Láseres: inversión de población y emisión estimulada
FísicaFísica cuántica y nuclearEdades 17–18
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Modela un láser de helio-neón (cuatro niveles, bombeado por una descarga eléctrica) y un láser de rubí (tres niveles, bombeado por una lámpara de destello). Aumenta la potencia de bombeo hasta que los átomos se acumulen en el nivel metaestable y la población quede invertida; cuando la ganancia en cada ida y vuelta supera las pérdidas de los espejos, la emisión estimulada genera un haz coherente. La vista de un solo átomo muestra la absorción y las emisiones espontánea y estimulada, y una tercera vista compara el espectro, la fase y la intensidad de la luz láser con las de una lámpara.
Lección: Láseres: emisión estimulada, inversión de población y umbral
Qué muestra
Un láser amplifica la luz por emisión estimulada: un fotón que pasa junto a un átomo excitado le hace emitir otro idéntico (misma longitud de onda, fase y dirección). Para que predomine la emisión, el nivel superior debe tener más átomos que el inferior (inversión de población). El bombeo eleva los átomos a un nivel alto, desde donde caen enseguida a un nivel metaestable de vida larga. Dos espejos hacen ir y volver a los fotones; el láser arranca cuando la ganancia por ida y vuelta supera las pérdidas. El He–Ne, de cuatro niveles, alcanza el umbral mucho más fácilmente que el rubí, de tres. Las cifras son ilustrativas.
Cómo usarla
En la pestaña Láser, elige He–Ne o Rubí, sube la Potencia de bombeo y cambia el Espejo de salida R; observa las poblaciones de los niveles y pulsa Registrar punto para representar la potencia de salida frente al bombeo. En Un solo átomo, pulsa Bombear y luego Enviar un fotón para ver la absorción o la emisión estimulada. En Láser vs. lámpara, mueve la Distancia d para comparar intensidades.
Parámetros que puedes cambiar
- Vista Láser, Un solo átomo, Láser vs. lámpara
- Medio activo He–Ne (gas), Rubí (cristal)
- Potencia de bombeo 0–100 %
- Reflectividad del espejo de salida R 80–99,9 %
- Distancia a la pantalla 1–1000 m
Preguntas para explorar
- ¿Por qué el nivel láser superior tiene que ser metaestable?
- ¿Por qué el láser de rubí necesita un bombeo mucho más intenso que el láser de He–Ne?
- ¿Por qué el espejo de salida deja pasar un poco de luz en lugar de reflejarla toda?
