el laser

Son realmente pocos los descubrimientos científicos de este siglo que hayan tenido una
repercusión tan profunda en nuestra vida científica y tecnológica como la ocasionada por el
láser. Este instrumento ha permitido en muchas ramas de la ciencia un avance sin
precedente que, sin él, no hubiera sido posible. Asimismo, son innumerables las
aplicaciones del láser en diferentes campostecnológicos. Ha permitido solucionar tantos
problemas científicos y tecnológicos que se le llegó a definir como "instrumento que es
solución en busca de problemas".
LUZ Y MATERIA El desarrollo del láser, como el de cualquier otro descubrimiento
importante, fue posible gracias a los avances previamente logrados en otras disciplinas
científicas. En el caso que nos ocupa, estas disciplinas las encontramosfundamentalmente
en la física moderna y, en particular, en la parte de ésta llamada mecánica cuántica. A su
vez, el germen que dio origen a la mecánica cuántica lo encontramos en el siglo XIX,
cuando los científicos de la época trataron de encontrar la distribución del espectro emitido
por un cuerpo caliente. Por tanto comenzaremos nuestra exposición aquí.
LOS CUANTA DE ENERGÍA El problema dela radiación térmica también conocido
como el problema del "cuerpo negro", fue resuelto por Max Planck en el año de 1900. Así
se inició una de las más importantes ramas de lo que ahora llamamos física moderna.
Planck halló la solución al postular que la energía de una onda electromagnética (o
cualquier otro sistema oscilante) puede existir en forma de paquetes llamados cuanta. La
energía Ede cada cuanta es directamente proporcional a la frecuencia de oscilación. Esto es
E = hv donde h es una constante universal, hoy conocida como constante de Planck y que
vale h = 6.6256 x 10 -34 joules-segundo.

ÁTOMOS Y TRANSICIONES ELECTRÓNICAS El primer modelo "moderno" del átomo
fue proporcionado por Ernest Rutherford. Este modelo estaba basado en sus resultados
experimentales quemostraban conclusivamente que el átomo está formado por un núcleo
muy masivo con carga positiva, alrededor del cual giraban los electrones, con carga
negativa, formando un sistema similar a un pequeño sistema planetario. El problema
fundamental de este modelo estaba en que, de acuerdo con la teoría electromagnética
clásica, una partícula cargada como un electrón, girando en una órbita, deberíaradiar ondas
electromagnéticas y perder así rápidamente toda su energía. Es decir, un átomo sería un
sistema inestable en el cual sus electrones se colapsarían siguiendo órbitas espirales hacia el
núcleo atómico y emitiendo en el proceso un breve destello de radiación electromagnética
de una cienmillonésima de segundo. El universo, tal como lo conocemos, no podría existir.
Nuevamente, como en elproblema de la radiación térmica, la física clásica era incapaz de
proporcionar una respuesta congruente con la observación experimental. Quien solucionó
en 1913 esta paradójica situación fue el físico Niels Bohr al proponer un modelo atómico
en el cual los electrones únicamente pueden encontrarse en un número discreto de órbitas
alrededor del núcleo; para que un electrón pase de una órbita aotra debe emitir o absorber,
según el caso un cuanto de energía.

INTERACCIÓN ÁTOMO-CUANTO Ahora enunciaremos los procesos básicos de
interacción entre la materia y la radiación electromagnética que en su más pequeña escala
se reducen a los procesos de interacción entre átomos y cuantos de energía de radiación
electromagnética. Supondremos un sistema atómico elemental con dos niveles deenergía
E1 y E2 en el cual el primer nivel corresponde a un electrón en su órbita inferior y el
segundo nivel corresponde a un electrón en su órbita superior. En el primer caso diremos
que el átomo se encuentra en su estado base y en el segundo caso en su estado excitado.
Como vimos en la sección anterior, este sistema atómico
sólo podrá interaccionar con cuantos que tengan una energía E igual...