domingo, mayo 26, 2013

Laser: Luz fantástica con un futuro

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En 1960, se produjo por primera vez una nueva clase de luz de tipo radical. Nunca antes se había sabido que existiera en la Tierra. Es la luz más pura, más aguda y más intensa que el hombre conoce, pues arde miles de millones de veces más intensamente que la luz de la superficie del Sol. Fácilmente corta a través del diamante, la sustancia más dura que se conoce, y puede vaporizar cualquier sustancia de la Tierra.
La idea de producir esta luz fantástica se propuso por primera vez en un escrito que publicaron en 1958 dos científicos, Arthur L. Schawlow y Charles H. Townes. Dos años más tarde Theodore H. Maiman construyó el primer aparato que produjo con éxito cortos estallidos de la luz propuesta. El aparato se llama láser, palabra que representa las iniciales de la expresión en inglés “light amplification by stimulated emission of radiation” (luz amplificada por emisión estimulada de radiación). Lo que hace el láser es amplificar o fortalecer la luz.
Cuando se supo que se podía construir tal aparato para amplificar la luz, el láser recibió una cantidad sin precedente de publicidad. Su potencialidad fascinó la imaginación de los hombres. Los militares vieron en ello, por ejemplo, una superarma... un rayo de la muerte. Por otra parte, se previó que habría grandiosas aplicaciones del láser en la medicina y en la industria.

Desarrollo y ventas

Sin embargo, al principio hubo desilusiones al hacer esfuerzos por transformar el láser de una curiosidad de laboratorio a un artículo de trabajo de valor práctico. Pero recientemente el láser ha comenzado a cumplir con lo que al principio se esperaba de él, a medida que se han desarrollado láseres más poderosos y eficaces y se ha encontrado para ellos un número creciente de aplicaciones provechosas. La evidencia del éxito del láser se ve en la venta de miles de ellos cada año.
En 1965, según se calculó, se gastaron 97 millones de dólares en láseres. Casi el 60 por ciento de esta cantidad se gastó en investigación, pero el resto fue la suma envuelta en las ventas de láseres y productos para los láseres. Ahora se calcula que el negocio en general conectado con los láseres alcanza la elevada cifra de 300 millones de dólares al año. Pero el mercado está creciendo tan rápidamente que algunos expertos predicen que los láseres llegarán a ser la siguiente “industria de mil millones de dólares al año,” probablemente en los primeros de los años setenta. Ahora se venden láseres tan baratos como de 200 dólares, pero otros cuestan decenas de miles de dólares cada uno.
Es verdad que todavía están en sus etapas primitivas de desarrollo. Como declaró el Dr. Schawlow: “Los láseres todavía son aparatos muy primitivos. Todavía se encuentran en la etapa de los aparatos de radio de cristal, o de los aviones de alrededor de 1910.” Pero cuando uno considera lo que pueden efectuar, se comprende por qué las industrias están gastando tanto tiempo y dinero en su desarrollo.

Poder fantástico

El poder de la luz cuya intensidad ha sido aumentada por un láser es verdaderamente fantástico. Describiendo una demostración de este poder, un observador escribió: “El técnico dirige [el láser] a un pedazo de acero del grueso de una moneda de veinticinco centavos de dólar, usando un lente para enfocar el rayo en un punto fino. . . . uno oye un quejido, un agudo estallido. Esta vez un chubasco de chispas incandescentes vuela del pedazo de acero. Ha sido atravesado de un lado a otro por ese temible disparo de luz.”
A medida que se desarrollan láseres cada vez más potentes y eficaces, más se acerca a convertirse en realidad la posibilidad de crear verdaderas armas del tipo del “rayo de la muerte.” De hecho, entre los científicos se habla seriamente en cuanto a la posibilidad de usar láseres contra proyectiles enemigos en el futuro.
Pero aunque se pueden enfocar algunos láseres de modo que suministren luz lo suficientemente poderosa como para matar, otros son muy tenues, lo suficientemente débiles para que uno pueda poner la mano enfrente de su rayo sin sufrir daño. No obstante, hasta la intensidad de un rayo muy débil es fantástica. Esto se demostró no hace mucho con un aparato espacial Surveyor que aterrizó en la Luna.
El aparato espacial tenía a bordo una cámara de televisión, que fue dirigida hacia la parte de la Tierra que estaba en tinieblas. En la Tierra se dirigieron varios rayos de láser hacia el aparato espacial en la Luna, a unos 386.000 kilómetros de distancia. Estos eran rayos de solo uno o dos vatios, por consiguiente mucho más débiles que cualquier bombilla común de 60 vatios. No obstante, la cámara de televisión que estaba en la Luna muy fácilmente recogió los rayos de láser y envió por radio una fotografía de estos puntos brillantes en la Tierra. ¡Asombrosamente, en la Luna el rayo láser de dos vatios pareció más brillante que todos los centenares de millones de vatios de luces eléctricas en centros tan poblados como la ciudad de Nueva York y Los Ángeles!
¿Qué secreto lleva a producir una luz tan intensa? ¿Exactamente qué es un láser? ¿Cómo funciona?

Luz incoherente y coherente

La característica de la luz visible común es que es incoherente es decir, las ondas se mezclan. Son de tamaño y frecuencia diversos, y viajan en direcciones divergentes. Al usar reflectores, como en un faro, la luz común puede ser dirigida en una sola dirección. Sin embargo, todavía hay desorden general dentro del rayo de luz, y con el tiempo se despliega en forma de abanico y se dispersa.
El láser, por otra parte, es un aparato que produce luz coherente, es decir, luz que es toda de la misma longitud de onda, y todas estas ondas de luz se encuentran en fase, van al mismo paso. Se pudiera asemejar a una columna de soldados en que todos llevan el paso mientras marchan por una calle. Luego se le une otra columna, y también lleva el paso con la primera columna. A medida que este grupo continúa se les une otra columna, siempre llevando el paso, hasta que la columna original se aumenta o amplifica muchas veces. El láser es un aparato que reúne ondas de luz de ese modo ordenado y las emite en fase en la misma dirección exacta con el mismo compás. En consecuencia, la intensidad o brillo de la luz aumenta a un grado fantástico.
En el primer rayo láser, que se produjo en 1960, se utilizó rubí sintético. Sin embargo, el láser de rubí solo es una de las muchas clases de láseres. Es un ejemplo de un láser de condición sólida, es decir, el material que amplifica la luz es sólido. También se han hecho varios láseres de gas, como las clases de helio-neón, argón ionizado y bióxido de carbono. El rayo del láser de gas por lo general es más coherente que el rayo del láser de condición sólida, y también es hasta cierto grado más fácil de operar con continuidad.
En la mayoría de los casos la radiación emitida por los láseres es visible al ojo humano, porque es una longitud de onda que puede percibir el ojo humano. Sin embargo, hay otras radiaciones electromagnéticas que no son visibles al ojo humano, como las ondas de radio, las ondas infrarrojas o caloríficas, las microondas, los rayos X y los rayos cósmicos. Allá a principios de los años cincuenta el Dr. Townes inventó un aparato que producía microondas, todas las cuales estaban en fase y amplificadas muchas veces. Este aparato se llama máser, que representa “microwave amplification by stimulated emission of radiation” (microondas amplificadas por emisión estimulada de radiación). Por la sugerencia de que el máser se podía aplicar a la radiación electromagnética visible, se inventó el láser. En consecuencia al láser a veces se le llama un máser óptico.

Usos del máser

Las señales de microondas muy débiles que recibe la Tierra de los cielos tienen que ser amplificadas para poder estudiar apropiadamente su fuente. Es para esto que el máser es idealmente apropiado. El máser amplifica estas señales débiles y no introduce ningún “ruido” ni otra radiación espuria que otros tipos de aparatos de amplificación de microondas introducen. El máser se usó, por ejemplo, para medir las ondas electromagnéticas de longitud de onda de 3,17 centímetros que provienen del planeta Júpiter. Esta información hizo que los astrónomos pudieran determinar que la temperatura de Júpiter es de aproximadamente 141 grados Fahrenheit bajo cero.
El máser también es apropiado como reloj. Un reloj común da la hora por movimiento periódico, que se logra con un péndulo o un balancín. Las oscilaciones de las ondas electromagnéticas de un máser son muy constantes y periódicas, y no varían con la temperatura ni la posición en la superficie de la Tierra. Estas oscilaciones inherentes del máser son tan exactas que un reloj de máser no se adelantaría ni se atrasaría más de tres o cuatro segundos en mil años.

Aplicaciones del láser

Sin embargo, el láser o máser óptico es el que por mucho está encontrando la mayoría de usos. Se han descubierto centenares de aplicaciones ingeniosas de él en la industria, la medicina, la tecnología militar y la exploración espacial.
Algunas aplicaciones del láser brotan del hecho de que su luz se puede enfocar en un punto sumamente pequeño. Tal como un “espejo ustorio” se puede usar para enfocar los rayos del Sol en una zona pequeña y hacer que brote una llama, así el láser se puede concentrar en una zona infinitesimalmente pequeña.
Debido a su intensidad, se pueden taladrar hoyos minúsculos en sustancias sumamente duras. La Western Electric Company ha utilizado con éxito un sistema de láser de rubí para taladrar y volver a calibrar moldes de diamante que utiliza para hacer alambre de cobre sumamente fino. Una operación de perforación que antes requería largas horas o hasta días por métodos tradicionales, ahora se efectúa con el láser en dos minutos más o menos.
El láser también se usa para vaporizar pequeñas cantidades de material de instrumentos muy delicados, como el balancín de un reloj. Si se desea, el material vaporizado puede ser analizado con espectrógrafo para identificar sus elementos químicos. La Jarrell-Ash Company, de Waltham, Massachusetts, ha vendido, en 15.000 dólares cada uno, veintenas de láseres diseñados con el fin de hacer análisis espectrográficos de objetos.
En un caso, un cuadro que supuestamente había sido pintado por un pintor del siglo dieciséis fue expuesto como una falsificación por medio de este aparato láser, llamado microsonda. El cuadro se colocó bajo la microsonda, y un disparo de luz cuidadosamente calculado del láser vaporizó una cantidad infinitesimal de pintura, dejando en el cuadro un minúsculo cráter que no se puede notar. La pluma de vapor, bajo el análisis de un espectrógrafo, reveló un vestigio de cinc, ¡y el pigmento de pintura basado en cinc no comenzó a utilizarse sino en 1820!
Al láser también se le está dando aplicación extensa como aparato para medir. La empresa Boeing y otras grandes empresas aeroespaciales usan técnicas de láser para una variedad de medidas y calibraciones. La soldadura eléctrica por puntitos de los metales también se hace utilizando un rayo de láser.
El láser, también, está teniendo aplicación extensa en los campos médicos. En particular ha tenido éxito en soldar una retina desprendida en la parte de atrás del globo del ojo. La luz pasa por la córnea transparente y otras partes del ojo hasta la retina, donde la luz es absorbida y funde la retina en el tejido que está detrás de ella. Los cánceres melánicos, la clase de cánceres que contienen pigmentos negros que absorben rayos láseres, también han recibido tratamiento con éxito.

Su futuro

Sin embargo, sin duda las aplicaciones más espectaculares del láser todavía quedan por realizarse. El Dr. Schawlow predice que en el transcurso de veinte años será un instrumento común “en la oficina, en la fábrica, y en el hogar, donde se podría usar para pelar papas.” Pronto saldrá al mercado un láser que se utilizará para borrar errores hechos a máquina.
Los dentistas también esperan usar un láser para remover las caries. Puesto que la zona cariada del diente tiene un color más oscuro, en esa zona se absorberá luz y así se vaporizará la caries, dejando sin afectar la parte blanca del diente.
El uso del láser en el campo de las comunicaciones es particularmente emocionante. Teóricamente, un rayo de láser podría transmitir todo el texto de la Encyclopædia Britannica en una fracción de segundo, o podría transmitir todos los mensajes de radio, TV y teléfono del mundo simultáneamente.
Por otra parte, los ingenieros del Instituto de Tecnología de Massachusetts están experimentando con un láser que pulveriza roca que se usará para taladrar túneles subterráneos para carreteras y ferrocarriles. Y, notablemente, los láseres hacen práctica la idea de la fotografía tridimensional, así como enormes pantallas de TV de todo el tamaño de la pared. El Dr. Townes explicó en una entrevista:
“Algún día deberíamos tener pantallas de TV del tamaño de una pantalla cinematográfica. . . . Hoy, si uno proyectara una vista desde un tubo de TV en una pantalla muy grande, saldría demasiado oscura. Sin embargo, se puede hacer que el rayo de láser recorra la pantalla y uno puede obtener una vista bastante buena con suficiente iluminación... y a colores, porque uno puede obtener diversos colores de rayos de láser. . . . Yo creo que esto sería bastante sencillo y práctico. De modo que es muy probable que se realice más pronto que la TV tridimensional.”
En solo los poco más de nueve cortos años desde que nació, a esta fantástica nueva clase de luz se le están dando aplicaciones asombrosas. Pero evidentemente esto es solo el principio. ¡Verdaderamente, es una luz con un futuro!

Publicado en ¡Despertad!  del 22 de Enero de 1970

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