Un láser de estado sólido es un láser que utiliza un medio de ganancia que es un sólido , en lugar de un líquido como en los láseres de colorante o un gas como en los láseres de gas . [1] Los láseres basados en semiconductores también están en estado sólido, pero generalmente se consideran una clase separada de los láseres de estado sólido, llamados diodos láser .
Generalmente, el medio activo de un láser de estado sólido consiste en un vidrio o material "anfitrión" cristalino , al que se agrega un " dopante " como neodimio , cromo , erbio , [2] tulio [3] o iterbio . [4] Muchos de los dopantes comunes son elementos de tierras raras , porque los estados excitados de tales iones no están fuertemente acoplados con las vibraciones térmicas de sus redes cristalinas ( fonones ), y sus umbrales operativos se pueden alcanzar a intensidades relativamente bajas de bombeo láser .
Existen cientos de medios de estado sólido en los que se ha logrado la acción del láser, pero relativamente pocos tipos se utilizan ampliamente. De ellos, probablemente el más común sea el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG). El vidrio dopado con neodimio (Nd:glass) y los vidrios o cerámicas dopados con iterbio se utilizan a niveles de potencia muy altos ( teravatios ) y energías altas ( megajulios ), para la fusión por confinamiento inercial de múltiples haces .
El primer material utilizado para láseres fueron los cristales de rubí sintéticos . Los láseres de rubí todavía se utilizan para algunas aplicaciones, pero ya no son comunes debido a su baja eficiencia energética. A temperatura ambiente, los láseres de rubí emiten solo pulsos cortos de luz, pero a temperaturas criogénicas se puede hacer que emitan un tren continuo de pulsos. [5]
El segundo medio de ganancia de estado sólido fue el fluoruro de calcio dopado con uranio . Peter Sorokin y Mirek Stevenson, de los laboratorios de IBM en Yorktown Heights (EE. UU.), experimentaron con este material en la década de 1960 y lograron una emisión láser de 2,5 μm poco después del láser de rubí de Maiman .
Algunos láseres de estado sólido se pueden sintonizar mediante el uso de etalones intracavitarios , prismas , rejillas o una combinación de estos. [6] El zafiro dopado con titanio se usa ampliamente por su amplio rango de sintonización, de 660 a 1080 nanómetros . Los láseres de alejandrita se pueden sintonizar de 700 a 820 nm y producen pulsos de mayor energía que los láseres de titanio- zafiro debido al mayor tiempo de almacenamiento de energía del medio de ganancia y al mayor umbral de daño .
Los medios láser de estado sólido suelen bombearse ópticamente , utilizando una lámpara de destellos o una lámpara de arco , o mediante diodos láser . [1] Los láseres de estado sólido bombeados por diodos tienden a ser mucho más eficientes y se han vuelto mucho más comunes a medida que ha disminuido el costo de los láseres semiconductores de alta potencia . [7]
El bloqueo de modos de los láseres de estado sólido y de fibra tiene amplias aplicaciones, ya que se pueden obtener pulsos ultracortos de gran energía. [1] Hay dos tipos de absorbentes saturables que se utilizan ampliamente como bloqueadores de modos: SESAM, [8] [9] [10] y SWCNT. También se ha utilizado grafeno . [11] [12] [13] Estos materiales utilizan un comportamiento óptico no lineal llamado absorción saturable para hacer que un láser cree pulsos cortos.
Los láseres de estado sólido se utilizan en investigación, tratamientos médicos y aplicaciones militares, entre otros.