Tecnología Láser: Aplicaciones, Usos y Procesamiento de la Comunicación.
Lea este artículo para obtener información sobre las aplicaciones, los usos y el procesamiento de la comunicación de la tecnología láser.
Láser es el acrónimo de amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. Aunque la tecnología básica se inventó en 1960, el láser ha experimentado un gran desarrollo desde entonces. Originalmente, los láseres usaban cristales de rubí y no eran muy poderosos; Con el tiempo, se han desarrollado muchos tipos de láseres con diferentes materiales que producen la luz láser.
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Sin embargo, ya sean láseres de rubí, láseres de gas, láseres líquidos o láseres semiconductores, el principio subyacente es el mismo: emisión estimulada, que produce un fotón que se encuentra con un átomo en el estado excitado y lo obliga a emitir otro fotón de la misma frecuencia en la misma direccion
Estos dos fotones expulsan más fotones y se produce una emisión estimulada. Los semiconductores que están en el núcleo de los nuevos láseres han hecho posibles dispositivos como el CD-ROM. Los láseres de diodo anteriores generaban luz al enviar corriente a través de arseniuro de galio.
Recientemente, los científicos han desarrollado láseres que utilizan arseniuro de galio con capas muy finas de arseniuro de galio y aluminio, creando una región llamada pozo cuántico entre las capas. En esta región, los electrones están muy compactos, de modo que el dispositivo utiliza menos energía para emitir luz.
Los láseres de 'pozo cuántico' son muy eficientes para convertir la electricidad en luz, generando así menos calor. Esto, a su vez, permite el funcionamiento a batería. En los sistemas de comunicación, pueden duplicar el número de llamadas telefónicas de larga distancia que se pueden entregar en una sola fibra óptica.
La luz láser es monocromática, por ejemplo, un rayo láser rojo tiene solo luz roja; es muy coherente, es decir, la luz de un láser es altamente direccional; y se puede transmitir a grandes distancias sin propagarse. El alto brillo de un láser es una consecuencia de la coherencia espacial.
La intensidad de la luz láser cuando se enfoca es muy alta y la respuesta del material se vuelve no lineal. Los láseres producen pulsos cortos de luz y es posible obtener pulsos nanosec de varios láseres. Mediante el bloqueo de modo, el ancho de los pulsos se puede hacer más corto, hasta unos pocos cientos de femtosec (1 femtosec = 10-15 segundos).
Aplicaciones:
Debido a sus propiedades únicas, los láseres encuentran aplicación en varios campos. Algunas de las aplicaciones importantes de los láseres se discuten aquí.
Ciencia básica:
La revolución en el campo de la espectroscopia se realizó mediante láser debido a la disponibilidad de radiación de ancho de línea intensa y estrecha. En la medición del espectro de absorción, estos son ventajosos para detectar líneas de absorción débiles. Existen varias técnicas para la detección de espectros de absorción débil, como la espectroscopia optoacústica, la espectroscopia de ionización multifotónica, etc.
También hay técnicas espectroscópicas no lineales como la espectroscopia de absorción de dos fotones. El láser ha reducido el tiempo requerido para grabar un Raman Spectrum de horas a minutos. El láser más utilizado es el láser de ión argón para la espectroscopia Raman.
En química, los láseres encuentran uso como herramienta de diagnóstico y como medio para inducir reacciones químicas. También ayuda en la separación de isótopos de un elemento. Los láseres utilizados generalmente en aplicaciones químicas son láser de colorante, láseres de excímero, láseres de CO 2 y láseres de Nd: YAG.
Industria:
Los láseres están encontrando una gran aplicabilidad en la industria también. En la actualidad, los láseres se utilizan rutinariamente para levantamientos, para el procesamiento de materiales como soldadura, corte, acristalamiento, aleaciones, revestimientos, para ensayos no destructivos, etc. Se utilizan para alinear estructuras como puentes, grandes edificios, túneles, tuberías, minas, etc. .
Los láseres han reemplazado completamente las técnicas convencionales de perforación para perforar agujeros en diamantes, para hacer matrices de dibujo de arco, gemas, álabes de turbinas de motores a reacción; Son ampliamente utilizados para cortar metales, cerámicas, plásticos, cartón, telas, etc.
El recocido con láser de las células solares mejora su rendimiento. Los láseres se pueden usar para escribir directamente en obleas de silicio, los patrones necesarios para hacer circuitos integrados.
Los láseres se usan ampliamente para marcar en plástico, productos metálicos, etc. Los escáneres láser se usan para leer códigos de barras en productos de consumo en tiendas, para inspeccionar componentes de precisión en talleres, para identificar vagones de mercancías en un tren en movimiento y para leer textos y otros documentos. . Las impresoras láser son rápidas y de alta calidad. Los láseres se utilizan para el tratamiento térmico de superficies.
Defensa:
En la guerra de módems, los láseres encuentran un gran uso en los sistemas de armas para encontrar tanques y cañones de artillería, midiendo con precisión el rango de objetivos y, por lo tanto, dan la capacidad de primer golpe.
El láser Ye-Ne ayuda a simular el disparo de fusiles mientras entrena soldados, y también mejora el objetivo de los cañones.
Energía nuclear:
La separación isotópica con láser promete ser la forma más económica de enriquecer uranio natural.
Los láseres también están jugando un papel crucial en la búsqueda de una forma viable de atrapar el poder de fusión.
Medicamentos
Los láseres están encontrando uso en casi todas las áreas de la medicina. El rayo láser de alta potencia con alta intensidad es adecuado para cortar tejido y, por lo tanto, una gran herramienta quirúrgica que puede reemplazar el bisturí tradicional. Las ventajas son que el uso de láseres: (i) evita el sangrado, (ii) reduce la posibilidad de infección y (iii) hace menos daño a las células cercanas.
Los láseres se utilizan habitualmente para acoplar la retina desprendida a la coroides. Otras afecciones graves de los ojos que se tratan son la diabetes, la degeneración macular y la hemorragia. Para el tratamiento de estas enfermedades se utiliza el láser de iones de argón o criptón.
El glaucoma es una enfermedad del ojo en la que aumenta la presión dentro del globo ocular, lo que resulta en daño a la retina y, en última instancia, conduce a la ceguera. Para superar esta presión y salvar la vista, se perfora un pequeño orificio en el ojo con el láser Nd: YAG. Los láseres también se usan para corregir la forma de la lente, por ejemplo, la miopía a través de un procedimiento llamado queratotomía radial.
La precisión de la cirugía con láser ha sido una gran ventaja para operaciones delicadas como la cirugía de derivación cardíaca y la intervención neuroquirúrgica. Mediante el uso de endoscopio de fibra óptica con un láser, ahora es posible cauterizar la úlcera sangrante sin hacer ninguna abertura en el cuerpo.
Otro ejemplo es el tratamiento del bloqueo de las arterias que suministran sangre al corazón, una afección que produce el infarto de miocardio. El remedio hasta ahora fue derivar la arteria obstruida con una tomada de otra parte del cuerpo, un procedimiento conocido como cirugía de derivación.
La radioterapia fotográfica se utiliza para el tratamiento del cáncer. El derivado de hematoporfirina (HPD), un colorante, tiene la propiedad de atacar selectivamente a las células cancerosas. Cuando se irradia un rayo láser intenso de vapor de oro, la molécula de Hpd se descompone, liberando oxígeno singlete que mata las células y tejidos cancerosos.
Los láseres se utilizan eficazmente en el tratamiento de la vesícula biliar y el cálculo renal.
Comunicación, procesamiento y almacenamiento de datos:
El principal inconveniente de toda la línea de comunicación lumínica fue su susceptibilidad a las condiciones climáticas. En 1974, Corning produjo fibra óptica de baja pérdida a partir de materiales de alta pureza. Ahora hay un progreso notable en las tecnologías de fibra óptica y láser semiconductor.
Además de la transmisión de datos, el procesamiento óptico de la información y las computadoras ópticas son temas relacionados. El procesamiento óptico de la información se utiliza para la identificación de huellas dactilares, el procesamiento de fotografías tomadas por satélites y aeronaves de alto vuelo, etc. Las computadoras ópticas, basadas en dispositivos biestables ópticos, ofrecen un aumento múltiple en la velocidad de la computación, así como la capacidad de la computación en paralelo.
El almacenamiento de datos es otra área donde es posible una mayor densidad de almacenamiento mediante el uso de métodos ópticos. El medio de almacenamiento es generalmente una película delgada de metal cuyas propiedades ópticas, como la reflectividad, se modifican cuando se iluminan con un potente láser "ESCRIBIR". El láser de 'LECTURA' de menor potencia lee el cambio en la propiedad óptica según la información requerida.
Se necesita menos de una micra cuadrada para grabar un bit de información. Los discos de video láser (LVD) son ampliamente utilizados como una fuente de entretenimiento. Aunque el disco de almacenamiento de datos óptico láser posee una gran capacidad de almacenamiento sobre el disco magnético, no es posible borrar la información escrita desde el disco de datos óptico.
En un disco compacto (CD), la luz láser se utiliza para leer en lugar de una aguja, por lo que las ranuras se pueden hacer por minuto (incluso diez millonésimas de metro). Se logra una fidelidad excepcional ya que la cantidad de información almacenada puede ser muy grande. Un láser semiconductor lee el CD rebotando la luz del disco y procesándolo electrónicamente.
Los CD-ROM nos permiten almacenar incluso enciclopedias en discos individuales. Los dispositivos de memoria de computadora convencionales funcionan en base a la grabación magnética y la lectura de datos, pero los discos ópticos tienen las ventajas de una mayor durabilidad del almacenamiento y un acceso más rápido para la recuperación de datos.
Tecnología láser de la India:
La importancia del láser fue bien reconocida por la comunidad científica de la India en diversas instituciones desde mediados de los años sesenta. En 1964, en el Centro de Investigación Atómica Bhabha (BARC), se fabricó el primer semiconductor láser de arseniuro de galio. Este láser se usó en 1965-66 para establecer un enlace de comunicación óptica entre BARC y Tata Institute of Fundamental Research (TIFR).
El laboratorio con el mayor esfuerzo para desarrollar tecnología láser en la India es BARC. BARC ha desarrollado un láser de 50 MW para espectroscopia Raman. También ha trabajado para el desarrollo de varios láseres C0 2 . BARC también ha desarrollado los láseres de estado sólido, a saber, Nd: YAG, láser rubí, láser de vidrio Na.
El Centro de Tecnología Avanzada (CAT) ha planeado un extenso programa sobre desarrollo e ingeniería láser. También ha propuesto emprender la producción a escala limitada de instrumentos láser y láser. CAT ha puesto en marcha la producción de 10W CVL.
La Organización de Investigación y Desarrollo de la Defensa (DRDO, por sus siglas en inglés) ha desarrollado buscadores de rango láser para tanques que usan Nd: vidrio láser conmutado. DRDO está desarrollando material láser y láseres semiconductores. Cuenta con excelentes instalaciones para cultivar cristales mediante varias técnicas y ha tenido éxito en el crecimiento de cristales de Nd: YAG y Ca como cristales.
Varios IIT están trabajando en el área de desarrollo de láser, al igual que el National Physical Laboratory (NPL) y el Indian Institute of Science.
La base de investigación de la India es buena, pero la investigación en láser no se ha explotado adecuadamente para obtener ventajas tecnológicas y comerciales hasta hace poco por las iniciativas políticas. Se hizo un esfuerzo para rectificar la situación mediante la formulación del Programa Nacional de Láser, una estrategia conjunta del Departamento de Ciencia y Tecnología (DST), el Departamento de Energía Atómica (DAE) y el Departamento de Electrónica a partir del Octavo Plan.
El Programa Nacional de Láser tenía como objetivo desarrollar láseres y equipos basados en láser indígenas a un costo mucho menor, que sustituirá la importación de equipos láser, cristales que producen láser y equipos relacionados. El Centro de Crecimiento de Cristal de la Universidad de Anna, Chennai, fue seleccionado para producir cristales que producen láser.
La Organización Central de Instrumentos Científicos (CSIO), que ha estado trabajando en tecnología holográfica, ha desarrollado una variedad de hologramas para diferentes aplicaciones.
La tecnología holográfica es la ciencia de crear imágenes tridimensionales que son sustitutos perfectos del original. A diferencia de la fotografía convencional, el holograma, creado con la ayuda de la luz láser, es un registro fiel y completo del objeto original en tres dimensiones.
Parece una pieza de vidrio normal, pero cuando la luz se enciende en la imagen, una réplica exacta del original queda a la vista. Los posibles beneficiarios de la tecnología son joyeros, fabricantes de curiosidades, museos, agencias de seguridad y publicidad. Los joyeros no deben arriesgarse a robar exhibiendo adornos originales en los escaparates de sus tiendas. Pueden sustituirlos por hologramas.
