Diseño, construcción y evaluación de un láser superradiante de nitrógeno con aplicación al bombeo de un láser de colorantes

Abstract

Se presenta el diseño, construcción y evaluación de un prototipo de láser de Nitrógeno molecular; partiendo de los mecanismos fundamentales de operación. Para tal fin, se ha recopilado información sobre el diseño y fabricación de láseres de nitrógeno, incluyendo detalles prácticos. El presente trabajo se ha distribuido en capítulos que describimos brevemente. En el Capítulo I; se describen detalles del fundamento teórico, el principio fundamental de un láser, es decir plantear los mecanismos de absorción y emisión de fotones (energía) en su proceso simple de dos niveles de energía, obteniendo para el caso emisiones de tipo espontánea y de tipo estimulada, que de acuerdo a las relaciones de las probabilidades de absorción, emisión espontánea y emisión estimulada, determinar las condiciones de emisión de los fotones (energía) en un equilibrio termodinámico. En el capítulo II, se desarrollan detalladamente los pasos del prototipo láser tanto en los materiales utilizados como en sus etapas de construcción, presentando las características y parámetros de operación. La emisión en el ultravioleta UV (3771 A0) es superradiante, el bombeo se realiza por impacto electrónico a través de una descarga eléctrica (circuito Blumlein), generando una energía promedio por pulso de 0.1 mJ y una potencia pico promedio del pulso 100.06 kW. En el capítulo III, básicamente se detalla el estudio espectroscópico molecular, de la molécula de nitrógeno. Donde los sistemas moleculares a diferencia de los atómicos, además de tener niveles energéticos electrónicos, poseen subniveles vibracionales y rotacionales, la transición óptica se puede llevar a cabo entre distintos niveles vibracionales o en diversas combinaciones de ellos. Para la molécula de nitrógeno molecular gaseoso y de acuerdo a los factores de Franck-Condon y las probabilidades de transición se tiene un láser UV (luz coherente) con una longitud de onda de 3771 A0 (O-O), 3159 A0 (1-0) y 3577 A° (0-1). En el capítulo IV, láser de colorante; el láser UV de nitrógeno construido es utilizado para bombear el colorante (rodamina) y obtener un láser colorante en el espectro visible (357 - 708 nm), con rango de sintonía entre 30 y 60 nm si fuera necesario. Se da una explicación básica de los aspectos de ganancia de energía por la sustancia y su respectiva emisión (fluorescencia). Se tiene también el arreglo necesario (la óptica) para producir el láser de colorante, los materiales y equipo necesario; para nuestro ensayo utilizamos el colorante rodamina 6G.