¿Quién lo inventó?

Albert Einstein, R. Ladenberg, V. A. Fabrikant, Joseph Weber, ...

¿Para qué sirve?

El láser es un elemento muy útil para la vida actual, hay láseres que realizan muchas tareas distintas, desde medicina hasta trabajos industriales. Un láser es un aparato (o dispositivo) que produce un tipo muy especial de luz. Es como una superlinterna. Sin embargo, la luz procedente de un láser se diferencia de la de una linterna en cuatro aspectos básicos: la luz láser es intensa, los haces láser son estrechos y no se dispersan como los demás de la luz, la luz láser es coherente y los láseres producen luz de un solo color, es decir que su luz es monocromática.

El descubrimiento

La historia del láser está plagada de problemas y peleas, pero también de acuerdos e innovaciones. Es sin duda una historia muy interesante. La historia comenzó en 1916, cuando Albert Einstein estudiaba cómo se comportaban los electrones en el interior del átomo. Por regla general, los electrones son capaces de absorber o emitir luz. En realidad, los electrones emiten luz espontáneamente sin ninguna intervención externa. Sin embargo, Einstein previó la posibilidad de estimular los electrones para que emitiesen luz de una longitud de onda determinada. El estímulo se lo proporcionaría una luz adicional de la misma longitud de onda. A pesar de que R. Ladenberg verificó el pronóstico de Einstein en 1928, nadie pensó seriamente en construir un dispositivo basado en el fenómeno en cuestión hasta principios de los años cincuenta.

Hay que recordar que láser significa amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación. Einstein descubrió la emisión estimulada, pero para fabricar un láser se precisa también amplificación de dicha emisión estimulada. La primera propuesta conocida para la amplificación de la emisión estimulada apareció en una solicitud de patente soviética en el año 1951, presentada por V. A. Fabrikant y dos de sus alumnos. Sin embargo, dicha patente no se publicó hasta 1959, y por consiguiente no afectó a los demás investigadores. Fabrikant sigue siendo un misterio en la actualidad, uno de los olvidados en la ruta de investigación del láser. En 1953, Joseph Weber, de la universidad de Maryland, propuso también la amplificación de la emisión estimulada y, al año siguiente, los rusos mencionados anteriormente, Basov y Prokhorov, escribieron un artículo explorando mucho mas a fondo el concepto. Desde entonces, a Weber se le ha pasado a conocer mejor por sus investigaciones en otro campo, el de la detección de ondas de gravedad basándose también en otra antigua idea de Albert Einstein.

Éstas son las fechas oficiales correspondientes a la primera parte de la carrera del láser. Pero acaso el hecho más significativo tuviese lugar en el banco de un parque de Washington DC durante la mañana del 26 de abril de 1951. Charles H. Townes se encontraba en Washington para asistir a una reunión de físicos y compartía la habitación de su hotel con Arthur Schawlow. En realidad, Townes asistía a una conferencia en la que se hablaba de ondas milimétricas y Schawlow tomaba parte en otra reunión. Uno de los grandes intereses de Townes consistía en generar ondas cortas para sus investigaciones, que era algo que no había logrado todavía. Townes, casado y con hijos menores, estaba acostumbrado a levantarse temprano, mientras que Schawlow, soltero, solía levantarse tarde. Cuando Townes se despertó por la mañana temprano, con el fin de no molestar a Schawlow, decidió ir a dar un paseo. Y fue precisamente en un banco del parque de Franklin, de Washington, donde se le ocurrió la gran idea. Se dio repentinamente cuenta de las condiciones necesarias para amplificar la emisión estimulada de microondas.

Las microondas son ondas electromagnéticas muy cortas, como por ejemplo, las que se utilizan en ciertos tipos de hornos. No se trata de ondas luminosas, y sin embargo la revelación de Townes tuvo una importancia sumamente trascendental para el láser. La idea de Townes, según sus propias palabras en aquella época, "solo parecía factible en parte". Siguiendo el método tradicional de los catedráticos de física, formuló el problema en forma de tema para una tesis y se lo ofreció a James P. Gordon, alumno licenciado de la universidad de Columbia. Tres años mas tarde, Gordon, Townes y Herbert Zeiger habían logrado construir en Columbia el primer máser (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación). Durante los años siguientes proliferaron los máseres. Debido a que la física de éstos era fascinante, el nuevo campo atrajo a numerosos investigadores, pero por desgracia se encontraron pocas aplicaciones para los aparatos en cuestión. Una de sus utilidades consiste en amplificar las señales que los radioastrónomos reciben del espacio lejano, y en las comunicaciones por medio de satélite, y se usan además come medida de frecuencias en los relojes atómicos de ultraprecisión. Sin embargo, la gama de frecuencias que amplifica es excesivamente limitada para la mayoría de las aplicaciones electrónicas.

Los físicos deseaban ir más allá, y no tardaron en comenzar a investigar otras zonas del espectro electromagnético, en especial las longitudes de onda de la luz infrarroja y visible. Y así comenzó la gran carrera. El estímulo se lo daría una luz adicional de la misma longitud de onda. Recordemos que láser significa amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación. Einstein descubrió la emisión estimulada, pero para fabricar un láser se necesita la amplificación de dicha emisión. Científicos como Townes, Gould y Schalow dejaron su huella en la construcción de un aparato que iba a cambiar la vida cotidiana de todas las personas.

Época histórica

La tecnología láser es una de las áreas de las modernas tecnologías que mayor desarrollo ha tenido. Cuando se inventó el láser, en 1960, se consideró que era una solución en busca de un problema, y hoy la tecnología láser se aplica en áreas muy diferentes, tales como: medicina, comunicación, dispositivos de uso cotidiano, militar y en la industria. Para explicar cómo se puede aplicar el láser en áreas muy diversas es necesario entender los principios físicos básicos con los que opera un láser.

En principio, el láser es un dispositivo que transforma otras formas de energía en radiación electromagnética. Esta es una definición muy general, pero ayuda a entender las bases físicas del láser. Al láser se le puede suministrar la energía de diversas formas, tales como: radiación electromagnética, energía eléctrica, energía química, etc. La energía del láser siempre se emite como radiación electromagnética (incluyendo los haces de luz). De esta emisión de luz es de donde el láser toma la denominación: LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación).

Repercusión en la sociedad

Algo tan cotidiano como la cirugía de precisión no sería posible si hace poco más de 40 años no hubiesen descubierto las propiedades de un rayo muy especial, el láser. La industria, la medicina y las comunicaciones no pueden vivir sin el láser. La gama de usos de los láseres es sorprendente, hasta el punto de que alcanza una extensión mucho más amplia que la concebida originariamente, por los científicos que diseñaron los primeros modelos (a pesar de que difícilmente lo admitirían), y supera en mucho la visión de los primeros escritores de ciencia-ficción, quienes en la mayoría de los casos sólo supieron ver en él un arma futurista, (aunque tampoco parecen dispuestos a confesar su falta de imaginación). También resulta sorprendente la gran variedad de láseres existentes. En un extremo de la gama se encuentran los láseres fabricados con minúsculas pastillas semiconductoras, similares a las utilizadas en circuitos electrónicos, con un tamaño no superior al de un grano de sal. Gordon Gould uno de los pioneros en este campo, confesó que le impresionaron cuando fueron presentados.

En el extremo opuesto se encuentran los láseres bélicos del tamaño de un edificio, con los que experimenta actualmente el ejército, muy diferentes de las pistolas lanzarrayos que habían imaginado los escritores de ciencia-ficción. Las tareas desempeñadas por los láseres van de lo mundano a lo esotérico si bien comparten un elemento común: son difíciles o totalmente imposibles con cualquier otro instrumento. Los láseres son unos aparatos relativamente caros y, por lo general, sólo se utilizan por su propiedad de suministrar la forma y la cantidad de energía requeridas en el lugar deseado. Charles H. Townes, uno de los inventores del láser y ganador del Premio Nobel, ha dicho que, en su opinión, el láser abarcará una gama muy amplia de campos y logrará hacerlo prácticamente todo.

EVOLUCIÓN

Sus inventores nunca imaginaron la cantidad de usos distintos que tiene ni la variedad de láseres que hay. Desde los que no superan el tamaño de un grano de sal hasta los enormes láseres bélicos de la longitud de un edificio, la gama es muy variada. Es muy útil en la industria, para taladrar diamantes, modelar máquinas, recortar componentes microelectrónicos, calentar chips o inducir la fusión nuclear. También es posible hacer fotografías de altísima velocidad con un tiempo de exposición mínimo. Los investigadores científicos no podrían desarrollar su labor sin el láser: en experimentos de relatividad, para detectar la contaminación atmosférica o para determinar la velocidad de la luz. Es fundamental.

En comunicaciones resultan ideales para las de tipo espacial, debido a su alta frecuencia, así como en sistemas telefónicos y redes de computadoras. Y qué decir de la medicina. Con haces intensos y estrechos de luz láser se pueden cortar ciertos tejidos en una fracción de segundo sin dañar el tejido sano que hay alrededor. Para soldar la retina, perforar el cráneo, reparar lesiones y cauterizar (cerrar) vasos sanguíneos es imprescindible. En tecnología militar se utiliza en sistemas de guiado para misiles y aviones. Y en 1997, un equipo de científicos creó el primer láser compuesto de materia en vez de luz: es el láser atómico, todavía con un futuro abierto por delante difícil de prever.

Hace un tiempo, una firma israelí ha inventado y patentado un aparato capaz de analizar e identificar a distancia materiales químicos con la ayuda de un láser que puede revolucionar la lucha contra el terrorismo. Se trata de una nueva tecnología inofensiva para los ojos y el cuerpo humano, creada en los laboratorios de la "International Technologies Lasers (ITL)", con sede en la ciudad de Rishón Letzión, al sur de Tel Aviv, informa en su edición de hoy el diario Haaretz. El invento permitirá hacer un escáner de vehículos y personas desde varios metros de distancia para detectar explosivos, drogas o cualquier otro elemento químico no permitido. El rotativo indica que los organismos de seguridad de Israel han mostrado un gran interés por el nuevo invento y que en un futuro próximo firmarán un contrato con ITL para dotar a sus fuerzas con el nuevo dispositivo.