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En la mayor parte de los libros de texto podemos encontrar una definición
del láser similar a la siguiente: dispositivo que utiliza la emisión estimulada de radiación en un medio apropiado, para generar un haz de luz cuyas características especiales de monocromaticidad, coherencia y direccionalidad se
encuentran perfectamente controladas. De hecho, la palabra láser es un acrónimo que proviene del inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación).
Ahora bien, ¿qué es la emisión estimulada?, ¿qué entendemos por amplificación? En este capítulo trataremos de explicar todos estos conceptos y su
funcionamiento. Finalmente, se presentarán las propiedades que hacen tan extraordinaria a la luz láser y que son la base de sus innumerables aplicaciones.
La clave de la amplificación de la luz en un láser reside en las leyes de la
Naturaleza a escala atómica, la cual en muchos aspectos es diferente a nuestro
mundo macroscópico. Por tanto, para entender el láser tendremos que emprender un viaje al interior del átomo.
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2.1. Absorción y emisión de luz
Un modelo sencillo para entender el átomo consiste en considerarlo como
un núcleo alrededor del cual se mueven los electrones formando órbitas, algo
muy similar al movimiento de los planetas alrededor del Sol. Los átomos son estables porque la energía que posee el electrón en cada una de estas órbitas se
mantiene constante a lo largo de todo el movimiento. Una variación de órbita
suele implicar un cambio de energía en el electrón, lo que se identifica como
una transición entre niveles de energía.
Las leyes de la Física Cuántica no permiten que los electrones de un
átomo puedan ocupar cualquier órbita. En consecuencia, no pueden ocupar
cualquier nivel de energía, sino un conjunto muy restringido de ellos. Cuando el
electrón ocupa el nivel de menor energía, se dice que el átomo está en el estado fundamental, mientras que si ocupa un nivel de energía superior tenemos
un átomo excitado.
La luz es capaz de inducir transiciones entre los niveles de energía del
átomo (es decir, cambios de energía de los electrones), mediante procesos de
absorción y emisión. Como hemos visto en el capítulo anterior, desde el punto
de vista cuántico, la luz se encuentra formada por partículas (fotones) cuya
energía es proporcional a la frecuencia de la radiación. Así pues, la absorción
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