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EL LÁSER EL LÁSER

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EL LÁSER: EL LÁSER: HISTORIA Y HISTORIA Y APLICACIONES (1)APLICACIONES (1)

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Proceso

Absorción

Situación inicial Situación final

Coeficiente

B12

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Emisión espontánea

Emisión Emisión estimuladaestimulada B21

A21

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NACIMIENTO DEL LÁSER:NACIMIENTO DEL LÁSER:T. H. MAIMANT. H. MAIMAN

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T. H. MAIMANT. H. MAIMAN

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El primer láser se desarrolló en julio de 1960, en los laboratorio de Hughes Research (California) por Theodore H. Maiman (1927 - 2007), director del departamento de Electrónica Cuántica

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El artículo con sus trabajos fue rechazado por Physics Review Letters, que creyó que no era tema de necesaria rápida publicación. Finalmente lo publicó en dos revistas inglesas (T.H. Maiman, “Optical maser action in ruby”, British Communications and Electronics, 7, 674 (1960); Nature, 187,493 (1960))

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Esquema del primer láser de rubí, tal y como aparece

en el artículo original.

T.H. Maiman, mostrando su primer láser de rubi.

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Esquema eléctrico del circuito empleado.

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BOMBEO

RADIACIÓN DE SALIDA

MATERIAL ACTIVO

EMISIÓN ÓPTICA

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DE SALIDA

SISTEMA DE REALIMENTACIÓN

ACTIVO

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El desarrollo del primer láser de rubí costó únicamente del orden de $ 50.000, mientras que otros laboratorios estaban invirtiendo en esas fechas cantidades próximas al millón de dólares. Puede considerarse más un desarrollo de ingeniería que de física aplicada

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Diagrama de niveles de energía en el rubí

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EL SEGUNDO LÁSER: SOROKINEL SEGUNDO LÁSER: SOROKIN

Pocos meses después de la aparición del láser de rubí,Peter Sorokin y M.J. Stevenson presentaron el primer láserde cuatro niveles usando U3+ en un cristal de CaF2 (emisióna 2,5 µ).

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P. Sorokin había realizado su Tesis Doctoral bajo la dirección de N.Bloembergen, en Harvard, y posteriormente pasó a trabajar en IBMdonde desarrolló el láser anterior y un tercero con Sa2+. (P.P. Sorokiny M.J. Stevenson, “Stimulated infrared emision from trivalent uranium”,Phys. Rev. Lett, 5, 557, 1960; “Solid-state optical maser using divalentsamarium in calcium fluoride”, IBM J. Res. Develop., 5, 56, 1961)

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Posteriormente, con el fin de controlar los pulsos que se obtenían de los láseresexistentes, ideó la técnica de la conmutación pasiva de Q (“Q-switching”)mediante el uso de un cierto tipo de colorante orgánico que absorbían a 694,3nm. Al introducir una cubeta con él en la cavidad de un láser de rubí, en lugar delusual tren picos, se obtenían pulsos gigantes de una duración de 20 nseg. Conesta base pudo desarrollar, poco después, los primeros láseres estables decolorante (“dye lasers”).

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EL LÁSER DE HeEL LÁSER DE He--Ne :Ne :

A JAVANA JAVAN

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A. JAVANA. JAVAN

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El primer láser de He-Ne se realizó por el grupo de A. Javan en los laboratorios de la Bell. Aunque el artículo en el que daba noticia del hecho apareció un poco después (A Javan, W R Bennett y D R Herriott, Phys. Rev. Lett., 6, 106 (1961)), el 14 de diciembre de 1960, mediante una célula Kerr, hicieron la primera transmisión de una conversación telefónica.

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Niveles del helio y del neón que intervienen en el proceso

de emisión láser.

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Esquema de un láser de He-Ne con sus partes más significativas.

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Esquema y montaje del primer láser de He-Ne (D.R. Herriott, J.Opt. Soc.Am., 52,31 (1962))

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Javan con su primer láser de He-En, en los laboratorios Bell donde fue realizado.

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Método para seleccionar la longitud de onda de la radiación de salida

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Láser de He-Ne con espejos del resonador montados exteriormente al tubo de descarga y ajustados manualmente mediante micromanipuladores

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EL LÁSER DE COEL LÁSER DE CO22::

1919

K. PATELK. PATEL

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El primer láser de este tipo fue obtenido por Kumar Patel, en 1964. Con un tubo de 5 m de longitud, obtuvo salidas 1 mW en onda continua, con excitación también continua, y picos de 10 mW con pulsos de excitación de 1 ms. En 1965 alcanzaron los 12 W con un tubo de 2 m.

2020jamp'08jamp'08

2121jamp'08jamp'08 2222jamp'08jamp'08

EL CASO DE EL CASO DE GORDON GOULD: GORDON GOULD:

¿QUIÉN FUE¿QUIÉN FUE

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¿QUIÉN FUE ¿QUIÉN FUE PRIMERO?PRIMERO?

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Desde entonces, Gordon Gould hamantenido un proceso judicial casicontínuo para intentar demostrarque la idea del máser óptico erasuya y las patentes emitidas con taltema hasta ahora, no son válidas.La patente que solicitó en 1959 lefue aceptada en 1977, cuandoacababa de caducar la de

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El 16 de noviembre de 1957 Gould y sumujer depositaron ante notario el libro denotas del primero: tenía unas anotacionessobre su trabajo “Some rough calculationon the feasibility of laser lightamplification by stimulated emission ofradiation”.

acababa de caducar la deSchawlow y Townes. El procesocontinuó hasta 1977, recibiendo losprimeros derechos en 1988.

Gould había sido discípulo deTownes en la Columbia University,pero la abandonó antes de concluirsu Tesis doctoral.

Había nacido el 17 de Julio de 1920y murió el 16 de Septiembre de2005

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LÁSER DE SEMICONDUCTOR: LÁSER DE SEMICONDUCTOR: ANTECEDENTESANTECEDENTES

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ANTECEDENTESANTECEDENTES

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La primera propuesta, según la mayoría de los estudios realizados, la hizo John von Neumann, en el verano de 1953, en una comunicación privada a Edward Teller. En ella analizaba las posibilidades de amplificar la luz mediante el uso de semiconductores. Según parece, von Neumann no Johann von Johann von

NN

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siguió adelante con sus ideas, y el manuscrito original quedó depositado en la Biblioteca del Congreso de USA. En 1963 se dio la primera noticia de su existencia y, finalmente, se publicó por primera vez en 1987 (J. Von Neumann, “Notes on the Photon-Disequilibrium-Amplification Scheme (JvN), September 16, 1953”, IEEE J of Q.E., 23, 659 (1987))

Neumann Neumann (1903(1903--1957)1957)

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El 22 de abril de 1957, los japoneses Y. Y. WtanabeWtanabe y J. y J. NishizawaNishizawapresentaron una patente, publicada el 20 de septiembre de 1960 en la que se consideraba la radiación por recombinación en semiconductores mediante la inyección de portadores libres. El título de la patente era “Maser de semiconductor” y en ella se consideraba, específicamente, el caso de la posible radiación a 4 µ en el telurio. El planteamiento que hacían era el de

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planteamiento que hacían era el de introducir al semiconductor en una cavidad resonante del tipo de las empleadas en la región de las microondas.

Esquema original de la patente de Watanabe y Nishizawa. 3: telurio. 2: cavidad resonante. Huecos desde la región 4 se inyectan en 1 y se recombinan con electrones libres. Los electrodos 5 y 6 aportan los contactos eléctricos. Los terminales de salida 7 y entrada 8 señalan el paso de la radiación.

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LÁSER DE LÁSER DE SEMICONDUCTORSEMICONDUCTOR

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SEMICONDUCTORSEMICONDUCTOR

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R.N. Hall M.I. Nathan R.H. Rediker

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Los grupos que obtuvieron acción láser fueron los de General Electric Research Laboratories, en Schenectady,

NY., de IBM, en Yorktown Heights, NY, y de Lincoln Laboratories del MIT, publicando sus resultados en:

Hall, R.N., G.E.Fenner, J.D.Kingsley, T.J.Soltys, y R.O. Carlson, "Coherent Light Emissionfrom GaAs Junctions", Phys. Rev. Letters 9, 366 (1962).

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from GaAs Junctions , Phys. Rev. Letters 9, 366 (1962).Nathan, M.I., W.P. Dumke, G. Burns, F.H. Dills, y G. Lasher, "Stimulated Emission of Radiationfrom GaAs p-n Junctions", Appl. Phys. Letters 1, 62 (1962).Quist, T.M., R.J. Keyes, W.E. Krag, B. Lax, A.L. McWhorter, R.H. Rediker, y H.J. Zeiger,"Semiconductor Maser of GaAs", Appl. Phys. Letters 1, 91 (1962).

Los tres aparecieron en el mismo mes, sin que hubiera ninguna conexión entre sus trabajos, que realizaron de forma

independiente.

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EL LÁSER DE “GENERAL ELECTRIC”EL LÁSER DE “GENERAL ELECTRIC”

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EL LÁSER DE “IBM”EL LÁSER DE “IBM”

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M.I. Nathan

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EL LÁSER DE “LINCOLN LABS.”EL LÁSER DE “LINCOLN LABS.”

Intentando buscar una aplicación al posible láser, con LEDs previos realizaron una transmisión de TV por el aire, a 84 m. De distancia, a través de los tejados del MIT y posteriormente a 50 km desde la cima del monte Wachusett a los tejados de los Lincoln. El resultado, exitoso, apareció en la revista TIME. Su comentario fue: “If the world is ever

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affected with a choice between thousands of different TV programs, a few diodes with their feeble beams of infrared light might carry them all at once”. Rediker señaló a Lax que quizás el trabajo de desarrollar un láser de semiconductor se retrasaba por el intento de “vender” el resultado antes de obtenerlo. Nadie pensó que la competición fuera tan ajustada.

Un viernes, a finales de octubre de 1962, vieron los primeros filamentos de luz, con un visor de infrarrojos.

R.H. Rediker

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Fotografía del primer láser de semiconductor de los Lincoln Labs. La foto está tomada de una fotocopia de

una foto tomada en 1962, cuyos negativos originales no se conservan.

Vista próxima del láser con su soporte

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Dibujo de algunos detalles del soporte

Dibujo de una de las configuraciones usadas en 1963.

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¿HUBO UN CUARTO LÁSER?: EL OTRO LÁSER DE “GENERAL ELECTRIC”¿HUBO UN CUARTO LÁSER?: EL OTRO LÁSER DE “GENERAL ELECTRIC”

N. Holonyac, Jr.N Holonyak Jr y S F Bevacqua, “Coherent (visible) light emission from Ga(As1-xPx) junctions”, Appl. Phys. Lett., 1, 82-83. Dec. 1, 1962.

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Photograph of one of Holonyak’s first GaAsP injection lasers. This is the first direct photograph of a laser diode

made using its own photon emission as a light source. The color film is overexposed in the region of the facet

where laser operation is occurring.

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Patente mostrando cómo tallar el semiconductor ternario para

formar la cavidad láser.

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Anotación del libro de registro de Holonyac, del 11

de octubre de 1962, referente a la emisión de

radiación estimulada.

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EL LÁSER DE EL LÁSER DE HETEROUNIÓNHETEROUNIÓN

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La principal contribución para el uso de láseres de semiconductor en condiciones normales de trabajo fue hecha por M.B. Panish y su equipo, en los laboratorios de la Bell, a partir de 1967

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Esquema y estructura física del láser de heteroestructura de

Panish.

I. Hayashi, M.B. Panish y P.W. Foy, “A low-threshold room-temperature injection laser”, IEEE J. Quantum Electronics, 5,211 (1969)

Introdujeron estructuras de heterounión en las que, debido a un confinamiento más fuerte del campo eléctrico, podía alcanzarse el laseado con corrientes de trabajo mucho más reducidas. La desnidad de corriente necesaria, en los primeros láseres fue de unos 1600 A.cm-2. En 1969-70 se consiguió que trabajasen a temperatura ambiente.

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ZHORES ALFEROV, premio Nobel de Física, 2000

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