universitario

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
FACULTAD DE CIENCIAS

Principio de emisión estimulada basado en mecánica cuántica para el
desarrollo del láser y su aplicación en las telecomunicaciones usando fibra
óptica

¿Cómo el principio de emisión estimulada basado en mecánica cuántica permite el
desarrollo del láser y su aplicación en telecomunicación con el uso de fibra óptica?

INTRODUCCIÓNLos inicios de la física cuántica, así como su posterior desarrollo han traído
consigo innumerables avances, permitiendo su aplicación en distintos campos
como los son: química, biología, nanotecnología, óptica, computación, entre otros.
El progreso científico y tecnológico en áreas como información, comunicación y
genética se ven influenciadas así mismo con el mejoramiento de la mecánicacuántica.

Los inicios de la mecánica cuántica son producto de investigaciones acerca del
funcionamiento del átomo, así como de los fenómenos ondulatorios. En el siglo
XIX se descubrió que los átomos de Dalton no eran indivisibles i, sino por el
contrario que estaban compuestos de partículas; como electrones, que fueron
hallados por Thomson en 1897. En este mismo siglo, en 1873, Maxwelllogró
unificar las fuerzas eléctricas y magnéticas en una sola, llamada electromagnética,
que más tarde sería demostrada experimentalmente por Heinrich Hertz.
Los efectos que dieron el punto de partida para replantear la física de Newton, y
así, permitir el surgimiento de la teoría cuántica, fueron: la radicación del cuerpo
negro y el efecto fotoeléctrico. En el primero se planteó que laenergía no es
emitida de manera continua, sino en cuantos de energía discreta (menor cantidad
de energía que puede transmitirse en cualquier longitud de onda), que fueron
denominados fotones. La energía de estos cuantos es igual a la frecuencia () por
la constante de Planck (h=6,6*10-34). En el segundo caso (efecto fotoeléctrico),
Einstein usó el concepto de fotón para explicar la generación decorriente eléctrica
cuando incide un rayo de luz monocromática en una lámina de metal. Este efecto
trae como consecuencia la emisión de electrones de la lámina de metal al hacer
incidir luz sobre ésta. El metal absorbe la energía suficiente de la luz incidente
para liberar electrones al exterior. A partir de allí se podría decir que la luz siendo
una onda electromagnética estaba cuantizada. Enlos siguientes 30 años nuevas
investigaciones dieron como producto el primer módulo atómico planteado por
Bohr y con el cual da la explicación para los espectros atómicos hidrogenoides,

introduciendo algunos aspectos que se salían de la física clásica, dando origen a
los conceptos de cuantización. Bohr siendo integrante de la interpretación de
Copenhague junto con otros científicos como:Born, Heisenberg, Jordan y Dirac,
entre otros, plantearon

la formulación de la mecánica cuántica, la cual es

aceptada hasta la actualidad.
De acuerdo a los fundamentos expuestos por la mecánica cuántica, se logra
desarrollar una aplicación muy común hoy en día, conocida como el láser (del
acrónimo en inglés LASER, que significa Light Amplification by Stimulated
Emission ofRadiationii), el cual opera bajo un principio básico conocido como
inversión de población. Primeramente cabe resaltar que las transiciones atómicas
son producto de la capacidad de un átomo de absorber y emitir radiaciones
únicamente en frecuencias que están determinadas por la separación de energía
entre los estados permitidos. Entre los procesos de transiciones atómicas,
podemos encontrar, laabsorción estimulada, la cual consiste en que un electrón
pasa de su estado base al excitado, cuando la energía del fotón absorbido es
h=E2-E1, teniendo en cuenta que E1 y E2 son estados de energía permitidos para
cierto átomo. Así mismo es posible hablar de emisión estimulada, la cual consiste
en la incidencia de un fotón sobre un electrón en un estado excitado E2. Este
estado excitado debe ser...