Laser de neon-helio

EL LASER HE-NE
Introducción
Los láseres de gas se caracterizan por tener por tener como medio activo un gas atómico. La estructura del nivel de energía de un gas de baja densidad se aproxima a la de un átomo aislado con transiciones entre niveles individuales o quizá en algunos grupos de niveles muy próximos entre sí.
En un láser de gas, el medio activo está encerrado en un tubocilíndrico a una presión baja (algún milli-torr). Con la mayoría de los elementos se puede hacer un láser cuando están en el estado de gas.
El láser He-Ne fue el primer láser gaseoso en funcionar y también fue el primero en producir un haz de salida continuo en 1961 por Ali Javan, funcionando en una longitud de onda de 1152,27 nm (cerca de infrarrojo). El láser helio neón era el láser más común hastala extensión de los láseres de diodo en los últimos años.
Desde entonces se ha convertido en el caballo de batalla del mundo láser y es de uso común en; óptica general, holografía, topografía y procesamiento de imágenes, etc.
El medio activo es una mezcla gaseosa de helio y neón, en proporción aproximada de 10:1, contenida en un tubo de cuarzo cerrado. Se crea una descarga brillante en elgas mediante la aplicación de un alto voltaje de entre 1 y 10 000 volts entre un par de electrodos insertados en extremos opuestos del tubo (ver figura 1). Una vez encendido, para mantener la descarga basta una corriente directa estable típicamente de entre 3 a 10 mA. La corriente eléctrica que fluye produce excitación de los átomos de helio debido a colisiones con los electrones energizados. A suvez, los átomos excitados de He transfieren parte de esta energía, mediante colisiones atómicas, a los átomos de Ne, con lo que éstos son elevados a sus niveles de excitación superiores (ver diagrama de nivel de energía de la figura 2). En este nivel se establece una inversión de población y puede llevarse a cabo el efecto laser a una longitud de onda de 632.8 nm. Es importante observar que losátomos de He proporcionan el medio para excitar los átomos de Ne; el efecto láser se lleva acabo en los niveles del Ne.
El efecto láser continúa en tanto sea posible mantener la inversión de poblaciones y sea emitido un haz continuo con potencias en el intervalo de 0.5 a 50 mW. La ganancia del láser de He-Ne a esta longitud de onda es baja y sólo es posible permitir pequeñas pérdidas de cavidad,lo que implica el empleo de espejos de alta calidad con bajas perdidas por dispersión y absorción. Los anchos de línea en los láseres gaseosos son mucho más bajos que en cualquier otro tipo de sistema láser. En particular, para el láser He-Ne los anchos de línea suelen ser del orden de unos cuantos picometros.
En los láseres de He-Ne baratos de baja potencia, hasta aproximadamente 1mW, losespejos están fijos directamente al tubo de descarga. En las versiones de alta potencia, los espejos son externos al tubo de descarga y este debe estar sellado con ventanas de ajuste.
Estas ventanas están inclinadas a un ángulo especifico con respecto al eje óptico, el ángulo de Brewster. Cuando se hace incidir luz no polarizada sobre una pieza de cristal o cuarzo inclinada a su ángulo deBrewster, sólo son transmitidas componentes de luz polarizada en el plano de la ventana. Las demás componentes son reflejadas y la luz emerge plenamente polarizada.

Figura 2. Diagrama de energía del He-Ne.

Requisitos de potencia de bombeo para un láser de He-Ne

Los láseres de baja potencia como los de He-Ne, suelen bombearse a partir de una fuente de CD de alta tensión a través de losextremos de un tubo lleno de gas. Por lo general, para obtener larga duración y rendimiento óptico hasta un circuito como el que se muestra en la figura3, suponiendo que se tiene cuidado en la elección de los parámetros de operación. La consideración más importante es la relación negativa voltage-corriente típica de tales láseres (figura 4). La pendiente negativa de esta curva indica el empleo de...