado comúnmente sílice. Es uno de los componentes de la arena. Una de las formas en que aparece naturalmente es el cuarzo. Este compuesto ordenado espacialmente en una red tridimensional (cristalizado) forma elcuarzo y todas sus variedades. Si se encuentra en estado amorfo constituye el ópalo, que suele incluir un porcentaje elevado de agua, y el sílex. LA FIBRA ÓPTICA La necesidad de nuevos planteamientos en las comunicaciones surgió en países telefónicamente avanzados, en los que su red pedía soluciones a problemas de saturación, y cuya solución era - conseguir medios de mayor capacidad que los existentes. Anteriormente, cuando se necesitaba un medio de transmisión de gran capacidad de tráfico se - acudía a la instalación de cable coaxial o radioenlaces de mayor capacidad.Al aumentar el nú- mero de enlaces necesarios por demanda de tráfico, se requeria un mayor ancho de banda del - portador,lo que,a su vez,exigía el empleo de frecuencias cada vez más altas y,en consecuencia, mas repetidores en las rutas de cables coaxiales,a causa de la mayor atenuación de las señales. En el caso de los radioenlaces,el aumento de la capacidad también se traducía en el empleo de frecuencias más altas y mayor número de repetidores,pero esta vez con el agravante de la satu- ración del espectro electromagnético. La explotación de las redes telefónicas se hizo más onerosa y fue aumentando las dificultades - de orden técnico,lo que exigía nuevos planteamientos para esos problemas.Las investigaciones hechas en la década de los años sesenta en torno a la fibra óptica y sus posibles aplicaciones - como guía de onda sirvieron de base para el nuevo camino que se pretendía emprender. Conviene recalcar por qué se ha usado la luz como soporte de información y por qué no nos -- servimos de la atmósfera como medio de propagación. Los cuerpos que no se hallan en equilibrio en su entorno radian o absorben energía. Podemos - admitir desde un punto de vista conceptual que una comunicación implica intercambio de ener- gía;ahora bien,esa energía puesta en juego se puede clasificar de muchos modos,y uno de ellos es el espectral, en el que dos parámetros relacionados entre sí ordenan de manera espacial y - temporalmente dicha energía. El parámetro espacial indica que la propagación es espacialmente periódica,el segundo es -- temporal y se le llama frecuencia. Hablando en términos de frecuencia, en el caso de la utilización de portadores metálicos, las energías transmitidas se situaban en zonas de frecuencia del orden de decenas de MHz, y de - decenas de GHz cuando se trataba de radioenlaces. Estas señales,en técnicas de modulación de frecuencia,constituyen las portadoras que,emplea- das sobre canales telefónicos de un ancho de banda tipico de 4 KHz proporcionan un índice -- teórico del número de circuitos telefónicos que dichos portadores admiten. Conceptualmente,un sistema de transmisión por fibra óptica es similar al sistema de microondas en muchos aspectos; las diferencias estriban en que en un caso el medio de transmisión es el espacio libre,y en el otro, una guía de ondas de vidrio; y en que la transmisión tiene lugar a frecuencias ópticas, varios órdenes de magnitud superiores a las de microondas. Si ahora consideramos la zona espectral óptica,cuya frecuencia se sitúa en torno a los 1014 Hz y suponiendo que se utiliza en las técnicas MDF,la capacidad potencial de este medio de trans- misión sería 107 veces la de un cable coaxial y 104 veces la de un radioenlace de microondas. Esta posibilidad, por sí sola, ya justifica el empleo del espectro óptico en las comunicaciones. Pero es evidente que la utilización de la luz como portadora de información exige disponer de una fuente de determinadas características y, de hecho, fue la disponibilidad del láser como -- fuente de luz coherente y monocromática lo que estimuló la explotación de comunicaciones óp- ticas como soporte de flujos de información, debido a la alta frecuencia de la portadora. También en la década de los años sesenta comenzaron los estudios básicos sobre los procesos de modulación y detección de luz, necesarios para llevar a cabo las conversiones electro ópti- cas imprescindibles en la transmisión de señales por medio de la luz. I N T R O D U C C I O N La Fibra Óptica es un filamento flexible, largo y delgado (Del orden de unas micras) más fino que un cabello humano, es una guía de ondas ópticas totalmente dieléctrica y constituida por dos cilindros concéntricos vítreos de diferentes Índices de Refracción que forman una estructura Monolítica, al cilindro interior se le conoce como Núcleo y no es más que un centro de Dióxido de Silicio (SiO2) dopado o no, por donde viajan los pulsos de luztransmitidos y al cilindro exterior se le conoce como Revestimiento, el cual conforma una capa exterior que rodea al núcleo reflejando la luz que incide en él y permitiendo que dentro del núcleo el valor del Índice de Refracción sea mayor siempre en el núcleo que en el revestimiento y la estructura Núcleo-Revestimiento durante el proceso de fabricación se protege por una capa de acrilatos epóxicos llamada generalmente Protección Primaria.

Tipos de Fibras Ópticas
Multimodo: Índice de refracción escalonado. Índice de refracción gradual. Monomodo: Índice de refracción escalonado

El LED una fuente incoherente de la Luz
Emisión con un ensanchamiento espectral muy ancho. Genera muchas longitudes de onda. La emisión tiene diferentes direcciones. Generación multimodo. Aplicaciones en transmisiones multimodo. Led Diodo emisor de luz Ledes de color rojo, verde y azul de 5 mm.TipopasivooptoelectrónicoPrincipio de funcionamientoElectroluminiscenciaFecha de invenciónNick Holonyak(1962).Símbolo electrónicoConfiguraciónánodo y cátodoUn led1 (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’) es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. Presentado como un componente electrónico en 1962, los primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta. Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en forma defotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña (menor a 1 mm), y se pueden usar componentes ópticos integrados para formar su patrón de radiación. Los ledes presentan muchas ventajas sobre las fuentes de luz incandescente como un consumo de energía mucho menor, mayor tiempo de vida, tamaño más pequeño, gran durabilidad y fiabilidad. Los ledes que pueden iluminar un cuarto son relativamente costosos y requieren una corriente más precisa y una protección térmica a comparación de las lámparas fluorescentes. Los ledes se usan en aplicaciones tan diversas como iluminación de aviación, iluminación automotriz (específicamente las luces de posición traseras, direccionales e indicadores) así como en las señales de tráfico. El tamaño compacto, la posibilidad de encenderse rápido, y la gran fiabilidad de los ledes han permitido el desarrollo de nuevas pantallas de texto y vídeo, mientras que sus altas frecuencias de operación son también útiles en tecnologías avanzadas de comunicaciones. Los ledes infrarrojo también se usan en unidades de control remoto de muchos productos comerciales incluyendo televisores, reproductores de DVD, entre otras aplicaciones domésticas.

El Láser una Fuente coherente de la Luz.
La radiación láser es coherente Está dominada por una longitud de onda. Sigue acompañada por una serie de longitudes de ondas atenuadas. La emisión láser puede ser Multimodo o Monomodo. Presenta una gran coherencia en el espacio. Tiene una sola dirección. El Láser El láser es un elemento muy útil para la vida actual, hay láseres que realizan muchas tareas distintas, desde medicina hasta trabajos industriales. Introducción Un láser es un aparato (o dispositivo) que produce un tipo muy especial de luz. Podemos imaginárnoslo como una superlinterna. Sin embargo, la luz procedente de un láser se diferencia de la de una linterna en cuatro aspectos básicos: ¿QUÉ ES UN LÁSER? La historia del láser está plagada de problemas y peleas, pero también de acuerdos e innovaciones. Es sin duda una historia muy interesante. La luz láser es intensa. No obstante, sólo ciertos láseres son potentes. Aunque lo parezca, no se trata de una contradicción. La intensidad es una medida de la potencia por unidad de superficie, e incluso los láseres que emiten sólo algunos milivatios son capaces de producir una elevada intensidad en un rayo de un milímetro de diámetro. En realidad, su intensidad puede ser igual a la de la luz del sol. Cualquier lámpara ordinaria emite una cantidad de luz muy superior a la de un pequeño láser, pero esparcida por toda la sala. Algunos láseres pueden producir muchos miles de vatios continuamente; otros son capaces de producir billones de vatios en un impulso cuya duración es tan sólo la mil millonésima parte de un segundo. Los haces láser son estrechos y no se dispersan como los demás haces de luz. Esta cualidad se denomina direccionalidad. Se sabe que ni la luz de un potente foco logra desplazarse muy lejos: si se enfoca hacia el firmamento, su rayo parece desvanecerse de inmediato. El haz de luz comienza a esparcirse en el memento en que sale del foco, hasta alcanzar tal grado de dispersión que llega a perder su utilidad. Sin embargo, se han logrado reflejar haces láser de pocos vatios de potencia sobre la luna y su luz era todavía lo suficientemente brillante para verla desde la tierra. Uno de los primeros haces láser que se disparó contra la luna en 1962 sólo lleg6 a dispersarse cuatro kilómetros sobre la superficie lunar. ¡No está mal si se considera que se había desplazado cuatrocientos mil kilómetros! La luz láser es coherente. Esto significa que todas las ondas luminosas procedentes de un láser se acoplan ordenadamente entre sí. Una luz corriente, como la procedente de una bombilla, genera ondas luminosas que comienzan en diferentes mementos y se desplazan en direcciones diversas. Algo parecido a lo que ocurre cuando se arroja un puñado de piedrecitas en un lago. Lo único que se crean son pequeñas salpicaduras y algunas ondulaciones. Ahora bien, si se arrojan las mismas piedrecitas una a una con una frecuencia exactamente regular y justo en el mismo sitio, puede generarse una ola en el agua de mayor magnitud. Así actúa un láser, y esta propiedad especial puede tener diversas utilidades. Dicho de otro modo, una bombilla o un foco son como escopetas de cartuchos, mientras que un láser equivale a una ametralladora. Los láseres producen luz de un solo color, o para decirlo técnicamente, su luz es monocromática. La luz común contiene todos los colores de la luz visible (es decir, el espectro), que combinados se convierten en blanco. Los haces de luz láser han sido producidos en todos los colores del arco iris (si bien el más común es el rojo), y también en muchos tipos de luz invisible; pero un láser determinado sólo puede emitir única y exclusivamente un solo color. Existen láseres sintonizables que pueden ser ajustados para producir diversos colores, pero incluso éstos no pueden emitir más que un color único en un memento dado. Determinados láseres, pueden emitir varias frecuencias monocromáticas al mismotiempo, pero no un espectro continuo que contenga todos los colores de la luz visible como pueda hacerlo una bombilla. Además, existen numerosos láseres que proyectan luz invisible, como la infrarroja y la ultravioleta. ¿PARA QUÉ SIRVEN LOS LÁSERES? La gama de usos de los láseres es sorprendente, hasta el punto de que alcanza una extensión mucho más amplia que la concebida originariamente, por los científicos que diseñaron los primeros modelos (a pesar de que difícilmente lo admitirían), y supera en mucho la visión de los primeros escritores deciencia-ficción, quienes en la mayoría de los casos sólo supieron ver en él un arma futurista, (aunque tampoco parecen dispuestos a confesar su falta de imaginación). También resulta sorprendente la gran variedad de láseres existentes. En un extremo de la gama se encuentran los láseres fabricados con minúsculas pastillas semiconductoras, similares a las utilizadas en circuitoselectrónicos, con un tamaño no superior al de un grano de sal. Gordon Gould uno de los pioneros en este campo, confesó que le impresionaron cuando fueron presentados. En el extremo opuesto se encuentran los láseres bélicos del tamaño de un edificio, con los que experimenta actualmente el ejército, muy diferentes de las pistolas lanzarrayos que habían imaginado los escritores de ciencia-ficción. Las tareas desempeñadas por los láseres van de lo mundano a lo esotérico si bien comparten un elemento común: son difíciles o totalmente imposibles con cualquier otro instrumento. Los Láseres son unos aparatos relativamente caros y, por lo general, sólo se utilizan por su propiedad de suministrar la forma y la cantidad de energía requeridas en el lugar deseado. En este libro no sólo nos hemos propuesto hablar de los láseres, sino también explicar sus actuales aplicaciones -así como las de un futuro próximo- y la forma en que afectarán, por consiguiente, nuestras vidas. EL MAESTRO COLOCÓ LA PRIMERA PIEDRA LA HISTORIA DEL RAYO LÁSER Charles H. Townes, uno de los inventores del láser y ganador del Premio Nobel, ha dicho que, en su opinión, el láser abarcará una gama muy amplia de campos y logrará hacerlo prácticamente todo. La historia comenzó en 1916, cuando Albert Einstein estudiaba el comportamiento de los electrones en el interior del átomo. Por regla general, los electrones son capaces de absorber o emitir luz. En realidad, los electrones emiten luz espontáneamente sin ninguna intervención externa. Sin embargo, Einstein previó la posibilidad de estimular los electrones para que emitiesen luz de una longitud de onda determinada. El estímulo se lo proporcionaría una luz adicional de la misma longitud de onda. A pesar de que R. Ladenberg verificó el pronóstico de Einstein en 1928, nadie pensó seriamente en construir un dispositivo basado en el fenómeno en cuestión hasta principios de los años cincuenta. La primera propuesta conocida para la amplificación de la emisión estimulada apareció en una solicitud de patente soviética en el año 1951, presentada por V.A. Fabrikant y dos de sus alumnos. Sin embargo, dicha patente no se publicó hasta 1959, y por consiguiente no afectó a los demás investigadores. Fabrikant sigue siendo un misterio en la actualidad, uno de los olvidados en la ruta de investigación del láser. En 1953, Joseph Weber, de la universidadde Maryland, propuso también la amplificación de la emisión estimulada y, al año siguiente, los rusos mencionados anteriormente, Basov y Prokhorov, escribieron un artículo explorando mucho mas a fondo el concepto. Desde entonces, a Weber se le ha pasado a conocer mejor por sus investigacionesen otro campo, el de la detección de ondas de gravedad basándose también en otra antigua idea de Albert Einstein. Recordemos que láser significa amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación. Einstein descubrió la emisión estimulada, pero para fabricar un láser se precisa también amplificación de dicha emisión estimulada. Éstas son las fechas oficiales correspondientes a la primera parte de la carrera del láser. Pero acaso el hecho más significativo tuviese lugar en el bancode un parque de Washington DC durante la mañana del 26 de abril de Charles H. Townes se encontraba en Washington para asistir a una reunión de físicos y compartía la habitación de su hotel con Arthur Schawlow. En realidad, Townes asistía a una conferencia en la que se hablaba de ondas milimétricas y Schawlow tomaba parte en otra reunión. Uno de los grandes intereses de Townes consistía en generar ondas cortas para sus investigaciones, que era algo que no había logrado todavía. Townes, casado y con hijos menores, estaba acostumbrado a levantarse temprano, mientras que Schawlow, soltero, solía levantarse tarde. Cuando Townes se despertó per la mañana temprano, con el fin de no molestar a Schawlow, decidió ir a dar un paseo. Y fue precisamente en un banco del parque de Franklin, de Washington, donde se le ocurrió la gran idea. Se dio repentinamente cuenta de las condiciones necesarias papa amplificar la emisión estimulada de microondas. Como hemos visto con anterioridad, las microondas son ondas electromagnéticas muy cortas, como por ejemplo, las que se utilizan en ciertos tipos de hornos. No se trata de ondas luminosas, y sin embargo la revelación de Townes tuvo una importancia sumamente trascendental para el láser. La idea de Townes, según sus propias palabras en aquella época, "solo parecía factible en parte" Siguiendo el método tradicional de los catedráticos defísica, formuló el problema en forma de tema para una tesis y se lo ofreció a James P. Gordon, alumno licenciado de la universidad de Columbia. Tres años mas tarde, Gordon, Townes y Herbert Zeiger habían logrado construir en Columbia el primer máser (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación). Durante los años siguientes proliferaron los máseres. Debido a que la física de éstos era fascinante, el nuevo campo atrajo a numerosos investigadores, pero por desgracia se encontraron pocas aplicaciones para los aparatos en cuestión. Una de sus utilidades consiste en amplificar las señales que los radioastrónomos reciben del espacio lejano, y en las comunicaciones por medio de satélite, y se usan además come medida de frecuencias en los relojes atómicos de ultraprecisión. Sin embargo, la gama de frecuencias que amplifica es excesivamente limitada para la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Los físicos deseaban ir más allá, y no tardaron en comenzar a investigar otras zonas del espectro electromagnético, en especial las longitudes de onda de la luz infrarroja y visible. Y así comenzó la gran carrera. Entonces fue cuando comenzó a ganar interés... y empezaron las querellas. En septiembre de 1957, Townes esbozó un proyecto para la construcción de un "máser óptico" que emitiría luz visible. Y se puso en contacto con su viejo amigo Arthur Schawlow, que entretanto había abandonado la universidad de Columbia para trabajar en los laboratorios Bell y había dejado de ser soltero al contraer matrimonio con la hermana de Townes. Entre ambos desarrollaron un plan detallado para la construcción de un láser. LA CARRERA EN POS DEL PRIMER LÁSER Gordon Gould entra en escena, Gould era estudiante licenciado de la facultad de física en la universidad de Columbia, donde Townes ejercía de catedrático. En realidad, el laboratorio que utilizaba se encontraba a pocos metros del despacho de Townes, y generalmente se le ha descrito como alumno suyo, pero eso equivale a tergiversar los hechos. Townes ha aclarado que en cierta ocasión le dio algunas clases, pero que no era su alumno, dado que no dirigía su investigación. Puesto que Gould y Townes llegarían eventualmente a disputarse los derechos de cierta patente, la naturaleza de la relación que existía entre ambos es trascendental. En realidad, Gould era alumno de Polykarp Kusch, ganador del premio Nobel. Gould admite que se inspiró en el máser y en las ideas de Townes. Estaba obsesionado por la idea de construir un artefacto que emitiese luz en lugar de microondas, pero, puesto que no logró que Kusch aceptase el proyecto para su doctorado, decidió emprenderlo por cuenta propia. En noviembre de 1957, transcurridos apenas dos meses desde que Townes hubiera esbozado su máser óptico, Gould comenzó a describir su propia idea para la construcción de un aparato semejante utilizando -al parecer por primera vez- el término láser. Prosiguió con la exposición de sus planes para la construcción de un láser y aprovechó la oportunidad para hacer proféticas declaraciones. Gould asegura que admitió, antes de que lo hicieran otros pioneros del láser, que seria posible conseguir densidades de energía hasta entonces inalcanzables. Puntualizó que la segunda ley de termodinámica no limita el brillo del láser. Dicha ley afirma que la temperatura de una superficie calentada per un haz procedente de una fuente radicación térmica no puede exceder la temperatura de la fuente. Gould comprendió que el láser sería una fuente de luz no térmica y, por consiguiente, capaz de generar temperaturas muy superiores a la suya. En la práctica, esto significa que un láser que opere a temperatura ambiente es capaz de producir un haz que llegue a fundir el acero. Un haz de luz láser debidamente focalizado podría ser utilizado para generar una fusión termonuclear, según pronosticó Gould en sus notas, además de afirmar que el láser podría emplearse para establecer comunicaciones con la luna. Aproximadamente durante aquellos días, Townes llamó per teléfono a Gould para pedirle información relacionada con la lámpara de talio, sobre cuyo estudio preparaba su tesis doctoral. La excitación del talio está relacionada con la excitación de electrones que tiene lugar en el láser, o de lo que en aquella época era el propuesto láser. Sería importante conocer el momento justo en que tuvo lugar dicha conversación, punto sobre el que Townes y Gould no están de acuerdo. Gould afirma que había completado ya sus notas, pero Townes asegura que, según sus fichas, la llamada tuvo lugar unas tres semanas antes de que Gould escribiese sus primeras notas sobre el láser. Gould dice que dedujo de la conversación que Townes trabajaba sin duda en el mismo proyecto que él. Townes asegura que explicó a Gould lo que estaba haciendo, pero afirma que Gould no le dijo en aquellos mementos sobre sus planes. Tras completar sus notas, Gould se dirigió al propietario de una confitería de Nueva York llamado Jack Gould, con el que no tenía parentesco alguno, para que las certificase en calidad de testigo. Una reproducción de la primera página certificada del cuaderno de Gordon Gould se exhibe hoy en la Smithsonian Institution. En todo caso, Gould se apresuró a visitar a un abogado especializado patentes, que no supo comprender la importancia del láser y le dio la errónea impresión de que tenia que resumir sus ideas a un nivel más práctico para poder patentarlas. Dadas las circunstancias, optó per no solicitar ninguna patente en aquellos momentos y esperó hasta abril de Sin embargo, Townes y Schawlow si lo hicieron. Transcurridos unos 7 meses, durante el verano de 1958 solicitaron las patentes y mandaron detallado informe a la prestigiosa revista Physical Review, la cual lo publicó en diciembre de Gould, además de no solicitar inmediatamente la patente correspondiente, cometió el error de no publicar sus planes para la construcción de un láser en alguna revista científica, que es lo que suelen hacer los científicos con el fin de que sus colegas reconozcan sus ideas originales. Gould abandonó la universidad de Columbia sin doctorarse y se fue con sus ideas a una pequeña empresa de Syosset, Nueva York, Ilamada TRG Inc. La TRG utilizó las ideas de Gould en una propuesta a la Agencia de proyectos de investigación avanzados del departamento de Defensa (ARPA), que más adelante se denominaría Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa (DARPA). Lo que más le interesba al ejército fue el potencialcalorífico del láser, y los planes de Gould para adaptar el láser a funciones bélicas causaron tal impacto en el Pentágono que en 1959 decidieron otorgar un millón de dólares a la TRG en lugar de los que la empresa había solicitado. El Pentágono estaba también lo bastante impresionado con las ideas de Gould como para proteger la investigación de la TRC con un minucioso cerco deseguridad, y los militares no tardaron en identificar un importante riesgo constituido per el propio Gordon Gould. A principios de los años cuarenta, Gould había coqueteado superficialmente con el marxismo o, según sus propias palabras, en aquella época "había contraído matrimonio con una mujerque se hizo comunista" y que en la actualidad ya no es su esposa. Esto ocurrió cuando trabajaba en el proyecto Manhattan, es decir, el que desarrolló la bomba atómica. Él y su esposa formaban parte de un grupo de estudio marxista dirigido por un delator del FBI. Según Gould, el individuo en cuestión era un provocador a sueldo a quien el FBI había obligado por medio del chantaje a convertirse en delator para la Agencia y a persuadir a cierta gente a que se uniesen al grupo. El interés de Gould hacia el socialismo acabó en desilusión cuando, en 1948, la Unión Soviética se apoderó de Checoslovaquia. Su esposa no compartía sus sentimientos y optaron per separarse. EL SECRETO Y LA CAZA DE ROJOS Sin embargo, Gould no lograría evitar la persecución que su breve asociación con el marxismo había desencadenado. En 1954 fue expulsado del colegio de la ciudad de Nueva York, donde trabajaba como profesor, y asegura que fue objeto de persecuciones per parte de "individuos como McCarthy". Y cuando en 1959, en plena guerra fría, la ARPA otorgó su contrato a la TRG, el historial de Gould bastó para que se le negase el permiso necesario desde el punto de vista de seguridad. No se le permitió que trabajase en su propio proyecto. Gould no abandonó la TRG, pero se vio obligado a trabajar separado de sus colegas, que disponían del permiso necesario. Había dos edificios: para quienes tenían permiso y otro para quienes no lo tenían. Gould bajaba en el segundo. Los investigadores del primero podían formular preguntas, pero no estaban autorizados a hablarle de lo que hacían. Sin embargo, Gould asegura que no le resultaba difícil estar al corriente de sus actividades a juzgar por las preguntas que le formulaban. Pero de lo que no cabe duda agrega, "es de que causaba retrasos considerables" Gould también se queja de las dificultades que supone atraer prestigiosos científicos cuando no se les puede explicar en que consiste el trabajo que se realiza. Townes y Schawlow no contaron con tal ayuda, por parte del Gobierno, y por consiguiente pudieron dedicarse a trabajar tranquilamente en eldesarrollo del láser en la universidad de Columbia y en los laboratorios Bell, respectivamente. Había también otros equipos que se esforzaban en construir un láser lo antes posible. Recordemos que, a pesar de que Townes, Schawlow y Gould habían solicitado patentes y elaborado varias detalladas propuestas, y de que algunos rusos habían hecho otro tanto, hacia fines de los años cincuenta nadie había construido en realidad ningún láser. En aquella época se suponía que los gases constituirían los mejores elementos para la acción del láser; sin embargo, a todos les aguardaba una gran sorpresa. Entre quienes observaban el ajetreo reinante, se encontraba un físico de los laboratorios de investigación de la compañía aérea Hughes, en Malibu, California, llamado Theodore H. Maiman. Éste había estado utilizando un rubí sintético como cristal para un máser y lo había estudiado con sumaatención. Otros investigadores habían Ilegado, en general, a la conclusión de que el rubí no constituía el material adecuado para el láser debido a las características de los átomos en el interior del cristal, pero los cálculos de Maiman le convencieron de que seria apropiado. LA SORPRESA DE MALIBU Trabajando solo y sin ayuda alguna por parte del Gobierno, Maiman construyó un pequeño artefacto que consistía en un cristal cilíndrico de rubí de un centímetro aproximado de diámetro, rodeado de una lámpara espiral intermitente. Los extremes de la barra de rubí habían sido cubiertos con el fin de que actuasen como espejos, condición necesaria para la oscilación del láser. Cuando el cristal recibía ráfagas de luz de unas millonésimas de segundo de duración, producía breves pulsaciones de luz Láser. El 7 de julio de 1960, Maiman comunicó a la prensa que había hecho funcionar el primer láser. Tan pequeño era el aparato, de unos escasos centímetros de longitud, que el encargado de relaciones públicas de la empresa Hughes no permitió que los periodistas lo fotografiasen y les ofreció en su lugar la fotografía de otro artefacto que todavía no había funcionado, pero que le parecía más impresionante debido a su mayor tamaño. En la era de las microcomputadoras y de los circuitos integrados, su actitud parece curiosa, pero en los años sesenta la mayor parte de los equipos electrónicos se construían todavía con voluminosas válvulas y de algún modo, lo mayor parecía mejor. El láser de Maiman producía unos vatios de luz, pero duraba escasamente unas millonésimas de segundo en un momento dado y correspondía a un extremo tan rojo del espectro luminoso que era casi invisible. Se precisaban delicados instrumentos para comprobar que las pulsaciones no eran simplemente fluorescentes, sino que correspondían a un tipo de luz que nadie había visto hasta entonces: la luz láser. La era del láser acababa de comenzar. Lamentablemente, las implicaciones del descubrimiento de Maiman no fueron evidentes en aquellos momentos para los redactores de una de las más prestigiosas publicaciones en su campo, la Physical Review Letters. Tras haber decidido en 1959 que los progresos en la física de los máseres ya no merecían ser publicados con urgencia (función primordial de la Physical Review Letters), optaron por rechazar el informe de Maiman. La segunda publicación de su elección era la prestigiosa, aunque menos especializada, revista británica Nature, donde en 1960 se apresuraron a publicar el artículo de Maiman que constaba escasamente de 300 palabras y constituía, por consiguiente, el más sucinto informe jamás divulgado sobre un importante descubrimiento científico. A pesar de su brevedad, el artículo permitió que se repitiese la hazaña de Maiman en varios laboratorios. Después de estudiar el trabajo de Maiman, los demás investigadores dirigieron rápidamente su atención a la construcción de otros modelos de láseres. Al principio, el progreso era lento. Durante el año 1960 se construyó el primer láser de gas y dos nuevos modelos de cristal, uno de los cuales era de Schawlow. En 1961 se descubrieron dos nuevos tipos de láser, uno de ellos debido al equipo de Gould de la TRG Inc. Al igual que el de Maiman, funcionaba por bombeo óptico, pero el material activo era vapor de cesio (un metal). COMIENZA EL GRAN AUGE El verdadero auge comenzó en 1962, y en 1965 la actividad del láser había sido observada en mil longitudes de onda diferentes, y ello sólo en los gases. Fueron muchos los que comenzaron a estudiar las posibles aplicaciones de los láseres a partir del momento en que se descubrieron. Una de ellas consistía en calcular la distancia a la que se encontraban ciertos objetos, y los militares no tardaron en aprovecharla para determinar la posición de los blancos. Los investigadores de los laboratorios Bell, entre otros, empezaron a estudiar su aplicación en el campo de las comunicaciones, como habían previsto en todo momento Townes y Schawlow. La fabricación comercial de los láseres tampoco se hizo esperar. Una de las primeras empresas en el nuevo campo fue la Korad Inc., fundada por Maiman en Santa Mónica, California, en No tardaron en aparecer otras. Muchas fracasaron y algunas son todavía pequeñas empresas con un puñado de empleados. Entre las que han logrado un gran éxito se encuentra Spectra-Physics Inc., radicada en Mountain View, California, cuyas ventasexceden los 100 millones de dólares anuales y sus acciones se cotizan en la Bolsa de Nueva York. Pronto comenzaron los pioneros del láser a cubrirse de honores. En 1964, Townes, Basov y Prokhorov compartieron el premio Nobel de física. A Townes se le otorgó la patente del máser, que, puesto que cubría toda amplificación por emisión estimulada fuere cual fuese la longitud de onda, afectaba también al láser. Townes y Schawlow compartieron una patente básica sobre el láser (es decir, un artefacto que opere especialmente en longitudes de onda ópticas e infrarrojas). A Maiman se le otorgó una patente por su láser de rubí y al fin consiguió hacerse con una suma considerable de dinero al vender su participación en Korad Inc. a la Union Carbide Corporation. Entretanto, Gordon Gould parecía haberse esfumado. Townes y Schawlow estaban en posesión de la patente que él esperaba conseguir, habiéndosele anticipado en casi nueve meses. Cuando intentó que se reconociesen sus derechos a la solicitud de 1959 se vio involucrado en cinco costosas y prolongadas acciones judiciales, propias del procedimiento utilizado por la oficina de patentes de Estados Unidos para determinar a quién corresponden los derechos de un invento determinado. En la primera de sus acciones, Gould se estrelló contra la patente de Townes y Schawlow. Esencialmente quedó desacreditado, y además se ganó la antipatía de numerosos miembros de la comunidad científica, debido al prestigio de los hombres a quienes se enfrentaba. A continuación Gould perdió otras dos batallas parecidas, pero ganó otras dos que, más adelante, constituirían las bases de las demás patentes que le iban a otorgar. A fin de cuentas su compañía había pagado dólares en gastos judiciales y la mayor parte de las solicitudes habían caído en el olvido. En 1977 recuperó de su compañía el derecho de sus patentes y comenzó a insistir en las solicitudes personalmente. Incapaz de seguir financiando sucesivas batallas legales, Gould cedió parte de sus derechos de patente a una agencia de licencias y patentes de Nueva York llamada Refac Technology Development Corporation, a cambio de que la agencia se comprometiese a seguir tramitando las solicitudes. EL RETORNO DE GORDON GOULD Los esfuerzos de Refac se vieron coronados al fin por el éxito. El 11 de octubre de 1977 le fue otorgada una patente a Gould relacionada con la técnica del bombeo óptico, que según hemos aclarado en el capítulo 3 es necesaria para el funcionamiento de muchos láseres. En 1979, Gould recibió una segunda patente que, al igual que la del bombeo óptico, hundía sus raíces en la solicitud de 1959 y cubría una amplia gama de aplicaciones del láser. Cuando Gould recibió su patente relacionada con el sistema de bombeo óptico, el asombro fue enorme en la industria del láser. Las patentes de Townes y Schawlow acababan de caducar y los fabricantes de láseres creían que ya no se verían obligados a seguir pagando derechos por la utilización de conceptos básicos sobre el láser. Entre aquellos a quienes afectaban las nuevas patentes se encontraban numerosos fabricantes de láseres industriales, así como otros de aplicaciones bélicas basados en el sistema de bombeo óptico, y cuando Refac les exigió el 5 por ciento manifestaron que no estaban dispuestos a aceptar la validez de las patentes en cuestión. Apenas acababa de ser otorgada la primera patente, cuando se presentó una denuncia por uso indebido del sistema de bombeo óptico contra la empresa denominada Control Laser Corporation, de Orlando, Florida, pero a los cuatro años no había llegado todavía el caso a los tribunales. Lo más probable es que el caso acabe ante el Tribunal Supremo, puesto que se trata de uno de los más complejos de la historia jurídica de Estados Unidos. Junto a las 18 densas páginas donde se describe la propia patente se encuentra un tomo de 500 páginas detallando la historia legal de dicha patente, que debe ser cuidadosamente estudiado con el fin de determinar la validez. Las complejidades del caso incluyen al mismo tiempo enmarañadas cuestiones técnicas y minuciosos puntos jurídicos. Para que una patente resulte válida, la información contenida en ella debe ser lo suficientemente detallada como para que alguien que disponga de los conocimientos y los recursosnecesarios en el momento de presentar la solicitud sea capaz de construir el artefacto descrito en ella. Sin embargo, Maiman ha puntualizado que Schawlow, Townes o Gould no habían construido ningún láser cuando solicitaron sus respectivas patentes, ni lo hicieron tampoco en un futuro inmediato. Por otra parte, transcurridos más de veinte años (a principios de 1981), Gould y un colega suyo construyeron un láser sirviéndose -según Gould- de la información que aparecía en la solicitud de su patente y demás información e instrumentos de dominio público en el momento en que dicha patente fue solicitada en Apenas había acabado Gould de construir su láser y se disponía a mostrar ante los tribunales cuando surgió una nueva complicación. En el ejemplar de Science correspondiente al 3 de abril de 1981 apareció un informe de un grupo de científicos del Godard Space Flight Center de la NASA, encabezado por Michael Mumma, según el cual habían detectado amplificación láser por bombeo óptico en la atmósfera de Marte. El equipo de Mumma descubrió que la luz del sol produce una inversión de población el dióxido de carbono entre 75 y 90 km. sobre la superficie de Marte, provocando emisión estimulada amplificada -es decir, lo que nosotros denominamos amplificación láser- en la gama infrarroja. La Control Laser Corporation recibió la noticia con verdadero deleite, afirmando que el destello demostraba que la amplificación láser por bombeo óptico era fenómeno natural y por consiguiente no patentable. Las solicitudes de patente más recientes de Gould están también plagadas de complejidades. El caso comenzó cuando Refac decidió entablar un juicio con una pequeña empresa canadiense denominada Lumonics Inc., que se dedica a la fabricación de sistemas láser para grabar objetos. Entonces, la General Motors decidió intervenir en defensa Lumonics, y ahora parece haberse hecho cargo de la defensa del cargo. La GM alega que la patente no es válida, puesto que no se trata más de una extensión de un arte ya existente, que se remonta al año 212 A.C., cuando Arquímedes incendió la armada romana que sitiaba Sisa sirviéndose de una lupa. En esta situación se dan finalmente dos paradojas. Townes forma parte consejo de administración de la General Motors, si bien la empresa no tomó parte en la decisión de intervenir en el pleito. Además fue Townes el primero en observar en 1973, las emanaciones infrarrojas de la atmósfera de Marte, que en 1980, el equipo de Mumma demostraría que procedían de amplificación Uno de los factores que ha contribuido al difícil reconocimiento de las retribuciones de Gould al desarrollo del láser, es el hecho de que no se ajustase a los procedimientos tradicionales de la comunidad científica. Se espera que los científicos se ocupen de patentar sus descubrimientos, pero también que describan sus investigaciones sin pérdida de tiempo en alguna publicación científica, con el doble propósito de informar a los demás científicos y establecer la prioridad de su trabajo. Para justificar el hecho de no haberse ajustado a dichas normas, Gould habla de presiones cronológicas, elconflicto potencial entre publicar y obtener patentes extranjeras, y el hecho de que, a causa de los militares, gran parte de su información constituía un secrete de Estado. Lo ocurrido ha contribuido (y sigue haciéndolo) a que el papel de Gould en la historia del láser cayese parcialmente en el olvido. TEMAS DELICADOS Existe también otro aspecto sumamente delicado que hace referencia al trato de los estudiantes licenciados dedicados a la investigación. Muchos estudiantes se inspiran en ideas brindadas por sus catedráticos, pero también se da el caso de ciertos miembros de la facultad que están dispuestos a apropiarse las ideas de sus alumnos. Townes asegura que la mayoría de las ideas plasmadas en el cuaderno de Gould, así como en las solicitudes de sus patentes, son meras ampliaciones de las descripciones que Townes le ofreció en su día. Gould, por su parte, alega que sus ideas son originales. Es posible que los tribunales saquen sus propias conclusiones, pero es improbable que jamás resuelvan el asunto de una forma definitiva. A nivel personal todavía existe un evidente rencor entre ambos científicos. Townes nos dijo en fechas recientes que, en su opinión, son muchos los que han contribuido enormemente al desarrollo del láser, pero agregó que Gould no era uno de ellos. Gould afirma que Schawlow es «un individuo muy agradable» pero, aparte del comentario críptico «supongo que tiene sus necesidades», se niega a hablar de Townes. Cuando le preguntamos a Schawlow qué opinión le merecía Gould, el físico, por lo general repleto de jovialidad, se incomodó visiblemente y admitió que las solicitudes de patentes de Gould habían logrado disgustarle. La concesión de las patentes le ha proporcionado a Gould satisfacción emocional y financiera. Al vender finalmente la parte que le correspondía de las patentes, ha conseguido dólares al contado y dos millones de dólares en obligaciones. Los compradores son también personajes curiosos en eljuego de las patentes; se trata de una empresa de Ardmore, Pennsylvania, que se denominaba Panelrama Corporation, y que con el fin de realizar la compra liquidó una cadena de tiendas al por menor que trabajaba con pérdidas. Entonces Panelrama cambió de nombre y pasó a llamarse Patlex Corporation, puesto que esencialmente sus intereses en las patentes de Gould constituyen su único negocio. En el caso de que dichas patentes entren en vigor, Patlex, Gould, Refac y los abogados de Nueva Jersey que se ocupan del caso compartirán los derechos reales, que podrían llegar a representar decenas o incluso centenares de millones de dólares durante el período en que se hallen en vigor las patentes. El propio Gould estima que dichas patentes podrían reportar unos 10 millones de dólares anuales, y su validez se extiende a lo largo de diecisiete años. Sin embargo, numerosos observadores en el mundo del láser creen que las solicitudes son excesivamente abstractas para tener validez y que incluso la patente relacionada con el bombeo óptico puede desmoronarse ante un concertado ataque jurídico. Al igual que la mayoría de los pioneros del láser, Gould se ha dedicado a otros campos. En la actualidad, con sus sesenta años ya cumplidos, es vicepresidente de una pequeña empresa de Gaithersburg, Maryland, que se dedica a la fabricación de equipos destinados a comunicaciones por fibraóptica y que se denomina Optelecom Inc. Su cliente más importante es el ejército, pero Gould espera que llegue el día en que el beneficio de sus patentes le permita decidir el campo en el que desee investigar, sin tener que preocuparse de los deseos de los militares. Ahora que ha logrado la concesión de sus patentes, Gould ha comenzado a recibir premios tales como el de inventor del año, otorgado por la Asociación en pro del progreso de la invención y la innovación. Sin embargo, a Gould ya poco le importa. «Nada tienen que ver esas patentes con mi orgullo», asegura, aunque me gustaría sacarles algún dinero». Tanto Townes como Schawlow han seguido brillantes carreras en el mundo académico y ambos han recibido innumerables premios. Townes es catedrático de física en la universidad de California, en Berkeley, y desde hace algún tiempo se ocupa primordialmente de radioastronomía y radiaciones infrarrojas, utilizando máseres y láseres para ciertos aspectos de su trabajo. Schawlow es catedrático de física en la universidad de Stanford, y utiliza láseres como herramientas para el estudio de las propiedades de la materia, sin ocuparse de los propios láseres. Gracias a su trabajo, Schawlow compartió con Nicolaas Bloembergen -físico de la universidad de Harvard que también participó activamente en el desarrollo inicial del láser- el premio Nobel de física de Schawlow estaba de un humor excelente cuando hablamos con él el día en que se dio a conocer la noticia, puesto que ya no se vería obligado a aclarar que no había recibido ningún premio Nobel, como comúnmente, se suponía debido a su estrecha cooperación con Townes en el desarrollo del láser. Después de muchos años en Korad Inc., Maiman acabó también distanciándose de los láseres. Intentó abrirse camino en varios campos y durante varios años trabajó como asesor independiente antes de unirse a la TRW Inc. en calidad de vicepresidente encargado de tecnología y nuevas empresas. Muchos otros pioneros del láser, tales como Gordon, Zieger y Weber, han abandonado a su vez la investigación activa en dicho campo. Entre los primeros investigadores, los que siguen mas estrechamente vinculados con la investigación del láser son Basov y Prokhorov. Basov es director del instituto de física Lebedev, de Moscú, y miembro del Parlamento soviético. Prokhorov es subdirector del instituto Lebedpv. Ambos científicos dirigen grandes equipos dedicados a la investigación relacionada con el láser y sus nombres aparecen con regularidad en los artículos sobre dicho campo. Los posibles usos del láser son casi ilimitados. El láser se ha convertido en una herramienta valiosa en la industria, la investigación científica, la tecnología militar o el arte. Aplicaciones del láser Industria Es posible enfocar sobre un punto pequeño un haz de láser potente, con lo que se logra una enorme densidad de energía. Los haces enfocados pueden calentar, fundir o vaporizar materiales de forma precisa. Por ejemplo, los láseres se usan para taladrar diamantes, modelar máquinas herramientas, recortar componentes microelectrónicos, calentar chips semiconductores, cortar patrones de moda, sintetizar nuevos materiales o intentar inducir la fusión nuclear controlada (véase Energía nuclear). El potente y breve pulso producido por un láser también hace posibles fotografías de alta velocidadcon un tiempo de exposición de algunas billonésimas de segundo. En la construcción de carreteras y edificios se utilizan láseres para alinear lasestructuras. Soldador láser Los láseres se emplean para detectar los movimientos de la corteza terrestre y para efectuar medidas geodésicas. También son los detectores más eficaces de ciertos tipos de contaminación atmosférica. Los láseres se han empleado igualmente para determinar con precisión la distancia entre laTierra y la Luna y en experimentos de relatividad. Actualmente se desarrollan conmutadores muy rápidos activados por láser para su uso en aceleradores de partículas, y se han diseñado técnicas que emplean haces de láser para atrapar un número reducido de átomos en un vacío con el fin de estudiar sus espectros con una precisión muy elevada. Como la luz del láser es muy direccional y monocromática, resulta fácil detectar cantidades muy pequeñas de luz dispersa o modificaciones en la frecuencia provocadas por materia. Midiendo estos cambios, los científicos han conseguido estudiar las estructuras moleculares. Los láseres han hecho que se pueda determinar la velocidad de la luz con una precisión sin precedentes; también permiten inducir reacciones químicas de forma selectiva y detectar la existencia de trazas de sustancias en una muestra. Véase Análisis químico; Fotoquímica. Investigación científica La luz de un láser puede viajar largas distancias por el espacio exterior con una pequeña reducción de la intensidad de la señal. Debido a su alta frecuencia, la luz láser puede transportar, por ejemplo, veces más canales de televisión de lo que transportan las microondas. Por ello, los láseres resultan ideales para las comunicaciones espaciales. Se han desarrollado fibras ópticas de baja pérdida que transmiten luz láser para la comunicaciónterrestre, en sistemas telefónicos y redes de computadoras. También se han empleado técnicas láser para registrar información con una densidad muy alta. Por ejemplo, la luz láser simplifica el registro de un holograma, a partir del cual puede reconstruirse una imagen tridimensional mediante un rayo láser. Comunicaciones Con haces intensos y estrechos de luz láser es posible cortar y cauterizar ciertos tejidos en una fracción de segundo sin dañar al tejido sano circundante. El láser se ha empleado para ‘soldar’ la retina, perforar el cráneo, reparar lesiones y cauterizar vasos sanguíneos. También se han desarrollado técnicas láser para realizar pruebas de laboratorio en muestras biológicas pequeñas. Medicina Láser atómico Los sistemas de guiado por láser para misiles, aviones y satélites son muy comunes. La capacidad de los láseres de colorante sintonizables para excitar de forma selectiva un átomo o molécula puede llevar a métodos más eficientes para la separación de isótopos en la fabricación de armas nucleares. Tecnología militar En enero de 1997, un equipo de físicos estadounidenses anunció la creación del primer láser compuesto de materia en vez de luz. Del mismo modo que en un láser de luz cada fotón viaja en la misma dirección y con la misma longitud de onda que cualquier otro fotón, en un láser atómico cada átomo se comporta de la misma manera que cualquier otro átomo, formando una "onda de materia" coherente. Los científicos confían en las numerosas e importantes aplicaciones potenciales de los láseres atómicos, aunque presenten algunas desventajas prácticas frente a los láseres de luz debido a que los átomos están sujetos a fuerzas gravitatorias e interaccionan unos con otros de forma distinta a como lo hacen los fotones.

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