Un láser de estado sólido es un láser que utiliza un medio de ganancia que es sólido , en lugar de líquido como en los láseres de tinte o 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 "huésped" cristalino , al que se le añade 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 pueden alcanzarse a intensidades de láser relativamente bajas. bombeo .
Hay cientos de medios de estado sólido en los que se ha logrado la acción del láser, pero relativamente pocos tipos se utilizan ampliamente. De estos, probablemente el más común sea el granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG). El vidrio dopado con neodimio (Nd:vidrio) y los vidrios o cerámicas dopados con iterbio se utilizan a niveles de potencia muy altos ( teravatios ) y altas energías ( megajulios ), para la fusión por confinamiento inercial de haces múltiples .
El primer material utilizado para los láseres fueron cristales de rubí sintéticos . Los láseres de rubí todavía se utilizan para algunas aplicaciones, pero no son comunes debido a su baja eficiencia energética. A temperatura ambiente, los láseres de rubí emiten sólo breves pulsos de luz, pero a temperaturas criogénicas se puede hacer que emitan un tren continuo de pulsos. [5]
Algunos láseres de estado sólido también se pueden sintonizar utilizando varias técnicas intracavitarias, que emplean etalones , prismas y rejillas , o una combinación de estos. [6] El zafiro dopado con titanio se utiliza 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 y 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 normalmente se bombean 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 el costo de los láseres semiconductores de alta potencia ha disminuido.
El bloqueo de modo 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 casilleros de modo: SESAM, [7] [8] [9] y SWCNT. También se ha utilizado grafeno . [10] [11] [12] 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 están desarrollando como armas opcionales para el F-35 Lightning II y están alcanzando un estado casi operativo, [13] [14] [15] , así como la introducción del sistema de armas láser FIRESTRIKE de Northrop Grumman . [16] [17] En abril de 2011, la Armada de los Estados Unidos probó un láser de estado sólido de alta energía. El alcance exacto está clasificado, pero dijeron que disparó "millas, no yardas". [18] [19]
El fluoruro de calcio dopado con uranio fue el segundo tipo de láser de estado sólido inventado en la década de 1960. Peter Sorokin y Mirek Stevenson, de los laboratorios de IBM en Yorktown Heights (EE.UU.), lograron un láser de 2,5 µm poco después del láser de rubí de Maiman .
El ejército de EE. UU. se está preparando para probar un sistema láser montado en un camión que utiliza un láser de fibra de 58 kW. [20] La escalabilidad del láser abre el uso en todo, desde drones hasta naves masivas con diferentes niveles de potencia. El nuevo láser pone en su haz el 40 por ciento de la energía disponible, una cantidad que se considera muy alta para los láseres de estado sólido. Dado que cada vez más vehículos y camiones militares utilizan motores híbridos avanzados y sistemas de propulsión que producen electricidad para aplicaciones como láseres, es probable que las aplicaciones proliferen en camiones, drones, barcos, helicópteros y aviones. [20]