Láseres de Colorante
Óptica.
Física de láseres
Física de láseres.
Perspectiva histórica.
En 1964 Stockman realizó el primer intento para un láser de colorante. Usó una lámpara de destello para excitar la solución de perileno de benceno entre dos espejos.
En 1966 Sorokin y Lankard, fueron los primeros en obtener emisión estimulada de un componente orgánico obtener emisión estimulada de un componente orgánico (cloro –aluminio‐phthalocyanine). Cuando incorporaron el colorante en un resonador, resultó un haz láser potente a 755.5nm.
Propiedades de los colorantes orgánicos Propiedades de los colorantes orgánicos.
Moléculas poliatómicas que contienen largas cadenas dep q g enlaces dobles conjugados.
Pertenecen a tres clases:
(1)Polimetino : presenta oscilación láser en el rojo e infrarrojo
(2) X t ió lá l i ibl (3)
cercano. (2) Xantano: operación láser en el visible. (3) Cumarina: operación láser en la región azul – verde.
Tienen bandas grandes de absorción y fluorescencia.
Los electrones pi de los Los niveles de energía átomos de carbón forman
dos distribuciones planas.
Los niveles de energía están dados por:
Estos se mueven
libremente en esta
región limitados solo por Las moléculas de los región, limitados solo por
el potencial negativo de los grupos de metil
Las moléculas de los colorantes tienen un número par de electrones los grupos de metil. número par de electrones.
Los niveles de energía
más bajos son
d d
ocupados por dos electrones con un spin opuesto Estado singlet opuesto. Estado singlet So.
El primer estado excitado singlet S1 excitado singlet S1 corresponde cuando
uno de los dos
Si el espín cambia, entonces tenemos un
d i l
uno de los dos
electrones sube sin cambiar su espín.
estado triplet T1. T2 estado excitado.
p
1. Sección transversal de absorción emisión de transición de singlet – singlet.
2. Sección transversal de absorción de triplet ‐p triplet
El tiempo de vida total del estado S1, está dado por:
• Condición para obtener emisión láser, está dada por:
• Ahora , la condición para tener emisión en onda continua está dada por:
• Si esto no se satisface el láser solo puede operar deSi esto no se satisface, el láser solo puede operar de forma pulsada. La duración de los pulsos de bombeo debe ser pequeña para evitar que se acumule unap q p q población excesiva en el estado triplet.
Láseres de colorante pulsados Láseres de colorante pulsados.
Se obtienen mediante el uso de los siguientes esquemas
Lámparas de destello con
g q
de bombeo:
Lámparas de destello con una duración de pulso menor a 100µs. Lámpara menor a 100µs. Lámpara lineal en una cámara en forma de cilindro elíptico.
En el otro foco se pone un tuvo de vidrio que contiene el colorante.
Pulsos cortos de otro láser.
El bombeo ultravioleta es adecuado para los colorantes que oscilan en la región visible (eficiencia 10%).
Lá d it ó
Láseres de nitrógeno.
Para obtener una potencia promedio mayor se utilizan
l lá d i
los láseres de excimer.
P l t il l it d d d
Para colorantes que oscilan a una longitud de onda mayor a 600nm eficiencia (30% ‐ 40%).
Nd:Yag (Q –siwtching).
Láser de vapor de cobre (emisiones verde y amarilla).
De forma general se utiliza una configuración de bombeo transversal.
Distancia focal de L igual a la longitud de la celda
d l l t
del colorante.
Para sintonizar la
Para sintonizar la longitud de onda de salida se coloca una salida se coloca una rejilla dentro de la
Láseres de colorante onda continua Láseres de colorante onda continua.
Regularmente se obtienen mediante el bombeo con un g láser de Ar⁺ o también con Kr⁺. Para conseguir un umbral bajo se utiliza la configuración anillo.
• El colorante corre libremente de forma ortogonal al plano de la ortogonal al plano de la figura e inclinado al ángulo de Brewster.
• Tanto la cintura del haz de bombeo como la del láser bombeo como la del láser se encuentran en la corriente del colorante.
• Para sintonizar el láser se inserta un filtro inserta un filtro birrefringente dentro de la cavidad.
Aplicaciones Aplicaciones.
• Fuente de radiación sintonizable para espectroscopia
• Fuente de radiación sintonizable para espectroscopia de alta resolución.
• Generador de pulsos de femtosegundos para alta resolución en el dominio del tiempo
resolución en el dominio del tiempo.
• Biomédicas: tratamiento de enfermedades
• Biomédicas: tratamiento de enfermedades dermatológicas.
• Fotoquímica láser.
Referencias.
• Orazio Svelto, Principles of lasers. Springer, cuarta edición.
edición.
F P S häf D l (T i i li d h i )
• F. P. Schäfer. Dye lasers (Topics in applied physics).
Springer – Verlag.
• www.colby.edu/chemistry/PChem/lab/DyeLaser.pdf
