¿Cómo se puede seleccionar el color en un láser?

Los láseres son aplicaciones directas de la mecánica cuántica. Pues la emisión de luz de estos aparatos obedece a las reglas de absorción y trasmisión de fotones, los cuales son piezas básicas de la luz.

Entonces, para cierta molécula existirán determinados niveles donde pueden los electrones absorber y emitir luz. Además, algunos de estos niveles serán más estables que otros; un espectro de fluorescencia puede mostrar esta estabilidad, los picos más pronunciados de una gráfica de fluorescencia señalan las mejores longitudes de onda (color) para tener emisión de láser.

En muchas ocasiones las moléculas pueden emitir en uno o dos colores determinados. Por ejemplo, los láseres de la mezcla gaseosa de He-Ne tienen color rojo típico (633 nm), manipulando la mezcla se pueden obtener naranjas y verdes. Sin embargo, para mezcla determinada, el color del láser es fijo. Otro ejemplo, es el láser de cristal de Nd:YAG, su composición molecular determina que emita en la región infrarroja (1064) nm solamente. Entonces, ¿por cada molécula un color láser?

La excepciones las encontramos en los materiales orgánicos, láseres conocidos como de tintura, o dye del ingles. Estos láseres usan líquidos como medios activos para emitir la radiación láser. Se emplea otro láser, por ejemplo el de Nd:YAG para que emita luz de muchas longitudes de onda, en la cavidad óptica, conformada por espejos, también hay una una rejilla de difracción para seleccionar un color especifico, esta radiación es amplificada por medio de la cavidad óptica, mientras que la demás no llega a ser radiación láser. Sin embargo, estos líquidos orgánicos se degradan con el tiempo y el láser pierde intensidad.

Una opcion más rentable son los cristales para optica no-lineal, en especial los que permiten crear Osciladores Parametricos Ópticos (OPO). Los OPO son cristales depositados en laboratorio que reciben luz láser, luz de bombeo, los cristales pueden ser calentados con exactitud y permiten sintonizar el color de preferencia. Los OPOs permiten tener muchos colores láser con un solo elemento.

Los cristales para hacer un OPO deben contar con varias cualidades.

1) Ser un cristal carente de simetría de punto, lo cual es un termino cristalográfico: no-centro-simétrico.

2) Tener un proceso que fomente la interferencia constructiva del la luz dentro del cristal, este proceso es hecho por medio del completo o parcial empalamiento de fases de las ondas en el cristal. Esto es, en el material viajan dos ondas, la de bombo o fundamental y la onda que es creada por la fundamental; las dos ondas interaccionan con el material como interferencia destructiva y constructiva. Para fomentar la interferencia constructiva se hacen procesos en el material para crear el empalamiento de fases.

Finalmente, es posible escoger el color de un láser, la mejor opción son los sistemas OPO, los cuales son cristales artificiales. Estos aparatos son un producto de la mecánica cuántica.

Los dejo con este video de alemania. Un joven sintoniza un láser que emite 1030 nm, lo hace pasar por un cristal de Borato-Bario Beta (BBO) y lo acomoda para hacer el empate de fases y tener el segundo armónico, luz verde en 515 nm.