El funcionamiento pulsado de los láseres se refiere a cualquier láser no clasificado como de onda continua , de modo que la potencia óptica aparece en pulsos de cierta duración y con cierta frecuencia de repetición . [1] Esto abarca una amplia gama de tecnologías que abordan una serie de motivaciones diferentes. Algunos láseres funcionan con impulsos simplemente porque no pueden funcionar en modo continuo.
En otros casos, la aplicación requiere la producción de impulsos que tengan la mayor energía posible. Dado que la energía del pulso es igual a la potencia promedio dividida por la tasa de repetición, este objetivo a veces puede lograrse reduciendo la tasa de pulsos para que se pueda acumular más energía entre pulsos. En la ablación por láser , por ejemplo, un pequeño volumen de material en la superficie de una pieza de trabajo se puede evaporar si se calienta en muy poco tiempo, mientras que el suministro gradual de energía permitiría que el calor se absorbiera en la mayor parte de la pieza. , sin alcanzar nunca una temperatura suficientemente alta en un punto determinado.
Otras aplicaciones se basan en la potencia máxima del pulso (en lugar de la energía del pulso), especialmente para obtener efectos ópticos no lineales . Para una energía de pulso determinada, esto requiere crear pulsos de la duración más corta posible utilizando técnicas como la conmutación Q.
El ancho de banda óptico de un pulso no puede ser más estrecho que el recíproco del ancho del pulso. En el caso de pulsos extremadamente cortos, esto implica disparar sobre un ancho de banda considerable, muy al contrario de los anchos de banda muy estrechos típicos de los láseres de onda continua (CW). El medio láser en algunos láseres de colorante y láseres vibrónicos de estado sólido produce ganancia óptica en un amplio ancho de banda, lo que hace posible un láser que puede generar pulsos de luz tan cortos como unos pocos femtosegundos .
En un láser con conmutación Q, se permite que la inversión de población se acumule introduciendo una pérdida dentro del resonador que excede la ganancia del medio; esto también puede describirse como una reducción del factor de calidad o 'Q' de la cavidad. Luego, después de que la energía de bombeo almacenada en el medio láser se ha acercado al nivel máximo posible, el mecanismo de pérdida introducido (a menudo un elemento electro o acústico-óptico) se elimina rápidamente (o eso ocurre por sí solo en un dispositivo pasivo), permitiendo que el láser para comenzar que obtiene rápidamente la energía almacenada en el medio de ganancia. Esto da como resultado un pulso corto que incorpora esa energía y, por lo tanto, una potencia máxima alta.
Un láser de modo bloqueado es capaz de emitir pulsos extremadamente cortos del orden de decenas de picosegundos hasta menos de 10 femtosegundos . Estos pulsos se repetirán en el tiempo de ida y vuelta, es decir, el tiempo que tarda la luz en completar un viaje de ida y vuelta entre los espejos que componen el resonador. Debido al límite de Fourier (también conocido como incertidumbre energía-tiempo ), un pulso de duración temporal tan corta tiene un espectro extendido en un ancho de banda considerable. Por tanto, dicho medio de ganancia debe tener un ancho de banda de ganancia suficientemente amplio para amplificar esas frecuencias. Un ejemplo de material adecuado es el zafiro cultivado artificialmente y dopado con titanio ( Ti:sapphire ), que tiene un ancho de banda de ganancia muy amplio y, por tanto, puede producir impulsos de sólo unos pocos femtosegundos de duración.
Estos láseres de modo bloqueado son una herramienta muy versátil para investigar procesos que ocurren en escalas de tiempo extremadamente cortas (conocidas como física de femtosegundos, química de femtosegundos y ciencia ultrarrápida ), para maximizar el efecto de la no linealidad en materiales ópticos (por ejemplo, en la generación de segundo armónico , paramétrica) . conversión descendente , osciladores paramétricos ópticos y similares) debido a la gran potencia máxima y en aplicaciones de ablación. [ cita necesaria ] Nuevamente, debido a la duración extremadamente corta del pulso, un láser de este tipo producirá pulsos que alcanzarán una potencia máxima extremadamente alta.
Otro método para lograr el funcionamiento del láser pulsado es bombear el material láser con una fuente que a su vez sea pulsada, ya sea mediante carga electrónica en el caso de lámparas de destello, u otro láser que ya esté pulsado. El bombeo pulsado se utilizó históricamente con láseres de tinte, donde la vida útil de la población invertida de una molécula de tinte era tan corta que se necesitaba una bomba rápida y de alta energía. La forma de superar este problema fue cargar condensadores grandes que luego se descargan a través de lámparas de destello , produciendo un destello intenso. El bombeo pulsado también es necesario para los láseres de tres niveles en los que el nivel de energía inferior se llena rápidamente, lo que impide que se produzcan más disparos hasta que esos átomos se relajen hasta el estado fundamental. Estos láseres, como el láser excimer y el láser de vapor de cobre, nunca pueden funcionar en modo CW.
Los láseres pulsados Nd:YAG y Er:YAG se utilizan en la eliminación de tatuajes con láser y en telémetros láser, entre otras aplicaciones.
Los láseres pulsados también se utilizan en cirugía de tejidos blandos . Cuando un rayo láser entra en contacto con un tejido blando, un factor importante es no sobrecalentar el tejido circundante, para poder prevenir la necrosis . [2] Los pulsos del láser deben espaciarse para permitir un enfriamiento eficiente del tejido (tiempo de relajación térmica) entre pulsos. [2]