¿Por qué no me gusta el nombre de láseres aleatorios para medios ópticos híbridos?

Ilustración del concepto de
láser convencional y láser aleatorio.
Vía: Nature
Pues porque creo que se usa mal el nombre: que son más una forma de llamar la atención, que un nuevo concepto en óptica física.

Aclarando que sí es un láser
Un láser es una fuente luminosa que se caracteriza por tres cualidades: 1) una enorme intensidad, 2) una alta mono-cromaticidad, 3) una gran coherencia. Sin importar que sean láseres de gas, diodo (como de los apuntadores), o de cristal; todos ellos cuentan con estas cualidades que los diferencian del Sol, una lámpara de color rojo, la luz de tu monitor.

Entonces, un láser puede usar un colorante orgánico en estado líquido como medio activo. De hecho, estos láseres de colorante (dye-laser system, en ingles) han sido usados por muchos años. Estos medios son isotrópicos y homogéneos: no son cristales.

Más aún, otro material de ejemplo, el nitrógeno es un medio super-radiante, lo que significa que se pueden construir fácilmente láseres a base de este gas. Que por cierto, también carece de estructura cristalina ;)

Aunque no requieren una cavidad-óptica, Si a los dispositivos láser basados en colorantes o nitrógeno se les añade una cavidad óptica, pues la emisión de salida tiene una mejor calidad. Pues para eso se diseña la cavidad-óptica.

Aclarando que es la radiación amplificada de medio activo híbrido
Ahora, si a un colorante (por ejemplo: rodamina-6GB) lo mezclo con nanopartículas (tal vez, de ZnO o de SiO_2) lo que tengo es un medio híbrido: orgánico-inorgánico. Si a este medio lo ilumino con un láser (podría ser un Nd:YAG emitiendo radiación infrarroja a 1064 nm), pues obtendré emisión luminosa. Sin embargo, no será láser.

La emisión de este sistema es:
1) Intensa. Las nano-partículas pueden funcionar como cavidades-ópticas microscopicas que en conjunto amplifican la intensidad del haz. Es decir, el colorante tendrá una emisión luminosa, pero al añadir el compuesto inorgánico se amplifica el efecto. Más aún, si la energía suministrada al medio es muy pequeña, se carece de amplificación; osea, existe un umbral de energía de entrada, al pasarlo se obtiene la amplificación. Por este hecho, muchos investigadores consideran a este sistema un láser.

Sin embargo, aumentar la intensidad óptica de salida es un tema de comparación con otras fuentes convencionales. Pues todos los láseres son poco eficientes en la razón (energía de salida)/(energía de entrada). En este sentido, los más eficientes tienen un 5%. SON NECESARIAS OTRAS CUALIDADES que hacen a  la luz láser especial y la diferencian de concentrar los rayos solares con una lupa.

2) Multicolor. Se requiere una cavidad-óptica para seleccionar un sólo color, o que el entorno absorba todos los colores, excepto el deseado. La composición espectral de las fuentes amplificadas aleatorias es amplia, por lo general emplean filtros externos al sistema para obtener un sólo color.

3) Falta de coherencia. Igual como los casos convencionales de los láseres de colorante o nitrógeno, una cavidad-óptica adecuada le brinda al sistema una mayor coherencia. Sin este elemento, pues nop, no hay radiación láser.

Sin embargo, el hecho que se cuente con una fuente intensa de luz de coherencia despreciable es una buena idea para quienes obtienen fotografías (e.g. microscopistas médicos), pues pueden evitar la formación  de artefactos indeseables en las imágenes, como el efecto speckle, que representa ruido en muchas imágenes. 

Los láseres aleatorios, de los que se mencionan en la literatura corriente, carecen de muchas de las propiedades de los láseres convencionales, pues únicamente se aprovechan las cualidades del medio. Al carecer de una cavidad-óptica macro se pierde la oportunidad de brindarle al sistema cualidades que pueden útiles en varios campos. Con todo, estas fuentes pueden ser útiles en aplicaciones particulares que todavía están en desarrollo. Sera interesante construir uno de estas fuente y estudiar hasta donde pueden llegar.

Pregunta para pensar
¿Qué aplicaciones aprovechan la coherencia óptica de los láseres?


Por cierto, este post participa en la XVIII edición del Carnaval de la Química, que alberga ahora el blog XDCiencia.

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