Marco
Historico
La radiación láser es un producto del siglo XX muy utilizada en nuestros días, este producto se empezó a desarrollar en el año de 1900 cuando Max Planck introduce el concepto “fotón” o “cuanto” de energía luminosa, posteriormente en 1905 Einstein describe el concepto “efecto fotoeléctrico”; con este “efecto fotoeléctrico” describe a la luz como un flujo de partículas (“Fotones”) además de ser una “Onda” lo que era claro hasta entonces.
Dos teorías distintas coexistiendo que explican cosas distintas:
Teoría Ondulatoria de la luz: La luz es una onda electromagnética y que explicaba los fenómenos de interferencia, difracción y polarización.
Teoría Corpuscular de la luz: La luz es un conjunto o flujo de partículas llamadas fotones que explicaba satisfactoriamente el efecto fotoeléctrico..
Las dos teorías estaban correctas y para demostrar esta dualidad se desarrolló la teoría de la “Relatividad” y la teoría de “Mecánica Cuántica”; hoy sabemos que son teorías incompletas por si solas pero complementarias. El desarrollo formal de estas teorías fue obra de los esfuerzos conjuntos de varios físicos y matemáticos de la época como: Schrödinger, Heisenberg, Einstein, Dirac, Bohr y Von Neumann entre otros.
Salto
Cuántico
Misión
De estas teoría se desprende la expresión de “Salto Cuántico” que es realmente como se genera un rayo láser ( 1913 Bohr: un electrón excitado emite un fotón (cuanto o paquete de luz) para convertirse en un electrón nivelado , en cuanto se excita emite otro fotón (cuanto o paquete de luz) para volver a estar relajado y así subsecuentemente.
Debido a que este efecto es la base de la generación de la luz láser debe quedar muy claro, hagamos una analogía muy simple con el sistema solar (que es familiar para todos)
Toda la materia está compuesta de átomos, un átomo tiene un núcleo y posee determinada cantidad de electrones alrededor del núcleo (la cantidad de electrones determina las características del átomo).
Si se hace una analogía entre un átomo y el sistema solar, el sol sería el núcleo del átomo y los planetas serían los electrones (tendríamos un átomo con 9 electrones girando alrededor del núcleo). De los planetas que giran alrededor del sol en órbitas concéntricas distintas, mercurio es el primero; su órbita es cercana al sol y para dar una vuelta al sol mercurio necesita poca energía comparada con la energía que requiere Venus.
Suponiendo que queremos que mercurio (electrón de órbita menor con energía balanceada) vaya a la órbita de Venus (electrón de órbita superior) para que los dos den una vuelta al sol (núcleo) sería necesario darle a Mercurio más energía de la que común mente tiene(excitación de electrón) para que pueda moverse a la órbita de Venus (el electrón cambia a la órbita exterior) y debido a que mercurio solo puede mantener la energía que normalmente tiene y la que lo mantiene en su órbita habitual no es capaz de manejar tanta energía extra ; la única solución es lanzar (Emisión) fuera de mercurio la energía excedente y lo hace mediante un paquete de energía (fotón), una vez que mercurio lanzó la energía excedente solo le queda energía para mantener su órbita normal y regresa a su órbita .
Este cambio de órbitas pudiera ser espontáneo (que por si solo Mercurio decida cambiar de órbita) y Estimulado (que cuando nosotros queremos que mercurio cambie de órbita, simplemente le damos más energía a nuestro gusto).
El paquete de energía que lanzó mercurio podría chocar con otro planeta destinándole la energía adicional , esto haría que este planeta cambie a la órbita del planeta exterior y le sucedería lo mismo que a mercurio, este planeta tendrá que lanzar un paquete de energía extra para poder estar en un estado energético nivelado; esto AMPLIFICA el efecto de la primera emisión de mercurio porque ya tenemos 2 paquetes de energía lanzados y estos 2 paquetes chocarían con otros 2 planetas y en consecuencia tendríamos 4 y luego 16 y luego 32 y así sucesivamente choca.
Ahora imaginemos que no es solo un sistema solar sino que son muchos sistemas de energía que están muy cercanos uno del otro y todos estos sistemas (átomos) forman moléculas de un cristal determinado al que le aplicaremos determinada energía (electricidad, lumínica, calorífica, etc).
Light)(Amplified)(Stimulated)(Emission)(Radiation)
En base al ejemplo anterior recordemos que los electrones emiten fotónes que ejemplifican la emisión de luz (Light) de un electrón al bajar de una órbita a la órbita inferior, esta es Amplificada (Amplified) porque los paquetes chocan con otros planetas y se desencadena una cascada de choques y esta reacción seria estimulada (Stimulated) (porque el sistema nosotros lo estimulamos a nuestra voluntad cada vez que aplicamos la energía y todos estos lanzamientos de paquetes de energía sería una emisión (Emission) de radiación (Radiation) y tenemos.
Con esto en 1950 se logra construir el precursor del láser, el “MASER” (este generaba “Micro Ondas de Radio”; de ahí la letra “M” del nombre). Con esta experiencia en 1960 Maiman construye el primer “LÁSER” (este generaba luz (por eso la “L” en el nombre light en inglés).
Principios
Básicos
Misión
¿Qué es la luz?
Como sabemos la luz es un flujo de Fotones que se comportan como ondas; estas ondas describen un patrón y este patrón se puede medir. A esta medida se le llama “Longitud de Onda “(es la distancia que existe de valle a valle o de cresta a cresta de una onda.
Se mide en NANOMETROS “nm” (un nanómetro es 0.000 000 0001 mm (es la millonésima parte de un milímetro).
A cada color que vemos le corresponde una longitud de onda
distinta; por ejemplo:
El color VIOLETA y sus tonalidades tienen una longitud de onda de 380 – 450 nm
El color AZUL y sus tonalidades tienen una longitud de onda de 450-500 nm
El color VERDE AZULADO y sus tonalidades tienen una longitud de onda de 500-520 nm
El color VERDE y sus tonalidades tiene una longitud de onda de 520-550 nm
El color AMARILLO VERDOSO y sus tonalidades tiene una longitud de onda de 550-570 nm
El color AMARILLO y sus tonalidades tienen una longitud de onda de 570-600 nm
El color NARANJA y sus tonalidades tienen una longitud de onda de 600-630 nm
El color ROJO y sus tonalidades tienen una longitud de onda de 630-760 nm
Como se puede observar conforme va cambiando el color la onda va creciendo (se hace una onda más “amplia”). Existe luz o energía que tiene una longitud de onda tan pequeña o tan grande que es invisible para el ojo humano; esta puede ser más grande que la del violeta y corresponde al infrarrojo y otras que son más pequeñas que las del rojo y corresponden a rayos «X» y rayos «GAMA».
Si se pone en un esquema las longitudes de onda y sus colores lo llamaremos “Espectro electromagnético”.
Aquí puede ver en la imagen el tamaño, el color que le corresponde y el tipo de onda.
Propiedades Ópticas
de la Materia
La materia presenta ciertas propiedades ópticas las cuales son fundamentales para entender y poder trabajar un láser
Partamos de que la luz es un tipo de energía (energía lumínica) y recordando que “La energía no se crea ni se destruye… solo se transforma” será fácil entender como interactua un láser (que es energía) con un tejido (que es materia) y así entenderemos que pasa con el láser y que le sucede al tejido.
ABSORCIÓN
La absorción se da cuando un rayo de luz incide en un cuerpo y este cuerpo se queda en su interior con cierta cantidad de la luz, esta energía que se queda dentro del cuerpo se transforma en algún tipo de energía por ejemplo energía química o térmica (calor).
Los cuerpos tienen características que les permiten absorber determinadas longitudes de onda
En el caso de los tejidos, los tejidos, tienen unas substancias que son cromóforos (que son afines a un color) esto es que son afines a una determinada longitud de onda; esto es “Que absorben fácilmente determinada longitud de onda); por lo que fácilmente absorben dicha energía si tiene la longitud de onda adecuada y es transformada en algún otro tipo de energía, esto es que ciertos componentes de los tejidos al ser irradiados con un haz láser van a funcionar como depósitos de energía que absorbió del láser.
REFLEXIÓN
La reflexión se da cuando un rayo de luz incide en un cuerpo y en la superficie de este cuerpo las luz rebota con cierto ángulo.
Esta es la razón por la que vemos las cosas de colores, por ejemplo una manzana va a absorber todas las longitudes de onda (todos los colores) de la luz pero el único que no va a absorber y va a rebotar en la superficie será el rojo, por eso vemos las manzanas rojas, porque no pueden absorber la longitud de onda del color rojo y en consecuencia es reflejada.
TRANSMISIÓN
La transmisión se da cuando un rayo de luz incide en un cuerpo, la luz entra al cuerpo lo recorre y después sale de él, como el vidrio que tiene la característica de permitir que todas las longitudes de onda (todos los colores) incidan en él lo atraviesen y salgan de él.
Como no refleja ninguna longitud de onda (ningún color) ni tampoco absorbe ninguno no tiene ningún color y por eso lo vemos transparente. Y funciona nada más como un transmisor de energía; en los tejidos hay substancias que tienen esta característica y estas substancias nos van a ayudar a conducir la energía del láser en los tejidos .
Características
de los Láseres
Misión
Para que una emisión de luz pueda ser llamada “láser” debe tener ciertas características:
La luz láser debe tener MONOCROMICIDAD: esto significa que toda la luz emitida debe tener el mismo color; esto significa que debe tener la misma longitud de onda. Esto en el caso de los tejidos es la característica más importante debido a que los cromóforos que son las partículas que absorberán la energía son selectivas de determinado color, solo absorben determinada longitud de onda y de esta absorción depende el efecto biológico que estamos buscando al realizar una terapia con láser.
La luz láser debe tener DIRECCIONALIDAD O COLIMACION. : La luz láser tiene la peculiaridad de poder dirigirse en un mismo sentido y poder generar un haz de luz muy estrecho y de gran intensidad.
La luz láser debe tener COHERENCIA: emite en un mismo momento, lo que hace que sus ondas lumínicas físicamente idénticas se propagan en el espacio en forma simultánea, en fase, en armónicas y proporcionales.
Tipos
de Láser
Los láser se clasificas de acuerdo a varias de sus características
Potencia
–Láser de baja potencia: láser terapéutico
-Láser de potencia media: láser quirúrgico para corte de tejidos
–Láser de alta potencia: láser para corte de metales
Ejemplo:
En un desfile militar; pensemos que cada soldado es una onda y un grupo 100 de soldados marcha en formación (haz de luz láser).
– Todos están vestidos iguales: de ROJO (la longitud de onda del rojo es 760-630 nm).
– Todos marchan con la misma intensidad o con misma fuerza (se mide en Watts “W”).
Los soldados marchan a 2 Watts (2W).
– Todos marchan al mismo paso, todos dan el paso sincronizados y del mismo tamaño (a esto se le llama frecuencia y se mide en Hertz “Hz” ) cada paso del soldado es una vez que la onda describe su curva característica en un eje (X,Y) y todos van a la misma velocidad para eso todos dan el mismo número de pasos en un minuto (esto es la frecuencia de la emisión que se mide en Herts «Hz») y los soldados dan 20 pasos cada minuto esto es cuantos pasos dan, en una unidad de tiempo las unidades serían Hz/tiempo = Hz/t.
– Cada uno de esos soldados tiene la capacidad de desarrollar un trabajo, la capacidad de realizar un trabajo o la energía requerida se mide en “Jules” (J)
Supongamos que cada uno de los soldados tiene 1J y con eso tiene la energía para mover 1 Kg de tierra. Entonces si cada soldado tiene la energía para mover 1 kg y tenemos 100 soldados, el grupo de soldados tendrá la energía para mover 100 kg de tierra.
El grupo de soldados tiene 100 J de energía. Que se podrán depositar en determinada área (en 1 cm2 por ejemplo)
Con el anterior ejemplo podríamos estar describiendo un láser «X» con las siguientes características:
Láser Rojo, con longitud de onda de 760-630 nm
Con potencia de 2 Wats
Con una frecuencia de 20 Hz por minuto
Y que puede proporcionar una energía de 100 Jules por cm2.
Bibligrafía
Misión
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