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Miércoles, 19 diciembre 2012
Ingeniería

Energizar láseres mediante el calor

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Desde su invención hace 50 años, la luz láser ha conquistado nuestra vida cotidiana. Láseres de diversos tipos, longitudes de onda y potencias se utilizan en muchos utensilios que manejamos de manera habitual, desde dispositivos comunes de la electrónica de consumo hasta muchos de los aparatos que hacen posibles las telecomunicaciones o que se emplean en la medicina.

Los láseres de cascada cuántica son bastante nuevos pero ya tienen numerosas áreas de aplicación. La amplificación de la luz en esos láseres se consigue mediante un patrón repetitivo de capas de semiconductor con dopaje diverso diseñadas específicamente, a través de las cuales circula corriente eléctrica. Los electrones se transfieren a través de esta estructura en una serie de procesos, dando como resultado la emisión de partículas de luz coherente (láser).

Entre estas capas, los electrones colisionan con otras partículas, lo cual calienta el láser. Por tanto, los láseres de cascada cuántica sólo funcionan cuando se les enfría intensamente. Cuando se produce demasiado calor, la luz láser se apaga.

[Img #11074]Buscando formas de reducir el calor en los láseres, a Kathrin Sandner y Helmut Ritsch, del Instituto de Física Teórica, dependiente de la Universidad de Innsbruck en Austria, se les ocurrió una idea revolucionaria: Usar el calor para suministrar energía al láser.

Los dos físicos proponen la teoría de que el efecto de calentamiento en los láseres de este tipo podría evitarse, e incluso revertirse, mediante una modificación apropiada del grosor de las capas de material semiconductor.

Un aspecto muy importante es separar espacialmente las zonas frías y calientes en el láser. En dicho láser accionado por gradiente de temperatura, los electrones se excitan térmicamente en la zona caliente, y luego son conducidos hasta la zona más fría donde emiten fotones. Esto produce un circuito en el que simultáneamente se emiten partículas de luz y se absorbe calor del sistema. Entre las emisiones consecutivas de partículas de luz, un fonón (en esencia, una pequeña vibración) es absorbido y el láser es enfriado.

Cuando Sandner y Ritsch desarrollaron más esta idea, se dieron cuenta de que la presencia de fonones podría ser suficiente para suministrar la energía requerida para la amplificación láser.

Por supuesto, es un enorme reto llevar a la práctica este concepto en un experimento, tal como reconoce Ritsch. Pero si él y su colaboradora lo logran con éxito, será una innovación tecnológica revolucionaria. Por lo pronto, serviría para dotar a los láseres de cascada cuántica de un buen sistema de refrigeración interna.

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