Curiosidades sobre la historia del láser

Cuando el 16 de mayo de 1960 en los laboratorios Hughes en Malibú California Theodore Harold “Ted” Maiman (11 de julio 1927-5 de mayo 2007) conseguía por primera vez en la historia luz láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation), no era consciente de la revolución tecnológica que nacía ese día. Una revolución que aún persiste porque la tecnología láser –y, por tanto, todas sus posibles aplicaciones- está muy lejos de alcanzar un hipotético límite. Pero como casi siempre suele suceder, los comienzos nunca fueron fáciles. Pero vayamos paso a paso.

El origen del láser, siendo muy exactos, lo podemos fechar en 1901, cuando Max Planck (23 de abril 1858-4 de octubre 1947) publicó su famoso artículo “Sobre la ley de distribución de energía en espectros normales” en la revista Annalen der Physik, que está considerado uno de los trabajos fundacionales de la Mecánica Cuántica.

483px-max_planck_1933 articulo_planck1917.- Albert Einstein (14 de marzo de 1879-18 de abril de 1955) publicó el famoso artículo “Zur Quantentheorie der Strahlung” (“On the Quantum Theory of Radiation”) en el que se describen los diferentes procesos de interacción de la luz con la materia: emisión estimulada, absorción estimulada y emisión espontánea. Estos procesos son la base de cualquier sistema láser o máser (Microwave Amplification By Stimulated Emission of Radiation).

einstein

1928.- Rudolf W. Ladenburg (6 de junio de 1882-6 de abril de 1952) confirma experimentalmente las predicciones teóricas de Albert Einstein sobre la naturaleza de la interacción luz-materia.

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1934.- Claude E. Cleeton (11 de diciembre de 1907-16 de abril de 1997) y Neil H. Williams (1870-1956) estudian la absorción de microondas en amoniaco. Estos estudios serán clave para el desarrollo del primer máser.

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1939.- Valentin A. Fabrikant (9 de octubre de 1907-3 de marzo de 1991) predice el uso del fenómeno de amplificación por emisión estimulada para la amplificación de radiación de “ondas cortas”. En junio de 1951 junto con F. A. Butaeva, and M. M. Vudynsky obtiene una patente otorgada por las autoridades soviéticas en la que se describe la amplificación de luz y ondas de radio mediante estos fenómenos.

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1947.- Wilis E. Lamb Jr. (12 de julio de 1913-15 de mayo de 2008) y Robert C. Retherford (1912-1981) consiguen la primera demostración experimental del fenómeno de emisión estimulada estudiando la estructura fina del átomo de hidrógeno. Lamb gana en 1955 el premio Nobel de física por sus estudios de la estructura fina del átomo de hidrógeno.

willis_lamb_1955 lamb_paper1950.- Alfred Kastler (3 de mayo de 1902-7 de enero de 1984) propone el método de “optical pumping” para alcanzar la inversión de población en un medio activo para un láser. Estas ideas se confirman experimentalmente dos años más tarde por Jean Brossel, Jacques Winter y él mismo. En 1996 le es otorgado el premio Nobel de física por “The discovery and development of optical methods for studying Hertzian resonances in atoms”.

kastler1953.- Joseph Weber (17 de mayo de 1919-30 de septiembre de 2000) imparte la primera conferencia pública sobre los fundamentos de los máseres y láseres. Al finalizar la conferencia Charles H. Townes le solicita una copia de sus trabajos.

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1954.- Charles H. Townes (28 de julio de 1915-27 de enero de 2015) obtiene la primera generación y amplificación de radiación electromagnética mediante emisión estimulada. Él junto con sus estudiantes acuñó el acrónimo máser para Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

charles_townes_nobel1955.- Nikolai Basov (14 de diciembre de 1922-1 de julio de 2001) y Alexander Prokhorov (11 de julio de 1916-8 de enero de 2002) independientemente de los trabajos de Townes, sugieren el uso de sistemas multinivel para obtener inversión de población. Esta idea se convierte más tarde en el método principal para la obtención de la inversión de población en sistemas láser. En 1964 junto con Townes se le otorga el premio Nobel por “Fundamental work in the field of quantum electronics, which has led to the construction of oscillators and amplifiers based on the maser-laser principle”.

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1959.- Gordon Gould (17 de julio de 1920-16 de septiembre de 2005) acuña el término LASER en el artículo: “The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Su trabajo es decisivo para la construcción del primer láser un años después.

675px-gordon_gould gould_notebook_00120 de mayo de 1960.- Theodore Harold Maiman (11 de julio de 1927-5 de mayo de 2007) en los Hughes Research Laboratories en Malibú (California), pone en funcionamiento por primera vez un láser -concretamente un láser de rubí-. Curiosamente su trabajo “Stimulated optical radiation In ruby” es rechazado en la prestigiosa revista Physical Review Letters y posteriormente es publicado en Nature.

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1962.- Aunque inicialmente propuesta por G. Gould en 1958, en 1962 R.W. Hellwarth y F.J. McClung demuestran la técnica de Q-switching usando celdas Kerr en un láser de rubí. Se consiguen los primeros pulsos láser de nanosegundo.

q-switch1963.- Logan E. Hargrove, Richard L. Fork y M.A. Pollack demuestran por primera vez la técnica de mode-locking trabajando con un láser He-Ne y modulador acusto-óptico. Con esta técnica es posible obtener pulsos ultracortos de picosegundos y femtosegundos.

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1995.- Gerard Mourou y Donna Strickland trabajando en la Universidad de Michigan inventan de forma conjunta la técnica de Chirped Pulse Amplification (CPA). Mediante esta técnica es posible obtener pulsos ultracortos y ultraintensos incluso muy por encima del umbral de daño de los materiales. Esta técnica es la base de todos los sistemas láseres de peta-vatio (PW).

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A partir de aquí la historia es bien conocida por todos. Hoy en día es muy difícil imaginarnos nuestra vida cotidiana sin los láseres. Desde la lectura de un simple código de barras hasta la cirugía usando un bisturí láser tienen su origen en los mismo simples conceptos. Pero quizás lo mejor esté aún por venir. A diario se consiguen láseres más robustos, fáciles de utilizar, y que abren la puerta a insospechadas aplicaciones. Últimamente están cobrando un papel relevante los láseres ultraintensos: ¿podemos acelerar partículas de forma eficiente mediante láseres? ¿se pueden abrir nuevos caminos en radioterapia generando radiación ionizante mediante interacción láser-materia? ¿Podemos empezar a pensar en interaccionar directamente con el núcleo atómico –y no solamente con los electrones-? ¿Es viable la transmutación nuclear mediante láseres? Éstas y otras muchas preguntas ojalá las podamos resolver en un futuro cercano.

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