Los artículos anteriores dieron la física: emisión estimulada, cavidad, rate equations, haces gaussianos. Ahora la pregunta práctica: ¿qué láseres existen y para qué sirve cada uno? La diversidad es enorme — desde láseres del tamaño de un grano de arena (VCSELs) hasta instalaciones que ocupan un edificio (láseres de electrones libres). Lo que los une es la misma física; lo que los separa es la ingeniería.
Láseres de gas
Los pioneros. El medio de ganancia es un gas a baja presión en un tubo de descarga eléctrica.
HeNe (helio-neón)
El HeNe fue el primer láser de gas (1961). El helio se excita por la descarga y transfiere energía al neón por colisiones — un sistema de cuatro niveles. Emite a 632.8 nm (rojo), con una coherencia espectral excelente (). Baja potencia (mW), pero calidad de haz imbatible. El láser de laboratorio por excelencia — alineamiento, holografía, interferometría.
CO₂
El CO₂ emite a 10.6 μm (infrarrojo lejano), donde los metales y los tejidos biológicos absorben fuertemente. Eficiencia del ~20% — excepcional para un láser de gas. Potencias de kW. Es el caballo de batalla del corte y soldadura industrial.
Excímero
Los excímero (ArF a 193 nm, KrF a 248 nm) emiten en el UV profundo. Son láseres de pulsos — no funcionan en continuo. La litografía de semiconductores (todo chip con features < 100 nm se graba con un excímero ArF) y la cirugía LASIK dependen de ellos.
Láseres de estado sólido
Un cristal o vidrio dopado con iones activos (tierras raras o metales de transición), bombeado ópticamente por una lámpara flash o un láser de diodo.
Nd:YAG
El Nd:YAG (neodimio en granate de itrio-aluminio) emite a 1064 nm. Sistema de cuatro niveles, umbral bajo, eficiente. Se bombea con diodos a 808 nm. Produce desde mW (punteros) hasta kW (industria). Con cristales no lineales, SHG lo convierte a 532 nm (verde).
Ti:zafiro
El Ti:zafiro tiene un ancho de banda de ganancia colosal: 650–1100 nm. Eso lo hace el láser sintonizable más versátil, y su enorme ancho de banda permite generar pulsos de < 10 femtosegundos por mode-locking. Es el rey de la espectroscopía ultrarrápida y la fuente de los peines de frecuencia que ganaron el Nobel de 2005.
Láseres de semiconductor
Los más pequeños, los más baratos, los más producidos. El medio de ganancia es una unión p-n de un semiconductor (GaAs, InP, GaN), bombeada por corriente eléctrica.
Diodo láser (Fabry-Perot)
Una cavidad de ~300 μm entre las caras clivadas del chip. Multimodo (~10 modos longitudinales). Potencia: mW a W. Se fabrican por miles de millones — están en cada reproductor de CD/DVD/Blu-ray, cada ratón óptico, cada impresora láser.
DFB (Distributed Feedback)
Una rejilla de Bragg integrada en el chip selecciona un solo modo. Monomodo, linewidth < 1 MHz. Es el transmisor estándar en telecomunicaciones por fibra óptica — cada bit de datos que viaja por internet pasa por un DFB.
VCSEL
El VCSEL emite perpendicular a la superficie del chip (no por el borde). Cavidad ultra-corta (1–5 μm) con espejos de Bragg epitaxiales. Haz circular, bajo umbral, se puede fabricar en arrays de miles. El láser detrás de Face ID (Apple) y los enlaces de datos dentro de datacenters.
Láseres de fibra
El medio de ganancia es una fibra dopada con iones de tierra rara (erbio, iterbio, tulio). El bombeo entra por un extremo (un diodo láser) y la señal se amplifica a lo largo de metros de fibra.
EDFA
El EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio) no es un láser — es un amplificador. Pero es la tecnología que revolucionó las telecomunicaciones: amplifica señales a 1550 nm directamente en la fibra, sin conversión eléctrica. Cada cable submarino tiene un EDFA cada ~80 km.
Láseres de fibra de alta potencia
Con fibra de iterbio (Yb) y bombeo por diodo, se alcanzan potencias de 10–100 kW con calidad de haz excelente (). Han reemplazado al CO₂ en muchas aplicaciones de corte y soldadura industrial. La ventaja: la fibra es flexible, el haz se transporta sin óptica de espacio libre, y la eficiencia eléctrica supera el 30%.
Tabla comparativa
| Tipo | λ | Potencia | Aplicación clave |
|---|---|---|---|
| HeNe | 633 nm | 0.5–50 mW | Alineamiento, holografía |
| CO₂ | 10.6 μm | W – kW | Corte industrial, cirugía |
| Excímero | 193–308 nm | mJ (pulsado) | Litografía, LASIK |
| Nd:YAG | 1064 nm | mW – kW | Industria, medicina, ciencia |
| Ti:zafiro | 650–1100 nm | W | Ultrarrápida, espectroscopía |
| Diodo FP | 650–1550 nm | mW – W | CD/DVD, punteros, bombeo |
| DFB | 1310/1550 nm | 1–20 mW | Telecomunicaciones |
| VCSEL | 850/940 nm | mW | Face ID, datacenters |
| Fibra (Yb) | 1070 nm | W – 100 kW | Corte, soldadura, defensa |
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Ejercicios
Un láser de Nd:YAG emite a 1064 nm. Con un cristal de KTP (SHG), se convierte a 532 nm. ¿De qué color es? Si la eficiencia de conversión SHG es del 30% y el láser produce 1 W a 1064 nm, ¿cuánta potencia sale a 532 nm?
Solución
Un VCSEL tiene una cavidad de μm con espejos de Bragg de . Calcula el FSR en nm (para nm) y el tiempo de vida del fotón . ¿Es monomodo longitudinal? (Pista: compara el FSR con el ancho de ganancia típico de un semiconductor, ~30 nm.)
Solución
FSR en frecuencia: Hz.
FSR en nm: nm.
El FSR (~51 nm) es mayor que el ancho de ganancia (~30 nm). Solo un modo longitudinal cabe dentro de la curva de ganancia → el VCSEL es monomodo longitudinal por construcción. Esa es la ventaja de una cavidad ultracorta.
ps. Fotones que duran picosegundos — las oscilaciones de relajación están en el rango de GHz.