Physics 2000 Einstein's Legacy Lasers

Inversión de Población

Okay, Dr. Lee. estuve pensando sobre este asunto del láser y tengo un problema. Usted dijo que comenzamos con un fotón e impactamos un átomo excitado con él, ahora tenemos dos fotones, y podemos continuar repitiendo esto hasta tener cantidades y cantidades de fotones idénticos, y esto es un láser.

Si, exactamente.

PERO...para poder excitar el átomo tenemos que impactarlo con un fotón inicialmente. Luego se necesitan dos fotones para obtener dos fotones. Cómo entonces ESO nos vá a dar nunca los fotones extra?

Usted tiene razón. Si tenemos que comenzar con un fotón del color correcto para cada fotón que eventualmente obtengamos, no hay ganancia. Así eran las cosas en los días de Einstein, y por eso ellos no pudieron construir el láser en esa época. Puede imaginarse una solución a este problema?

Bueno, si podemos conseguir un grupo grande de átomos excitados sin impactarlos con fotones, entonces solamente un fotón iniciaría una gran reacción en cadena.

Correcto. Normalmente los átomos simplemente están en su nivel más bajo de energía, como un grupo de aficionados mirando un partido de futbol. Tal vez alguno va de vez en cuando por más cereveza, pero usualmente simplemente se sientan allí. Lo que necesitamos es conseguir que muchos de ellos se pongan de pie a la vez.

Como si el árbitro pitara una jugada que todos ellos pudieran ver claramente que está mal...

"Estado Base"
"Inversión de Población"

Exactamente. Si podemos hacer que todos los átomos juntos salten a un estado excitado, podremos hacer un láser. A esto le llamamos una Inversión de Población.

Pero los átomos no le prestan ninguna atención a los árbitros, entonces cómo lo hacemos?

Bien, no es fácil, pero podemos hacerlo bombeando energía eléctrica en nuestro átomos de cierta forma, o iluminándolos con una luz de un color diferente. Ambos procesos llevan a los átomos a niveles mucho mayores de energía y bajo condiciones especiales, pueden saltar y acumularse en un solo estado excitado de energía, en lugar de devolverse todo el camino hasta el estado base. En el applet de abajo, nuestra "bomba dd energía" se encarga de esto.


Oh...cuando un átomo excitado envía fuera un fotón, puede impactar más átomos excitados y causar una pequeña avalancha de más fotones. Pero cómo puede esto ser un láser, si los pequeños grupos de fotones pueden salir en cualquier dirección?

Usted tiene razón; hay una cosa más que debemos añadir. Puede imaginarse qué será?