¿Cuántos tipos de láser existen y cuáles son las diferencias?

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Tomas de un cabezal láser visto desde el interior

Los láseres están presentes en todas partes a nuestro alrededor. Desde el sector industrial (automoción, herramientas, oleodinámica, electrodoméstico), al sector médico y estético, hoy en día los láseres se emplean prácticamente en todos los ámbitos dado que son versátiles y capaces de realizar diferentes trabajos: corte, soldadura y marcado láser, eliminación de tatuajes, intervenciones oculares, depilación, etc. Naturalmente, los láseres no son todos iguales y, en función de la aplicación, se elige aquel más adecuado con la fuente más acorde al uso que se desea realizar.

Los láseres se clasifican en cinco categorías:

Así mismo, estos cinco tipos de láser se pueden subdividir en subcategorías en función de su modo de funcionamiento: láser de onda continua o láser pulsado. Por otra parte, existen diferentes tipos de láser pulsado. El mismo láser de fibra destinado al marcado puede tener la duración del impulso variable (versión MOPA) para marcar plásticos sin rebabas o quemaduras.

 

Antes de profundizar en los distintos tipos de láser, definamos que es un láser y cómo funciona.

¿Qué es un láser?

Un láser es un dispositivo que genera luz bajo la forma de un rayo láser. Un rayo láser es distinto de un rayo de luz en cuanto a que sus rayos son monocromáticos (un único color), coherentes (de la misma frecuencia y forma de onda) y colimados (que van en la misma dirección).

Los láseres proporcionan esta «información perfecta», ideal para aplicaciones que requieren de una elevada precisión.

En este artículo hemos hablado de la Historia del láser, desde Einstein hasta Gordon Gould. Veamos técnicamente los componentes de un láser. En un láser encontramos tres componentes principales:

La fuente de energía

La fuente de energía bombea la luz en un medio activo (el medio activo es el resultado de la emisión estimulada por fotones a través de transiciones electrónicas o moleculares a un estado de energía inferior desde un estado de energía superior previamente poblado por una fuente). Varía en función del tipo de láser. Podría ser un diodo láser, una descarga eléctrica, una reacción química, una lámpara flash entre otras.

El medio activo

El medio activo emite un rayo de luz de una longitud de onda específica cuando resulta excitado por la luz. Se dice que se trata de la fuente de la ganancia óptica. Los láseres en general toman el nombre de sus medios de ganancia. En un láser CO2, por ejemplo, el medio de ganancia es el gas CO2.

El resonador

El resonador amplía la ganancia óptica a través de espejos que rodean el medio de ganancia. Estos incluyen espejos sueltos en los láseres de estado sólido, con facetas talladas o revestidos de diodos láser y reflectores Bragg en los láseres de fibra.

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Láser de gas

El Láser industrial de CO2 es un láser en el que una corriente eléctrica se envía a través de un gas para generar luz por medio de un proceso conocido como inversión de población. Algunos ejemplos de láser de gas incluyen el láser de dióxido de carbono (CO2), láser helio-neón, láser de argón, láser de krypton y láser de excímeros.

Los láseres de gas se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones, entre las cuales la holografía, espectroscopia, escaneo de códigos de barras, mediciones de la contaminación atmosférica, procesado de materiales y cirugía láser.

 

Los láseres de CO2 son, probablemente, los láseres de gas más conocidos y se utilizan principalmente para el marcado láser, el corte láser y la soldadura láser. LASIT, con FlyCO2, realiza marcados sobre materiales orgánicos como madera y bambú, siendo especialmente útil en el sector promocional.

Láser de estado sólido

El láser de estado sólido es un láser cuyo medio activo es un cristal o un vidrio dopado con iones, diferenciándose así del láser de colorantes que usa un colorante orgánico, habitualmente en solución líquida, como medio de amplificación de la luz y del láser de gas, donde se produce una descarga eléctrica a través del correspondiente gas (por ejemplo, helio-neón) para producir la luz coherente.

Láser de fibra

Un láser de fibra es un tipo especial de láser de estado sólido siendo una categoría en sí mismo. Un láser de fibra es un dispositivo en el que «el medio de ganancia activa es una fibra óptica dopada con elementos de tierras raras como erbio, iterbio, neodimio, disprosio, praseodimio, tulio y holmio».

 

Las propiedades de guía de la luz de la fibra óptica son lo que convierte a este tipo de láser en tan diferente: el rayo láser es más pequeño respecto de otros tipos de láseres, lo cual lo convierte en más preciso. Los láseres de fibra son también apreciados por sus dimensiones reducidas, buena eficiencia eléctrica, bajo mantenimiento y bajos costes operativos.

 

Los láseres de fibra se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, entre las cuales el procesado de materiales (limpieza láser, texturizado, corte, soldadura, marcado), medicina y armas de energía directa. En este artículo hablamos de las ventajas del láser de fibra para le marcado láser, mientras que en este artículo profundizamos en la diferencia entre un láser de fibra y su versión de duración de impulso variable (MOPA).

 

Hoy en día el láser de fibra es aquel más empleado para las aplicaciones de marcado y grabado láser. Esto se debe a un efecto duradero y de alta calidad en todos los metales y sobre casi todos los plásticos. Con este tipo de sistema podemos incluso garantizar marcados muy negros y sin reflejos, requerido sobre todo en el ámbito médico (por razones de seguridad) y en el sector Electrodomésticos y Joyería (por razones estéticas).

 

Otro tipo de láser que se diferencia por la duración de su impulso es el láser Picosegundo. Con el FlyPico logramos obtener marcados muy negros y con un alto contraste, pero sin reflejo. Esto es especialmente útil en el sector médico (por razones de seguridad) y en el mundo del electrodoméstico y joyería (por razones estéticas).

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Láseres líquidos (láseres de colorantes)

Los láseres líquidos utilizan un colorante orgánico líquido como medio de ganancia. Son también conocidos como láseres colorantes y se utilizan en la medicina láser, en la espectroscopia, en la eliminación de antojos o marcas de nacimiento y en la separación de los isotopos.

 

Una de las ventajas de los láseres de colorante es que pueden generar una gama mucho más amplia de longitud de onda, convirtiéndolos en buenos candidatos como láseres sintonizables, lo cual significa que el largo de onda se puede controlar durante el funcionamiento.

 

En la separación de los isótopos, por ejemplo, los láseres se sintonizan en específicas resonancias atómicas. Se sintonizan por tanto sobre un isotopo específico para ionizar los átomos, convirtiéndolos así en neutros, en lugar de cargados negativamente o positivamente. Son, por tanto, separados con un campo eléctrico, obteniendo lo que se denomina separación isotópica.

Láser de semiconductor (diodos láser)

Un diodo láser (o LD de Laser Diode en inglés) es un dispositivo optoelectrónico capaz de emitir un haz de láser emitido desde la región activa del semiconductor con el que se realiza el dispositivo mismo.  La estructura del semiconductor es muy similar a la empleada en la realización de LED (Light Emitting Diode).

 

Un diodo láser, como muchos otros dispositivos electrónicos, está compuesto por material semiconductor dopado, presente en un estrato muy fino de la superficie de cristal. El cristal es dopado para producir una región de semiconductor de tipo n y una región de semiconductor de tipo p, una sobre la otra, para obtener una unión PN, es decir, un diodo.

 

Como en otros tipos de diodos, cuando la estructura se polariza directamente, las lagunas procedentes de la región p son inyectadas en la región n, donde los electrones son portadores mayoritarios de carga. De forma análoga, los electrones de la región n son inyectados en la región p, donde las lagunas son las portadoras mayoritarias. Cuando un electrón y una laguna están presentes en la misma región, pueden combinarse de nuevo por emisión espontánea, es decir, el electrón puede ocupar de nuevo el estado energético de la laguna, emitiendo un fotón con una energía igual a la diferencia entre los estados del electrón y de la laguna involucrados. Estos electrones y lagunas inyectados representan la corriente de inyección del diodo y la emisión espontánea da, al diodo láser bajo en umbral láser, propiedades similares a un LED. La emisión espontánea es necesaria para iniciar la oscilación láser, pero es causa de ineficiencia una vez que el láser está en oscilación.

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