Máster en Química: Tema 7 - Láser

Introducción al Máster

• El máster aborda técnicas avanzadas en química, análisis y control de calidad químico.
• Se enfoca en la espectroscopía molecular de alta resolución.

Tema 7: Láser

• Se presenta una introducción al láser y el máser.
• Se detallan las propiedades de la radiación láser.
• Se analizan distintos tipos de láseres: de estado sólido, de gases, químicos y de excímeros, de colorantes.
• Se mencionan las aplicaciones químicas y espectroscópicas de los láseres.

Antecedentes Históricos

• Se revisan los trabajos de Albert Einstein (1916) sobre emisión inducida y espontánea.
• Se destaca el concepto de láser, desarrollado por Charles Townes y sus colegas (1954-1958).
• La invención del láser y sus desarrollos posteriores se han visto premiados con el premio Nobel. (1964) por Townes-Prokhorov-Basov.

Desarrollo de los Láseres (1960-2020)

• Se ha logrado un gran progreso en la tecnología láser.
• Se ha ampliado el rango de frecuencias y sintonía.
• Se han mejorado los niveles de monocromaticidad y estabilidad.
• La escala temporal y el control de fase se han minimizado considerablemente.
• La potencia de pico se ha incrementado notablemente.

Procesos de Interacción Radiación-Materia

• Se describe la absorción inducida y la emisión inducida de fotones.
• Se explica el proceso de emisión espontánea.
• Se menciona la importancia de la distribución de población en estos procesos.

Intensidad y Distribución Población

• El balance absorción/emisión inducida depende de la distribución de población.
• Se analiza el equilibrio de Maxwell-Boltzmann.
• Se introduce el concepto de población sobreenfriada y saturación.
• Se define la inversión de población.

Evolución de Sistemas de Dos y Tres Niveles

• Un sistema de tres niveles puede mantener la inversión de población entre los niveles 3 y 2.
• La inversión de población es necesaria para generar luz láser.

Láser y Máser: Principio Básico

• El láser es un amplificador óptico similar a un amplificador electrónico.
• Un generador produce una señal de radiación.
• La retroalimentación compensa las pérdidas internas del sistema.
• El resonador elimina las frecuencias indeseables para la señal de radiación amplificada.

Componentes Básicos del Láser

• El medio activo permite la inversión de población y amplifica la radiación.
• El dispositivo de excitación (bombeo) es necesario para generar la inversión de población.
• La cavidad resonante amplía y focaliza la radiación (reforzamiento) en la misma frecuencia.

Máser (Componentes Básicos)

• Se describen los componentes de un máser de haces moleculares de H atómico.
• Se menciona la excitación por descarga eléctrica.
• El sistema de tres niveles puede mantener la inversión.

Láser: Medios de Ganancia e Inversión Población

• Se abordan los sistemas de dos y tres niveles como medios para generar láser.
• Se analizan las limitaciones y ventajas de cada uno.

Láser: Cavidad Resonante

• Se detalla el resonador óptico multipaso, su funcionamiento y las bases para obtener las frecuencias de resonancia.
• Se describen los resonadores Fabry-Pérot, sus tipos y características.
• Se explora el concepto de frecuencias de resonancia y el rango espectral libre.

Láser: Modos Transversales

• Se describe la naturaleza de los modos transversales (TEM).
• Se explican las características dependientes de los reflectores.

Condición de Resonancia

• Se analizan las condiciones de resonancia en una cavidad.
• Se relaciona con las propiedades de interferencia constructiva y destructiva.

Láser: Intensidad y Brillo

• Se definen los conceptos de irradiancia e iluminancia.

Láser: Conmutación Q - Q Switching

• Se explora el método de conmutación Q.
• Se describen el proceso de modulación para pulsos energéticos cortos.
• Se destacan sus aplicaciones en láseres de estado sólido.

Tipos de Láser

• Clasificación general de los láseres por el medio activo (sólidos, gases, líquidos, químicos, excímeros).
• Describe los distintos métodos de bombeo para generar la excitación láser.
• Describe las regiones espectrales de los láseres.
• Describe cómo se opera cada modelo láser: continuo o pulsado.
• Se destaca la potencia del haz de cada modelo láser.

Láseres de Estado Sólido

• Describe los medios activos (sólidos).
• Se describe el método de bombeo óptico.
• Especifica los tipos de láseres de estado sólido; Rubí, Nd:YAG y Ti:Zafiro.
• Se indican las características principales de cada uno de ellos.

Láseres de Gases

• Describe los medios activos de los láseres de gases.
• Describe los métodos de bombeo eléctrico (discharge).
• Tipos de láseres de gases, incluyendo ejemplos específicos.
• Se menciona la operación pulsada o continua, y potencia asociada.

Láseres Químicos y de Excimeres

• Describe el medio activo de los láseres químicos y de excimeres.
• Se detalla cómo se logra el efecto láser.
• Se especifica la composición de los tipos de láseres.
• Se especifica el método de bombeo.
• Se explora las regiones espectrales, funcionamiento, ejemplos de aplicaciones.

Láseres de Líquidos: Láseres de Colorantes

• Describe los medios activos de los láseres de líquidos (colorantes).
• Se describe el medio activo, el método de bombeo (óptico) de los láseres de colorantes.
• Especificaciones del espectro de funcionamiento y tipo de operación (continua, pulsada).

Aplicaciones Químicas y Espectroscópicas

• Diversos usos de láseres en química y espectroscopia.
• Técnicas como la espectroscopía Raman y otras.

Este cuestionario explora el tema del láser en el marco del máster en química. Se abordan las propiedades de la radiación láser, así como los diferentes tipos de láseres y sus aplicaciones en el análisis químico. Además, se revisan los antecedentes históricos y el desarrollo tecnológico de los láseres desde 1960 hasta 2020.