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 de 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. Más bien, los fotones de la bomba son absorbidos y "inmediatamente" reemitidos como fotones de luz láser de baja frecuencia (fotones "Stokes") mediante dispersión Raman estimulada . La diferencia entre las energías de los dos fotones es fija y corresponde a una frecuencia de vibración del medio de ganancia. En principio, esto permite producir longitudes de onda de salida de láser arbitrarias, eligiendo adecuadamente la longitud de onda del láser de bombeo. Esto contrasta con los láseres convencionales, en los que las posibles longitudes de onda de salida del láser están determinadas por las líneas de emisión del material de ganancia.
En las fibras ópticas de sílice , por ejemplo, el cambio de frecuencia correspondiente a la mayor ganancia Raman es de aproximadamente 13,2 THz. En el infrarrojo cercano esto corresponde a una separación de longitudes 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 dentro de un láser de rubí de conmutación Q. [1] [2] Se pueden utilizar varios otros medios de ganancia para construir láseres Raman:
El primer láser Raman de onda continua que utiliza una fibra óptica como medio de ganancia se demostró en 1976. [3] En los láseres basados en fibra, el estrecho confinamiento espacial de la luz de bombeo se mantiene en distancias relativamente grandes. Esto reduce significativamente el umbral de potencia de la bomba a niveles prácticos y, además, permite el funcionamiento de onda continua.
En 1988 se fabricó el primer láser de fibra Raman basado en rejillas de fibra de Bragg. [4] Las rejillas de fibra de Bragg son reflectores de banda estrecha y actúan como espejos de la cavidad del láser. Están inscritos directamente en el núcleo de la fibra óptica utilizada como medio de ganancia, lo que elimina pérdidas sustanciales que anteriormente surgían debido al acoplamiento de la fibra a reflectores externos de cavidad óptica masiva.
Hoy en día, los láseres Raman basados en fibra disponibles comercialmente pueden ofrecer potencias de salida del orden 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 la bomba en un único paso de cambio de frecuencia permanece atrapada en el resonador láser y se empujado a niveles de potencia tan altos que actúa como bomba para la generación de luz láser de "segundo orden" que es desplazada nuevamente por la misma frecuencia de vibración. De esta manera, se utiliza un único resonador láser para convertir la luz de la bomba (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 avances recibieron mucha atención [8] porque era la primera vez que se realizaba un láser en silicio: el láser "clásico" basado en transiciones electrónicas está prohibido en el 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 del silicio , que busca explotar el silicio no sólo para realizar electrónica sino también para nuevas funciones de procesamiento de luz en el mismo chip.