Un láser Raman es un tipo específico de láser en el que el mecanismo fundamental de amplificación de la luz es la dispersión Raman estimulada . Por el contrario, la mayoría de los láseres "convencionales" (como el láser rubí ) se basan en transiciones electrónicas estimuladas para amplificar la luz.
Los láseres Raman se bombean ópticamente . Sin embargo, este bombeo no produce una inversión de población como en los láseres convencionales. En cambio, los fotones de bombeo se absorben y se reemiten "inmediatamente" como fotones de luz láser de frecuencia más baja (fotones "Stokes") mediante dispersión Raman estimulada . La diferencia entre las dos energías de los fotones es fija y corresponde a una frecuencia vibratoria del medio de ganancia. Esto hace posible, en principio, producir longitudes de onda de salida láser arbitrarias eligiendo la longitud de onda del láser de bombeo de manera apropiada. Esto es en contraste con los láseres convencionales, en los que las posibles longitudes de onda de salida láser están determinadas por las líneas de emisión del material de ganancia.
En las fibras ópticas de sílice , por ejemplo, el desplazamiento de frecuencia correspondiente a la mayor ganancia Raman es de aproximadamente 13,2 THz. En el infrarrojo cercano , esto corresponde a una separación de longitud de onda entre la luz de bombeo y la luz de salida del láser de aproximadamente 100 nm.
El primer láser Raman, realizado en 1962 por Gisela Eckhardt y EJ Woodbury, utilizó nitrobenceno como medio de ganancia, que se bombeaba dentro de la cavidad de un láser de rubí de conmutación Q. [1] [2] Se pueden utilizar otros medios de ganancia para construir láseres Raman:
En 1976 se demostró el primer láser Raman de onda continua que utiliza una fibra óptica como medio de ganancia. [3] En los láseres basados en fibra, se mantiene un confinamiento espacial estricto de la luz de bombeo a lo largo de distancias relativamente grandes. Esto reduce significativamente las potencias de bombeo de umbral a niveles prácticos y, además, permite el funcionamiento en onda continua.
En 1988 se fabricó el primer láser de fibra Raman basado en rejillas de Bragg de fibra. [4] Las rejillas de Bragg de fibra son reflectores de banda estrecha y actúan como espejos de la cavidad del láser. Se inscriben directamente en el núcleo de la fibra óptica utilizada como medio de ganancia, lo que elimina las pérdidas sustanciales que surgían anteriormente debido al acoplamiento de la fibra a los reflectores externos de la cavidad óptica.
En la actualidad, los láseres Raman basados en fibra disponibles comercialmente pueden ofrecer potencias de salida en el rango de unas pocas decenas de vatios en funcionamiento de onda continua. Una técnica que se emplea comúnmente en estos dispositivos es la cascada , propuesta por primera vez en 1994: [5] La luz láser de "primer orden" que se genera a partir de la luz de bombeo en un solo paso de cambio de frecuencia permanece atrapada en el resonador láser y se empuja a niveles de potencia tan altos que actúa como la bomba para la generación de luz láser de "segundo orden" que se desplaza nuevamente por la misma frecuencia vibratoria. De esta manera, se utiliza un solo resonador láser para convertir la luz de bombeo (normalmente alrededor de 1060 nm) a través de varios pasos discretos a una longitud de onda de salida deseada "arbitraria".
Más recientemente, el láser Raman ha sido demostrado en guías de ondas ópticas integradas basadas en silicio por el grupo de Bahram Jalali en la Universidad de California en Los Ángeles en 2004 (operación pulsada [6] ) y por Intel en 2005 (onda continua [7] ), respectivamente. Estos desarrollos recibieron mucha atención [8] porque fue la primera vez que se realizó un láser en silicio: el láser "clásico" basado en transiciones electrónicas está prohibido en silicio cristalino debido a su banda prohibida indirecta. Las fuentes de luz prácticas basadas en silicio serían muy interesantes para el campo de la fotónica de silicio , que busca explotar el silicio no solo para realizar electrónica sino también para una nueva funcionalidad de procesamiento de luz en el mismo chip.