¿Alguna vez has visto ese haz verde que cruza el cielo nocturno en el desierto de Atacama? No es magia: es un láser que los astrónomos del observatorio Paranal usan para crear una 'estrella artificial' y corregir la distorsión de la atmósfera. Pero, ¿cómo logra un láser mantenerse tan fino y potente a kilómetros de distancia? En este glosario, vamos a destripar la física detrás de la luz coherente, desde su principio cuántico hasta sus aplicaciones más sorprendentes en Chile. Prepárate para entender por qué los láseres son herramientas clave en la astronomía, la minería y hasta en la medicina de tus clínicas locales.
Aplicaciones
- Aplicación en astronomía (estrella guía láser) (noun) /a.pli.kaˈsjon en as.tɾo.noˈmi.a/
- Uso de láseres para crear estrellas artificiales en la atmósfera, permitiendo a los telescopios corregir la distorsión causada por la turbulencia atmosférica mediante óptica adaptativa.
Sinónimos : estrella artificial, LGS (Laser Guide Star)
Sin láseres de estrella guía, los telescopios como el VLT en Paranal no podrían alcanzar su resolución máxima.
Cada noche, el Very Large Telescope en el cerro Paranal dispara un láser de sodio de 589 nm que excita átomos de sodio a 90 km de altura, creando una estrella artificial que los astrónomos usan para medir y corregir las distorsiones atmosféricas en tiempo real.
- Aplicación en medicina (cirugía láser) (noun) /a.pli.kaˈsjon en meˈdi.si.na/
- Uso de láseres en procedimientos quirúrgicos para cortar, coagular o vaporizar tejidos con precisión micrométrica, reduciendo el sangrado y el tiempo de recuperación.
Sinónimos : cirugía con láser
En clínicas de Santiago y Concepción, los láseres de CO2 y Nd:YAG son estándar en cirugías oftalmológicas, dermatológicas y odontológicas.
En el Hospital Clínico de la Universidad de Chile, un láser de femtosegundos realiza cirugías de cataratas en menos de 10 minutos, con incisiones tan precisas que el paciente puede irse a casa el mismo día.
- Aplicación en minería (corte láser) (noun) /a.pli.kaˈsjon en mi.neˈɾi.a/
- Uso de láseres de alta potencia para cortar, soldar o marcar metales y otros materiales en la industria minera, permitiendo precisión y reducción de residuos.
Sinónimos : corte por láser
En faenas como Chuquicamata o Escondida, los láseres reducen el tiempo de corte y mejoran la seguridad al minimizar el uso de herramientas mecánicas.
En la mina de cobre de Radomiro Tomic, cerca de Calama, un láser de CO2 de 6 kW corta planchas de acero de 25 mm de grosor en minutos, con un acabado limpio que reduce la necesidad de post-procesamiento.
- Comunicación por fibra óptica (noun) /ko.mu.ni.kaˈsjon poɾ ˈfi.bɾa opˈti.ka/
- Tecnología que transmite información mediante pulsos de luz a través de fibras ópticas, usando láseres como fuentes de luz. Permite velocidades de transmisión de terabits por segundo.
Sinónimos : fibra óptica, telecomunicaciones ópticas
Las redes de fibra óptica en Chile (como la de Movistar o Entel) usan láseres de semiconductor para transmitir datos entre Santiago, Valparaíso y Concepción sin pérdida significativa de señal.
La fibra óptica que conecta el campus San Joaquín de la UC con el centro de Santiago transmite datos a 100 Gbps usando láseres de 1550 nm, con repetidores cada 80 km para regenerar la señal.
- LIDAR (noun) /ˈli.ðaɾ/
- Técnica de detección y ranging por luz (Light Detection and Ranging) que usa láseres para medir distancias y crear mapas 3D de alta precisión, aplicada en geología, arqueología y topografía.
Sinónimos : lidar
En Chile, el LIDAR se usa para estudiar glaciares en la Patagonia, mapear fallas geológicas y planificar proyectos de infraestructura.
El proyecto LIDAR del Servicio Nacional de Geología y Minería (SERNAGEOMIN) mapeó el volcán Villarrica con una resolución de 1 metro, revelando estructuras internas clave para predecir erupciones.
Componentes
- Espejo dieléctrico (noun) /esˈpe.xo di.eˈlek.tɾi.ko/
- Espejo fabricado con capas alternadas de materiales dieléctricos (como óxidos de titanio y silicio) que reflejan selectivamente ciertas longitudes de onda con alta eficiencia (más del 99.9%).
Sinónimos : espejo de Bragg
Son clave en cavidades ópticas de láseres para maximizar la reflexión en la longitud de onda de operación y minimizar las pérdidas.
En el láser de He-Ne del laboratorio de la Universidad de La Serena, los espejos dieléctricos reflejan el 99.9% de la luz roja a 632.8 nm, permitiendo que el haz se amplifique múltiples veces dentro de la cavidad.
Física cuántica
- Diagrama de niveles de energía (noun) /djaˈɡɾa.ma ðe niˈβe.les ðe e.neɾˈxi.a/
- Representación gráfica de los estados energéticos de los electrones en un átomo o molécula, mostrando las transiciones permitidas para la emisión o absorción de fotones.
Sinónimos : esquema de niveles
Es el 'mapa de carreteras' que te dice qué longitudes de onda puede emitir o absorber un láser.
En un láser Nd:YAG, el diagrama muestra transiciones desde el nivel fundamental (4I9/2) hasta estados metaestables (4F3/2) y finalmente la emisión en 1064 nm al regresar al nivel 4I11/2.
- Emisión estimulada (noun) /em.siˈon es.ti.muˈla.ða/
- Proceso en el que un fotón incidente induce a un átomo excitado a emitir otro fotón con la misma fase, dirección y energía, amplificando la luz de forma coherente.
Sinónimos : emisión inducida
Es el 'motor' del láser: sin emisión estimulada, no hay amplificación de luz coherente.
Cuando un fotón con energía igual a la diferencia entre dos niveles atómicos choca con un átomo en estado excitado, este emite otro fotón idéntico que se suma al haz original, como una reacción en cadena controlada.
- Energía de fotón (noun) /e.neɾˈxi.a ðe foˈton/
- Energía asociada a un cuanto de luz (fotón), dada por el producto de la constante de Planck (h) y la frecuencia de la luz.
Sinónimos : cuanto de luz
Determina si un láser puede romper enlaces químicos (como en cirugía) o excitar átomos (como en espectroscopia).
Un fotón de luz verde (532 nm) tiene una energía de 2.33 eV, suficiente para excitar electrones en semiconductores pero no para romper moléculas orgánicas.
- Población invertida (noun) /po.blaˈsjon in.βeɾˈti.ða/
- Situación en la que hay más átomos en un estado excitado que en el estado fundamental, condición necesaria para que ocurra emisión estimulada y amplificación de luz.
Sin población invertida, no hay láser. Es como tener una batería cargada que puede liberar energía bajo demanda.
En un láser de rubí, los átomos de cromo se bombean con luz blanca hasta que hay más en el estado excitado que en el fundamental, creando la población invertida que permite la emisión láser.
- Umbral de bombeo (noun) /umˈbɾal ðe ˈbom.beo/
- Nivel mínimo de energía de bombeo necesario para lograr población invertida y comenzar la emisión láser. Por debajo de este umbral, el dispositivo emite luz espontánea (fluorescencia).
Sinónimos : umbral láser
Si no alcanzas el umbral de bombeo, el láser no enciende. Es como intentar encender un motor sin suficiente combustible.
En un láser de rubí, el umbral de bombeo es de aproximadamente 500 J, lo que significa que la lámpara de flash debe entregar al menos esa energía para que el láser emita un pulso.
Tipos de láser
- Láser continuo (noun) /ˈla.seɾ konˈti.nwo/
- Láser que emite luz de forma constante en el tiempo, sin interrupciones. Su potencia es estable y se mide en vatios.
Sinónimos : láser CW (Continuous Wave)
Ideal para aplicaciones que requieren un haz estable, como corte de materiales, soldadura y espectroscopia.
El láser continuo de CO2 en una planta de Antofagasta corta planchas de acero inoxidable de 20 mm de grosor a una velocidad de 1 metro por minuto.
- Láser de CO2 (noun) /ˈla.seɾ ðe ˈse.oˈdos/
- Láser de gas en el que el medio de ganancia es dióxido de carbono (CO2), mezclado con nitrógeno y helio, emitiendo principalmente en 10.6 µm (infrarrojo lejano) y usado en corte, soldadura y cirugía.
Es uno de los láseres más potentes y eficientes, con eficiencias que pueden superar el 20% y potencias de hasta 100 kW.
En la planta de procesamiento de cobre de Codelco en Chuquicamata, un láser de CO2 de 15 kW corta planchas de cobre de 50 mm de grosor en menos de 5 minutos, con un acabado que reduce la necesidad de lijado.
- Láser de estado sólido (noun) /ˈla.seɾ ðe esˈta.ðo ˈso.li.ðo/
- Láser en el que el medio de ganancia es un material sólido dopado con iones activos (como neodimio en YAG o rubí).
Sinónimos : láser sólido
Son robustos, compactos y versátiles, usados en industria, medicina y defensa. El Nd:YAG es el más común.
El láser Nd:YAG del taller de joyería en Valparaíso emite en 1064 nm y se usa para grabar diseños en oro con precisión micrométrica.
- Láser de fibra óptica (noun) /ˈla.seɾ ðe ˈfi.bɾa opˈti.ka/
- Láser en el que el medio de ganancia es una fibra óptica dopada con iones de tierras raras (como erbio o iterbio), que amplifican la luz mediante emisión estimulada.
Sinónimos : láser de fibra
Son ideales para telecomunicaciones porque combinan alta potencia, eficiencia y compatibilidad con fibras ópticas.
Las redes de internet de alta velocidad en Santiago usan amplificadores de fibra dopada con erbio, que funcionan como láseres de fibra óptica para regenerar la señal cada 80 km.
- Láser de gas (noun) /ˈla.seɾ ðe ɡas/
- Láser en el que el medio de ganancia es un gas (como helio-neón, CO2 o argón), donde los átomos o moléculas se excitan mediante descargas eléctricas.
Los láseres de CO2 son potentes y se usan en corte y soldadura industrial, mientras que los He-Ne son comunes en laboratorios educativos.
En el laboratorio de física de la Universidad de Santiago, el láser de He-Ne emite luz roja a 632.8 nm y se usa para demostraciones de interferencia.
- Láser de He-Ne (noun) /ˈla.seɾ ðe ˈe.ne/
- Láser de gas que usa una mezcla de helio y neón como medio de ganancia, emitiendo principalmente en 632.8 nm (rojo) y usado en laboratorios, metrología y holografía.
Sinónimos : láser de helio-neón
Es el láser más común en laboratorios educativos por su bajo costo, estabilidad y facilidad de uso.
En el taller de óptica de la Universidad Católica de Valparaíso, el láser de He-Ne se usa para alinear componentes ópticos y demostrar experimentos de interferencia de Young.
- Láser de rubí (noun) /ˈla.seɾ ðe ruˈβi/
- Primer láser funcional construido en 1960 por Theodore Maiman, que usa un cristal de rubí (alúmina dopada con cromo) como medio de ganancia y emite en 694.3 nm (rojo).
Aunque hoy es obsoleto para aplicaciones industriales, su historia lo hace fundamental en la enseñanza de la física de láseres.
En el museo de la Universidad de Chile, se exhibe un láser de rubí original de los años 60, que emite pulsos de luz roja cuando se bombea con una lámpara de flash.
- Láser Nd:YAG (noun) /ˈla.seɾ ˈe.ne ði ˈjaɡ/
- Láser de estado sólido en el que el medio de ganancia es un cristal de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG), emitiendo principalmente en 1064 nm (infrarrojo cercano).
Es uno de los láseres más versátiles, usado en industria, medicina, militar y como láser de bombeo para otros láseres.
En una clínica de dermatología en Santiago, el láser Nd:YAG se usa para eliminar tatuajes y lesiones vasculares, gracias a su longitud de onda que es absorbida selectivamente por la melanina y la hemoglobina.
- Láser pulsado (noun) /ˈla.seɾ pulˈsa.ðo/
- Láser que emite luz en pulsos cortos (desde nanosegundos hasta femtosegundos), permitiendo altas potencias pico sin sobrecalentar el material.
Sinónimos : láser Q-switched
Se usan en micromecanizado, oftalmología y espectroscopia de ultra alta resolución.
El láser pulsado de femtosegundos en una clínica de oftalmología en Concepción realiza cirugías de corrección visual en menos de un segundo, con cortes más precisos que un bisturí.
- Láser semiconductor (noun) /ˈla.seɾ se.mi.konˈduk.toɾ/
- Láser en el que el medio de ganancia es un semiconductor (como arseniuro de galio), donde la recombinación de electrones y huecos genera luz.
Sinónimos : diodo láser
Son pequeños, eficientes y baratos, dominando aplicaciones como lectores de códigos de barras, fibra óptica y punteros láser.
El láser infrarrojo en el control remoto de tu TV es un láser semiconductor que emite a 940 nm, invisible para el ojo humano pero detectable por sensores.
Óptica
- Ancho de banda (noun) /ˈan.tʃo ðe ˈban.da/
- Rango de frecuencias o longitudes de onda que un láser puede emitir. En láseres de banda estrecha, este rango es muy pequeño (menos de 1 MHz).
Sinónimos : banda espectral
Un ancho de banda estrecho es clave para aplicaciones como comunicaciones por fibra óptica y espectroscopia de alta resolución.
El láser de helio-neón del laboratorio de la Universidad de Valparaíso tiene un ancho de banda de solo 1.5 GHz, lo que lo hace ideal para experimentos de interferometría.
- Cavidad óptica (noun) /ka.βiˈðað opˈti.ka/
- Estructura que confina la luz en un espacio reducido usando espejos paralelos, permitiendo que los fotones pasen múltiples veces por el medio de ganancia para amplificar la emisión estimulada.
Sinónimos : resonador óptico
Es el 'corazón' del láser: sin cavidad, no hay retroalimentación para generar el haz coherente.
En el láser He-Ne del laboratorio de física de la Universidad de Concepción, la cavidad óptica mide 30 cm y contiene una mezcla de helio y neón que emite luz roja a 632.8 nm.
- Coherencia espacial (noun) /ko.eˈɾen.sja es.pa.siˈal/
- Propiedad de un haz láser que mantiene una relación de fase constante entre diferentes puntos del frente de onda, permitiendo que se enfoque en un punto muy pequeño.
Sinónimos : coherencia transversal
Gracias a esto, un láser puede cortar metales con precisión micrométrica o grabar circuitos en obleas de silicio.
El láser de un taller de mecánica en Antofagasta enfoca su haz en 0.1 mm para cortar planchas de cobre con un acabado perfecto, algo imposible con una lámpara común.
- Coherencia temporal (noun) /ko.eˈɾen.sja tem.poˈɾal/
- Propiedad que permite al láser emitir luz con una frecuencia muy definida y estable en el tiempo, generando pulsos ultracortos o haces de banda estrecha.
Sinónimos : coherencia longitudinal
Es clave para aplicaciones como comunicaciones por fibra óptica y espectroscopia de alta precisión.
El láser usado en cirugías oftalmológicas en clínicas de Santiago tiene una coherencia temporal de nanosegundos, lo que permite cortes precisos sin dañar tejidos circundantes.
- Colimación (noun) /ko.li.maˈsjon/
- Proceso de hacer que un haz de luz sea paralelo, minimizando su divergencia. En láseres, se logra con lentes y espejos para mantener el haz enfocado a largas distancias.
Sinónimos : haz paralelo
Un haz colimado es esencial para aplicaciones como punteros láser, LIDAR y comunicaciones por espacio libre.
El puntero láser que usas en una presentación en la Universidad de Antofagasta está colimado para que el haz no se abra más de 1 mm en un metro de distancia.
- Divergencia del haz (noun) /di.βeɾˈxen.sja ðel as/
- Ángulo con el que el haz láser se abre al propagarse, medido en milirradianes (mrad). Un haz bien colimado tiene baja divergencia.
Sinónimos : abertura del haz
La divergencia determina qué tan lejos puede viajar el haz sin perder intensidad, clave para aplicaciones como LIDAR y comunicaciones.
El láser verde del observatorio Paranal tiene una divergencia de solo 0.5 mrad, lo que permite que el haz mantenga un diámetro de 30 cm incluso a 90 km de altura.
- Eficiencia de un láser (noun) /e.fiˈsjen.sja ðe un ˈla.seɾ/
- Relación entre la potencia óptica de salida y la potencia eléctrica de entrada, expresada en porcentaje. Mide qué tan bien el láser convierte energía en luz útil.
Sinónimos : rendimiento
Los láseres de semiconductor pueden superar el 50% de eficiencia, mientras que los láseres de CO2 alcanzan hasta un 20%.
El láser de fibra dopado con iterbio en un repetidor de fibra óptica en Santiago tiene una eficiencia del 35%, lo que permite operar con menos calor y mayor vida útil.
- Frecuencia (noun) /fɾeˈkwen.sja/
- Número de oscilaciones completas de una onda electromagnética por segundo, medido en hercios (Hz). En el espectro visible, determina el color de la luz.
Sinónimos : frecuencia angular
La frecuencia y la longitud de onda están inversamente relacionadas: a mayor frecuencia, menor longitud de onda.
Un láser rojo de 632.8 nm tiene una frecuencia de aproximadamente 474 THz, mientras que un láser ultravioleta de 308 nm alcanza 974 THz.
- Láser (noun) /ˈla.seɾ/
- Dispositivo que emite luz coherente mediante la amplificación óptica por emisión estimulada de radiación. La palabra 'láser' es un acrónimo de *Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation*.
Sinónimos : laiser, haz láser, radiación láser
Es la única fuente de luz que puede enfocarse en un punto microscópico o viajar kilómetros sin dispersarse significativamente.
En el observatorio Paranal, los astrónomos usan un láser de sodio de 589 nm para excitar átomos en la atmósfera y crear una estrella guía artificial que corrige las turbulencias atmosféricas en tiempo real.
- Longitud de onda (noun) /lonˈxi.tuð de ˈo.la.ða/
- Distancia entre dos puntos consecutivos en fase de una onda electromagnética, que determina su color y energía. Se denota con la letra griega lambda (λ).
Sinónimos : lambda
Cada láser emite en una longitud de onda específica, como el verde de 532 nm para punteros láser o el infrarrojo de 1064 nm para láseres industriales.
El láser verde que ilumina el cielo del observatorio Paranal tiene una longitud de onda de 589 nm, ideal para excitar átomos de sodio en la atmósfera y crear una estrella artificial.
- Modo longitudinal (noun) /ˈmo.ðo lon.ɡi.tuˈdi.nal/
- Patrones de onda estacionaria que se forman dentro de la cavidad óptica del láser, determinando las frecuencias de emisión permitidas.
Cada modo longitudinal corresponde a una frecuencia específica que el láser puede emitir, separadas por un intervalo constante.
En un láser He-Ne de 30 cm de largo, los modos longitudinales están separados por aproximadamente 500 MHz, lo que permite seleccionar una frecuencia específica con un etalon.
- Modo transversal (noun) /ˈmo.ðo tɾans.βeɾˈsal/
- Distribución espacial del haz láser dentro de la cavidad, que determina su perfil de intensidad y forma geométrica (como TEM00 o TEM01).
Sinónimos : perfil transversal
El modo transversal TEM00 es el más deseado porque tiene un perfil gaussiano perfecto y mínima divergencia.
El láser de corte en un taller de Santiago usa el modo TEM00 para lograr un haz circular y simétrico, ideal para cortes precisos en metal.
- Polarización de un láser (noun) /po.la.ɾi.saˈsjon ðe un ˈla.seɾ/
- Orientación del campo eléctrico de la onda luminosa, que puede ser lineal, circular o elíptica. En muchos láseres, la polarización es lineal y se controla con elementos ópticos.
La polarización afecta la reflexión, la absorción y la eficiencia en aplicaciones como corte láser y comunicaciones.
El láser de CO2 en una máquina de corte en Antofagasta usa polarización lineal vertical para minimizar las pérdidas por reflexión en el metal y maximizar la absorción.
- Potencia óptica (noun) /poˈten.sja opˈti.ka/
- Cantidad de energía luminosa emitida por unidad de tiempo, medida en vatios (W). En láseres, puede variar desde microwatios hasta kilowatios.
Sinónimos : potencia del haz
Un láser de baja potencia (1 mW) sirve para apuntar, mientras que uno de alta potencia (100 W) corta acero en minutos.
El láser industrial en una faena minera de Antofagasta opera a 2 kW, suficiente para cortar planchas de acero de 10 mm de grosor en 30 segundos.