Láseres Gaseosos Atómicos

Adalberto Alejo Molina

Física de Láseres

Primavera 2004

Contenido

• Láseres Gaseosos

• Láser He-Cd

• Láser de Átomos

Primavera 2004

Láseres Gaseosos

• Muchos elementos en estado gaseoso pueden emplearse para producir acción láser

• El medio activo es un gas a baja presión

• El primer láser de gas fue construido por Javan, Bennett y Herriott

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Tipos de Láseres Atómicos

• Láseres de Átomos Neutros– He-Ne– He-Cd– Vapor Metálico (Pb, Cu, Au, Ca, Sr)

• Láseres de Iones– Gases Nobles (Kr+, Ar+)– Vapor de Iónicos Metálicos (Sn, Pb, Zn, Cd)

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Tipos de Láseres Atómicos

• Láser de Átomos (BEC)

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Láser de He-Cd

• Fue reportado por Fowles y Silfvast en 1965

• Su funcionamiento es similar al de He-Ne

• El medio láser es el Cd

• Puede emitir en 12 longitudes de onda

• Potencias típicas entre 50 y 100 mW

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Configuración típica de un láser de gas

Problemas Prácticos

• Alta temperatura en el reservorio

• Distribución homogénea y presión adecuada en el tubo de descarga

• “Cataphoresis”

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Láser de He-Cd

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Láser CW de 20mW centrado en 325nm

Aplicaciones

• Fabricación de redes holográficas

• Impresoras

• Espectroscopía

• Metrología

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Condensado de Bose-Einstein

• Para obtener un BEC es necesario tener una temperatura de decenas de nanokelvin

• A 50 nK casi todos los átomos están en el mismo nivel cuántico. Esto significa que todos los átomos son absolutamente iguales

• Los átomos están todos en el mismo lugar. Es decir, pierden su identidad individual y se juntan en una masa común

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Láser de Átomos

• No existe una definición rigurosa para este tipo de láser

• Emite ondas de materia en vez de ondas electromagnéticas

• El haz es coherente

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Partes de un Láser de Atómos

• Cavidad

• Medio activo

• Extracción parcial

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Características

• Es monomodo

• Sólo existe del tipo pulsado

• Los átomos se propagan de acuerdo con una ecuación de onda

• El límite por difracción en óptica corresponde al principio de incertidumbre de Heisemberg

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Coherencia

• Se pensaba que las colisiones entre átomos y el gas de fondo destruian la coherencia

• Sin embargo, un BEC es altamente coherente

• Investigadores del MIT demostraron experimentalmente la coherencia

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Coherencia

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50 ma. (b.) Separación inicial de 32 m (37 m), el espacio entre franjas es de 20 m (15 m).

Láser de Átomos vs Láser de Fotones

• Los fotones pueden ser creados, los átomos no

• Los átomos interactúan entre sí

• Los átomos son partículas masivas

• El nivel que ocupan es el más bajo posible

• BEC está en equilibrio térmico

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Aplicaciones

No existen aplicaciones comerciales principalmente debido a que este láser requiere ultra-alto vacío y temperatura de nanokelvin. Sin embargo, puede encontrar muchas aplicaciones en investigación básica: relojes atómicos, óptica atómica, medición de constantes fundamentales, litografía y en nanotecnología.

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Referencias

• Douglas C. Sinclair and W. Earl Bell, Gas Laser Technology, Holt, Rinehart and Winston, Inc.

• Orazio Svelto, Principles of Lasers, Plenum Press • M. O. Mewers et al., Phys. Rev. Lett. 78, 582 (1997)• Barbara Goss Levi, Physics Today 50, 17 (1997)• http://cua.mit.edu/ketterle_group/Projects_1997/atom

laser_97/atomlaser_comm.html• http://www.um.es/LEQ/laser/

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BEC

• http://www.maloka.org/f2000/bec/

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