3. Fibra Óptica

3.6. Propiedades Cuánticas de la Luz

Las transiciones atómicas que emiten o absorben luz visible son generalmente transiciones  electrónicas, que se pueden describir en términos de saltos electrónicos entre niveles de energía atómica cuantizados.

 Figura 1

Emisión Estimulada

Si un electrón se encuentra ya en un estado excitado, (en un nivel de energía superior, en contraste con su nivel más bajo posible o "estado fundamental"), entonces, un fotón incidente con energía cuántica igual a la diferencia de energía entre el nivel actual del electrón y un nivel inferior, puede "estimular" una transición a ese nivel más bajo, produciendo un segundo fotón con la misma energía que el incidente. 

 Figura 2

Cuando una población considerable de electrones se encuentra en niveles superiores, esta condición se conoce como "inversión de población", y prepara el escenario para la emisión estimulada de múltiples fotones. Esta es la condición previa para la amplificación de la luz que se produce en un láser, y dado que los fotones emitidos tienen un tiempo definido y una relación de fase entre sí, la luz tiene un alto grado de coherencia

 Figura 3

Luz Coherente


La coherencia es una de las propiedades particulares de la luz del láser. Surge del proceso de emisión estimulada que proporciona la amplificación. Puesto que un estímulo común arranca el proceso de emisión que proporciona la luz amplificada, los fotones emitidos están "acompasados" y tienen una definida relación de fase unos con otros. Esta coherencia se describe en términos de coherencia temporal y coherencia espacial, las cuales son importantes para la producción de la interferencia que se usan en los hologramas.

 Figura 4

La idea es similar a cuando un padre hamaca a su hijo, hay un sincronismo que va haciendo que se el columpio o hamaca llegue cada vez mas alto.

Para poder emitir por estimulación, el material que se utiliza como base para generar luz Laser, deben estar en un estado excitado, para ello la sustancia es contínuamente “bombardeada” con una luz de mayor energía que la que emite el laser, de esa manera los electrones del material alcanzarán un estado “metaestable”.
El tiempo de vida de los electrones en estado exitado es muy corto 10-9 s.
El tiempo del estado metaestable es de 10-6 s. (mucho mayor que el tiempo de estado exitado)


Dado que buscamos que existen muchos electrones en el estado metaestable ( estado con mayor energía que el normal) se conoce esto como inversión de la población.

Partes de un Laser.

1) Fuente externa de radiación. Fuente de Luz , es de semiconductores o reacciones químicas.

2) Espejo. Refleja la Luz, alta reflectancia (cercana al 100%)
3) Semi Espejo: Este semi espejo permite escapar la Luz amplificada. Tanto este semiespejo como el espejo pueden conformar conjuntos planos, concéntricos, hemiesféricos, confocal, concavo-convexo.

4) Material constituyente del Laser:
Es el Material Excitable (Gaseoso: Helio,Argón Sólido: Rubí, Titanio, Zafiro), esta contenido dentro de la cavidad.
5) Cavidad del Laser:
Espacio entre Espejos. Contiene al Material estimulable. Su diseño y Dimensión son Fundamentales.

 Figura 5

Las emisiones espontáneas de un fotón en cualquier dirección, provocan una emisión estimulada , pero la cavidad y los espejos permittrán que SOLO las emisiones longitudinales que tengan un características específicas ( longitud de onda y fase) sean amplificadas y puedan escapar como luz laser.