Láseres de Estado Sólido y de Gas
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Questions and Answers

¿Cuál es el medio activo en los láseres de estado sólido?

  • Gas
  • Sólido (correct)
  • Líquido
  • Plasma

    • ¿Qué ion activo se utiliza comúnmente en el láser de rubí?

  • Cr+3 (correct)
  • Nd+3
  • Co+2
  • Ti+3

    • ¿Cuál es la principal función del cristal en un láser de estado sólido?

  • Cambiar la emisión a luz visible
  • Aumentar la longitud de onda
  • Producir el medio activo
  • Disipar la energía en exceso del bombeo (correct)

    • ¿Qué tipo de bombeo puede utilizar un láser de estado sólido?

    <p>Óptico</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué es el ancho de pulso en la operación de un láser?

    <p>El tiempo en el que emite una sola luz</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el rango espectral de los láseres de gases, específicamente del láser de argón?

    <p>IR-VIS-UV</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el medio activo del láser de dióxido de carbono?

    <p>N2 y CO2</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la condición no de equilibrio para la emisión inducida en un sistema de dos niveles?

    <p>N' &lt; N</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de método de bombeo se utiliza en los láseres de dióxido de carbono?

    <p>Descarga eléctrica</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué afirmación es correcta sobre el número de partículas en el estado excitado en un sistema de dos niveles?

    <p>Nunca supera el 50% del estado fundamental.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre un sistema de dos niveles es falsa?

    <p>Puede mantener una inversión de población.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se describen las condiciones de operación del láser de argón?

    <p>Continua y de potencias moderadas</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes ecuaciones representa la evolución temporal de la población en un sistema de dos niveles?

    <p>$\frac{dN'}{dt} = B \rho \nu' N' - A N(t)$</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué característica describe el tipo de láser de dióxido de carbono?

    <p>Cuatro niveles de energía</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué sucede con el número de partículas del estado excitado en un sistema de tres niveles?

    <p>Es la suma de los estados excitados y fundamental.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué implica la emisión inducida neta en un sistema de dos niveles?

    <p>Se produce cuando N' &lt; N.</p> Signup and view all the answers

    En un sistema de tres niveles, ¿cuál es la forma correcta de representar a N?

    <p>N = N' + N'' + N'''</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es una de las limitaciones fundamentales de un sistema de dos niveles?

    <p>No puede utilizarse para láser.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué significa el término TEM en el contexto de los modos electromagnéticos de un láser?

    <p>Transversal Electromagnético</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es correcta sobre el modo TEM00?

    <p>Es el primer modo transversal y no tiene nodos en los ejes x e y.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué determina la naturaleza de los modos transversales en un láser?

    <p>El diseño y las dimensiones de los espejos y del resonador.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué es un nodo en el contexto de los modos electromagnéticos de un láser?

    <p>Un punto donde el campo eléctrico es cero.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se describen los modos transversales electromagnéticos?

    <p>Poseen componentes eléctricas y magnéticas.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se entiende por 'ganancia umbral' en un sistema láser?

    <p>El punto en que se inicia la emisión de láser sostenida.</p> Signup and view all the answers

    La expresión ∆𝜈 = $\frac{c}{2ℓ}$ está relacionada con qué concepto en el contexto de láser?

    <p>La separación entre los modos de resonancia.</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué efecto tiene la difracción en los modos transversales electromagnéticos?

    <p>Crea distribuciones estacionarias del campo eléctrico.</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el medio activo utilizado en el láser de Nd:YAG?

    <p>Granate de itrio-aluminio</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de láser es el láser de Cr+3?

    <p>Láser de tres niveles</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el rango espectral del láser de rubí?

    <p>692-694 nm</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué método de bombeo se utiliza en el láser de Ti:zafiro?

    <p>Óptico</p> Signup and view all the answers

    ¿Cómo se caracteriza la operación del láser de semiconductores?

    <p>Continua</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la longitud de onda del láser de Nd:YAG?

    <p>1064 nm</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de láser es el láser de Ti:zafiro?

    <p>Láser de cuatro niveles</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué características tiene el granate YAG utilizado en el láser de Nd:YAG?

    <p>Gran transparencia óptica y alta dureza</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de espectro abarca el láser de Ti:zafiro?

    <p>VIS-IR</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué ion se utiliza como medio activo en el láser de Cr+3?

    <p>Iones Cr+3</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el fenómeno que ocurre cuando un fotón induce la transición de un estado excitado a uno fundamental, generando un fotón adicional?

    <p>Emisión inducida</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de distribución describe el equilibrio en la población de niveles energéticos del sistema?

    <p>Distribución de Maxwell-Boltzmann</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué se necesita para que ocurra la inversión de población en un sistema láser?

    <p>Que la población en estado excitado sea mayor que en estado fundamental</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál de las siguientes opciones describe mejor el principio del funcionamiento de un láser?

    <p>Amplificación de luz por emisión estimulada de radiación</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es el efecto del bombeo eléctrico en el funcionamiento de un láser de gas como el He-Ne?

    <p>Inicia la inversión de población</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué describe el término 'población sobreenfriada' en el contexto de los láseres?

    <p>Cuando la población en estado excitado es menor que la fundamental</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué aspecto de la tecnología láser ha mejorado significativamente desde 1960 hasta 2020?

    <p>El rango de frecuencia y sintonía</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué característica se asocia con las intensidades de pico actuales de los láseres?

    <p>Mayor a 10²⁰ W/cm²</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué relación describe el fenómeno de absorción inducida?

    <p>El número de fotones absorbidos es proporcional a la energía incidente</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué indica una saturación en la población de un sistema láser?

    <p>Que la población en niveles excitados es aproximadamente igual a la de niveles fundamentales</p> Signup and view all the answers

    ¿Cuál es la contribución principal de Townes, Schawlow y Maiman en el desarrollo de láseres?

    <p>Conceptualizaron y realizaron experimentos con láseres ópticos</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué propiedad de un láser se define como su capacidad para emitir luz de una sola frecuencia?

    <p>Monocromaticidad</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué tipo de láser fue desarrollado por Maiman en 1960?

    <p>Láser de rubí</p> Signup and view all the answers

    ¿Qué es necesario para lograr la estabilidad de frecuencia en un láser?

    <p>Control de la fase del medio</p> Signup and view all the answers

    Study Notes

    Tema 7: Láser

    • Introducción a los láseres y máseres, propiedades de la radiación láser, láseres de estado sólido, láseres de gases, láseres químicos y de excímeros, láseres de colorantes, y aplicaciones químicas y espectroscópicas.

    Antecedentes Históricos

    • 1916: A. Einstein: emisión inducida y emisión espontánea.
    • 1954: C. Townes: Máser de microondas NH3.
    • 1955: A.M. Prokhorov y N.G. Basov: Máser.
    • 1958: G. Gould y Schawlow: Extensiones IR y VIS.
    • 1960: T. Maiman: Láser de estado sólido y bombeo óptico: Rubí.
    • 1960: A. Javan: Láser de gas y bombeo eléctrico: He-Ne (IR: 1100 nm).
    • 1964: Premio Nobel Townes-Prokhorov-Basov.

    Procesos de Interacción Radiación-Materia

    • Absorción inducida: A + hv → A*.
    • Emisión inducida: A* + hv → A + 2hv (genera fotones idénticos).
    • Emisión espontánea: A* → A + hv.

    Intensidad y Distribución de Población

    • El balance absorción/emisión inducida depende de la distribución de población.
    • Distribución de equilibrio (Maxwell-Boltzmann).
    • Población sobreenfriada (N2 < N1 e-E12/kT).
    • Saturación (N2 ≈ N1).
    • Inversión de población (N2 > N1).

    Evolución Sistema de Dos/Tres Niveles

    • Un sistema de tres niveles puede mantener la inversión de población entre los niveles 3 y 2, si el estado 2 decae espontáneamente mucho más rápido que el estado 3.
    • Equilibrio: (dN1/dt) = (dN2/dt) = (dN3/dt) = 0.

    Láser y Máser: Principio Básico

    • Un láser es un amplificador óptico, similar a un amplificador electrónico.
    • Un generador produce una señal de radiación.
    • La retroalimentación al generador compensa las pérdidas internas.
    • Un resonador elimina las frecuencias indeseables.

    Componentes Básicos del Láser

    • Medio activo: permite la inversión de población.
    • Dispositivos de excitación: necesarios para la inversión de población.
    • Cavidad resonante: necesaria para causar oscilación mediante retroalimentación.

    Láseres: Medios de Ganancia e Inversión de Población

    • Sistemas de dos/tres niveles: limitaciones y posibilidades de inversión de población
    • Sistemas de cuatro niveles: sistemas de bombeo más efectivo.

    Láseres: Dispositivos de Bombeo

    • Métodos de bombeo externo: óptico, descarga eléctrica y reacciones químicas.

    Láser: Cavidad Resonante

    • Cavidad resonante (óptica multipaso), Resonador Fabry-Pérot (óptica de dos reflectores - Plano-paralelo, confocal, concéntrico), Frecuencias de resonancia.
    • Modos longitudinales, Rango espectral libre, Separación entre modos longitudinales, Modos transversales electromagnéticos TEM

    Condición de Resonancia

    • La condición de resonancia depende de la longitud de la cavidad.
    • Para las frecuencias de resonancia, la interferencia es constructiva.
    • A frecuencias no resonantes, la interferencia es destructiva.

    Láser: Conmutación Q - Q Switching

    • Método para obtener pulsos energéticos cortos mediante la modulación de las pérdidas intracavitarias. Se aplica en pulsos de nanosegundos.
    • Proceso de modulación: inicialización de altas pérdidas (no emisión) y acumulación de energía antes de la emisión del pulso.

    Tipos de Láseres

    • Sólido, Gases, Líquidos, Químicos y de excímeros.

    Láseres de Estado Sólido

    • Medio activo: cristal o vidrio dopado (por ejemplo, con iones Cr+, Nd+, Ti+).
    • Método de bombeo: óptico.
    • Rango espectral: IR y VIS.

    Láseres de Gases

    • Medio activo: átomos, gases ionizados, moléculas (He, Ne, Ar, N2, CO2).
    • Método de bombeo: descarga eléctrica.
    • Rango espectral: IR, VIS, UV.

    Láseres Químicos y de Excimeres

    • Medio activo: gas reactivo (excimer = excited dimer).
    • Efecto láser por generación de productos químicos en estados de no equilibrio.
    • Rango espectral: UV.

    Láseres de Líquidos (Colorantes)

    • Medio activo: colorante orgánico (p.e., rodamina).
    • Método de bombeo: óptico.
    • Rango espectral: VIS-UV.
    • Operación: continua ó pulsada

    Aplicaciones Químicas y Espectroscópicas

    • Diversas aplicaciones en espectroscopía, como técnicas de análisis químico, así como en dispositivos médicos y de investigación.

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    Description

    Este cuestionario abarca conceptos fundamentales sobre láseres de estado sólido y de gas, incluyendo medios activos, métodos de bombeo y características de operación. Evaluará tu comprensión sobre el láser de rubí, argón y dióxido de carbono, así como el concepto de emisión inducida en sistemas de dos niveles.

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