Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

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Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas A. Requena Dto Quimica Fisica Facultad de Quimica Universidad de Murcia Mayo, 2012

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Láseres,

la luz que revolucionó nuestras vidas

A. Requena

Dto Quimica FisicaFacultad de Quimica

Universidad de Murcia

Mayo, 2012

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Dispositivo y herramienta

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DispositivoHerramientaEl ordenador como herramientamáquina de TuringGödel e incimpletitud : computabilidadalgoritmopasos simples: máquina de Turing

UN ORDENADOR EMULA A CUALQUIEROTRA MAQUINA

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LASER

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Láser es un acrónimo de Light Amplification byStimulated Emission of Radiation.En castellano: amplificación de luz por emisiónestimulada de radiación.

EMISIÓN ESTIMULADA: 1916, EINSTEIN

DISPOSITIVO: 1960, MAIMAN rubíUn dispositivo en busca de un problema

TRIUNFO DE LAS IDEAS

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APLICACIONES LASER

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MEDICINA

ATAQUE A LA LESIÓN SIN DAÑOS A TEJIDOS CERCANOS: CORTARY CAUTERIZAR TEJIDOS. REPARAR LESIONES Y CAUTERIZARVASOS SANGUÍNEOS

ESTERILIZACIÒN POR NO EMPLEAR MATERIAL QUIRÚRGICO.

PERFORAR CRÁNEO

DERMATOLOGÍA: DEFECTOS DE LA PIEL CON ANESTESIA LOCAL

OFTALMOLOGÍA:EXCÍMERO: ELIMINAN CAPAS SUBMICROMÉTRICAS DE LA CORNEA, MODIFICAN CURVATURA

OJO TRANSPARENTE A LUZ ENTRE 0.38 Y 1.4 MICRAS. A MENOR ABSORBE EL CRISTALINOY LA CÓRNEA, Y A MAYOR ABSORBE EL AGUA

DESPRENDIMIENTO DE RETINA ; SOLDAR RETINA

TERAPIA FOTODINAMICA (MÁS ADELANTE)

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COMPUTACIÓN

LECTURA DE CÓDIGO DE BARRAS

ALMACENAMIENTO ÓPTICO

LECTURA/GRABACIÓN DIGITAL: CD (LÁSER ROJO) Y DVD (AZUL)

FOTOCOPIADORAS O IMPRESORAS LÁSER

COMUNICACIONES MEDIANTE FIBRA ÓPTICA: POR SUALTA FRECUENCIA PUEDE TRANSPORTAR 1000VECES MÁS CANALES DE TELEVISIÒN QUE

COMPUTACIÓN CUÁNTICA U ÓPTICA

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COMUNICACIÓN

Un rayo láser puede viajar grandes distancias con una pequeña reducción de la intensidadde la señal y debido a su alta frecuencia puede transportar 1.000 veces más informaciónque las microondas, por lo que son idóneos para ser utilizados como medio

de comunicación en el espacio.

La medición de distancias con alta velocidad y precisión es otra de las aplicaciones del láser a la rama militar inmediatamente después de que se inventara el láser, parael lanzamiento de artillería o para el cálculo de la distancia entre la Luna

y la Tierra (384.403 Km.), con una exactitud de tan sólo 1 milímetro.También es utilizado en el seguimiento de un blanco en movimiento alviajar el haz a la velocidad de la luz.

MEDICIÓN DE DISTANCIAS

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HOLOGRAFÍA

Un holograma es un objeto bidimensional que codifica toda lainformación que describe la imagen tridimensional.

COMO UNA FOTOGRAFIA SE REGISTRA LA INTERFERENCIA.LAS ZONAS KMÁS EXPUESTAS, TRANSPARENTES

SI SE ILUMNA LA PLACA SE GENERAN LAS ONDAS QUE LA CREARON

LA MONOCROMATICIDAD GARANTIZA UNA BUENA INTERFERENCIA: 3D

ALTA DENSIDAD DE GRABACIÓN DE INFORMACIÓN: SIMPLIFICA EL REGISTRO DE LOSHOLOGRAMAS Y CON FACILIDAD SE RECONTRUYEN LAS IMÁGENES TRIDIMENTIONALES

EL UNIVERSO HOLOGRÁFICO COMO ALTERNATIVA LO PONE DE ACTUALIDAD

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HOLOGRAFÍA

SE REGISTRA LA INTERFERENCIA. LAS ZONAS MÁSEXPUESTAS, TRANSPARENTES. CADA PUNTO AÑADE SUS ZONASCLARAS Y OSCURAS.. SI ESTÁ MÁS LEJOS SE VERÁ MÁS LEJOSSI SE ILUMNA LA PLACA SE GENERAN LAS ONDAS QUE LACREARON

LA MONOCROMATICIDAD GARANTIZA UNA BUENAINTERFERENCIA: 3D

ALTA DENSIDAD DE GRABACIÓN DE INFORMACIÓN: SIMPLIFICAEL REGISTRO DE LOS HOLOGRAMAS Y CON FACILIDAD SERECONTRUYEN LAS IMÁGENES 3D

EL UNIVERSO HOLOGRÁFICO COMO ALTERNATIVA LO PONE DEACTUALIDAD

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UNIVERSO HOLOGRAFÍCO

EL UNIVERSO: UN INME3NSO HIOLOGRAMA

De los agujeros negros: limites de la información que cabe en un espacio.Los límites dependen de la materia y la energÍa que encierra. CLAVE:……

SHANON CUANTIFICÓ LOA INFORMACIÓN CONTENIDA EN UN MENSAJE:FORMULA SIMILAR, CONCEPTUALMENTE EQUIVALENTES.

HAWKING: CUANDO SE FUSIONAN DOS AGUJEROS, NO SE MODIFICA ELÁREA, PERO EMITEN LA ENERGÍA DE HAWKING; SE DETERMINÓ LAPROPORCIÓN ENTRE EL ÁREA Y LA ENTROPÍA: ES LA CUARTA PARTEDEL ÁREA DEL AGUJERO, MEDIDA EN ÁREAS DE PLANCK (10-66 CM))

Es como si la entropía, en cuanto medida de información, estuvieseescrita sobre el horizonte de sucesos, de suerte que cada bit ( cada 0 ó 1de la codificación digital) correspondiera a 4 áreas de Planck.Nuestro Universo tridimensional podría estar codificado en una superficieq que lo contiene, como una especie de inmenso holograma.

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INGENIERIA-INDUSTRIA

Materiales susceptiblesde ser tratados mediante láser

Metálicos No Metálicos

Aceros al carbono Polímeros

Aceros inoxidables Cerámicos

Aceros de herramientas Madera

Fundiciones Vidrio

Aleaciones ligeras Caucho

Aleaciones de cobre Cuero

Aleaciones de titanio Corcho

Realizar Soldaduras.Tratamientos superficiales como:- Endurecimiento o temple.- Aleación superficial.- Recubrimiento superficial.- Fusión superficial.Corte mediante el láser.Taladrado y punzonado.Marcado mediante láser. ROBÓTICA

CALENTAR, FUNDIR, VAPORIZAR MATERIALES, TALADRAR DIAMANTES, MODELARMÁQUINAS HERRAMIENTA, RECORTAR COMPONENTES MICROELECTRÓNICOS,GRABAR CHIPS SEMICONDUCTORES, CORTAR PATRONES, SINTETIZAR NUEVOSMATERIALES, FOTOGRAFIAS DE ALTA VELOCIDAD, CON EXPOSICIÓN DE

BILLONÉSIMAS DE SEGUNDO, INDUCIR LA FUSIÓN NUCLEAR CONTROLADAALIN ALINEAMIENTO EN CONSTRUCCIÓN E INGENIERIA CIVIL.

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Aplicación Fuente Técnica Características obtenibles

Aleación 5 kW CO2Profundidad máxima: 0,5mm.Buenas características en capa.Dilución típica 20%

Corte 0,4, 0,8 y 1,2 kWNd-Yag

CO2

Espesor: de 0,5 a 0,8 mm.Tolerancia +/-0,05 mm a +/-0,1 mm

Marcado 0,4 KW Nd-YagCapacidad: 325 mm2/min.Profundidad máxima: 0,04 mm

Recubrimiento 5kW CO2Alta densidad de capas y mínimadilución en sustrato. Espesores decapas hasta 2 mm.

Refusión 5kW CO2Penetración máxima: 0,5 mm. Bajadeformación. Alto rango de dureza

Soldadura TodasNd-Yag

CO2

Penetración máxima: 10 mm. Bajadeformación

Taladrado 0,4 KW Nd-YagDiámetros desde 0,075 mm.Penetración máxima: 13 mm

Temple 5kW CO2Penetración máxima: 2 mm. Bajadeformación. Alto rango de dureza.

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MECANIZADO

SOLDADURA EN ESQUINAS Y BORDES

SOLDADURA EN INTERIORES

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FUSIÓN CONTROLADA

EQUIVALENCIA ENTRE MASA Y ENERGÍA: E = m c2 (Einstein 1905)Un reacción con diferencia de masa , libera energía

FISIÓN NUCLEAR: ELEMENTO PESADO SE TRANSFORMA EN LIGERO

BOMBA DE HIDRÓGENO (OCTUBRE 1952): FUSIÓN NUCLEAR,NÚCLEOS LIGEROS SE TRANSOFRMAN EN UNO PESADO (SOL YESTRELLAS)

Los núcleos son partículas cargadas positivamente, hay unafuerza electrostática repulsiva entre ellos. Está claro que losmejores materiales para la fusión nuclear son aquellos que sólotienen una carga positiva en el núcleo, lo cuál sugiere que éstos sonlos isótopos de Hidrógeno.

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FUSIÓN CONTROLADA

Deuterio - Isótopo de Hidrógeno que contiene un protón y un neutrón en el núcleo.Por cada 6,500 átomos de Hidrógeno hay un átomo de Deuterio (0.015%).Se estima que la cantidad total de Deuterio en la Tierra es de 10 16 Kg, lo cuál puede abastecerde energía a toda la población durante miles de millones de años.El material más común en la naturaleza que contiene hidrógeno es el agua (H2 O).La distribución del agua en la Tierra hace que el Deuterio esté disponible en cualquier sitio.Comparando con la enorme cantidad de energía que se libera de cada reacción de fusión, esrelatívamente barato extraer Deuterio del agua.No hay problemas ecológicos con la producción de Deuterio comparado con la de petróleo ocarbón.

Tritio - Isótopo de Hidrógeno que contiene un protón y dos neutrones en el núcleo.No se encuentra en la naturaleza.

Material radiactivo con tiempo de vida de 12.3 años.Se produce mediante reacciones nucleares como con el bombardeo de Litio con neutrones :

6Li + n ==> T + 4He + 4.8 MeV7Li + n ==> T + 4He + 2.5 MeV

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FUSIÓN CONTROLADA

Condiciones Óptimas de operación de un Reactor de fusión Nuclear Controlada :Disponer de materias primas que puedan ser extraídas fácilmente.Alta probabilidad de que ocurra la reacción.Gran cantidad de energía liberada por reacción.Seguridad del proceso de producción.Ausencia de problemas ecológicos con los productos del proceso.

Ya que el reactor de fusión nuclear controlada puede solucionar los problemas energéticos de lahumanidad, es obvio por qué se haya invertido una enorme cantidad de dinero en lainvestigación para conseguir este objetivo.La energía de este proceso es relativamente limpia, y la materia prima está disponible encualquier sitio.

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FUSIÓN CONTROLADA

El Gran Reto de la Creación de un Reactor de Fusión Nuclear Controlada

Ya que los núcleos en la reacción de fusión están cargados positívamente, hay repulsiónelectrostática entre ellos (de acuerdo con la Ley de Coulomb).

Para producir una reacción de fusión, los dos núcleos han de estar muy próximos entre ellos.

La manera más simple de vencer la repulsión electrostática entre los núcleos, es proporcionarlesuna alta energía cinética (velocidad), de modo que pueda producirse una colisión entre ellos.

En el laboratorio han sido probadas muchas reacciones de fusión con propósitos deinvestigación, utilizando grandes aceleradores de partículas.

Los problemas derivados del uso de grandes aceleradores de partículas son :La gran cantidad de energía que necesita el acelerador.El rendimiento muy bajo del proceso.Para producir energía útil, el proceso de producción ha de tener ganancia

Es imposible ganar energía utilizando aceleradores de partículas.

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FUSIÓN CONTROLADA

Fusión Termonuclear

La forma que hace posible que las partículas se muevan con alta energía cinética esaumentando la temperatura.

Conociendo la carga de las partículas, puede calcularse la cantidad de energía que se necesitapara vencer la repulsión electrostática entre ellas.Calculando la cantidad de energía necesaria para comunicar esta energía a las partículas, seobtiene que una reacción de fusión termonuclear puede ocurrir alrededor de 100milones de grados Celsius.

Esta temperatura tan elevada existe dentro del sol (y otras estrellas), y éste es el proceso queproduce la energía que recibimos del sol.

A tan altas temperaturas, los átomos se separan en núcleos cargados positivamente y enelectrones libres . Esta nube de partículas cargadas es llamada Plasma.

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FUSIÓN CONTROLADAPlasmaEl Plasma es un estado de la materia en el cuál los núcleos están separados de sus electrones,y forman una nube de partículas ionizadas en un lugar específico.Para el exterior la nube es eléctricamente neutra, ya que el número de cargas positivas es elmismo que el de cargas negativas.Una propiedad especial del plasma es la pérdida de energía como radiaciónelectromagnética , debido a que los electrones son decelerados por los campos eléctricos delas cargas de los núcleos.Esta radiación es llamada " Bremsstrahlung", y es emitida al exterior por el plasma.A temperaturas de hasta cientos de miles de grados, la velocidad con la que el plasma pierdeenergía por radiación, es mayor que la velocidad de fusión termonuclear. Cuando la temperaturaaumenta bastante más, la velocidad de las reacciones de fusión aumenta más rápidamente quela de pérdida de energía por radiación.La temperatura a la cuál la producción de energía es igual a la pérdida se denomina "temperatura de Ignición" del plasma (se asume que el plasma es ideal, en el cuál el únicomecanismo de pérdida de energía es la radiación Bremsstrahlung.La temperatura de Ignición es la mínima temperatura a la cuál el plasma puede suministrarél mismo la energía para mantener esta temperatura.

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FUSIÓN CONTROLADAParámetros de Confinamiento del plasma

Si se quiere producir energía del plasma, la velocidad a la cuál la energía es liberada ha de sermayor que la velocidad de suministro de enegía (la diferencia entre ellas es la energíaproducida).

Los cálculos teóricos sobre el plasma de Deuterio y Tritio, muestran que a cierta densidad, losmateriales han de ser confinados un periodo de tiempo específico, de modo que el producto desu densidad y el tiempo sea mayor que 1014 [seg/cm3].

Este criterio es llamado criterio de Lawson o criterio de confinamiento del plasma, ydepende mucho de la temperatura.

El principal problema para conseguir controlar la reacción de fusión nuclear es encontrar unmétodo de confinamiento del plasma, ya que ningún recipiente puede aguantar temperaturastan enormes.

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FUSIÓN CONTROLADAConfinamiento Inercial de Plasmas Utilizando Láseres

El criterio de Lawson , que determina las condiciones para la fusión nuclear es el productode la densidad y el tiempo. Si se aumenta la densidad de la materia, se reduce el tiemporequerido para obtener el plasma en una región específica del espacio.

La idea de la fusión por confinamiento inercial, es comprimir una pequeña cantidad de Deuterioy Tritio hasta conseguir una densidad muy alta en un tiempo muy corto.

Los cálculos muestran que una pequeña bola, que contenga Deuterio y Tritio a presiónatmosférica, debería ser de alrededor de 1 [mm] de diámetro.

A presión atmosférica, el tiempo de confinamiento del plasma es de 10-8 [seg]. Sipuede mantenerse el plasma este tiempo, puede obtenerse más energía de las reacciones defusión, de la que se ha suministrado. El problema es que a presión atmosférica el plasma seexpande rápidamente, de modo que la densidad se reduce y el proceso es imposible de llevar acabo. En el otro extremo, a una presión 10,000 veces la atmosférica, el tiemporequerido para la fusión es del orden de 10-12 [seg], según el criterio de Lawson.

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FUSIÓN CONTROLADA Tres Requerimientos Básicos para la Fusión Nuclear :

Alta temperatura del plasma - de modo que los núcleos de Deuterio y de Tritiotengan la energía cinética suficiente para vencer la repulsiónelectrostática entre ellos.Laenergía media por partícula a la temperatura T es : E = 3kT/2En el laboratorio, la máxima energía que se ha conseguido es de 33 [KeV],que es equivalente a una temperatura de 2*108 [0K].

En comparación, la energía del centro del Sol es del orden de 107 - 108 [0K].

Alta densidad de partículas (n).La densidad es el número de partículaspor unidad de volumen. Cuanto más denso es el material, éste contiene más

partículas por unidad de volumen.Largo tiempo de confinamiento (t).

Las condiciones 2 y 3 para n y para t hacen que t tenga que ser suficientemente altopara que la probabilidad de colisión entre los nucleos de Deuterio y de Tritio sea elevada.Este es el criterio de Lawson :

n*t>1014 [s/cm3]

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FUSIÓN CONTROLADA

Temperaturas Umbrales para la Fusión Nuclear Controlada :

Temperatura Umbral [KeV]

D + T ==> 4 He + n + 17.6 [MeV] 4D + D ==> 3 He + n + 3.2 [MeV] 50D + D ==> T + p + 4 [MeV] 50D + 3He ==> 4He + p + 18.3 [MeV] 100

De esta tabla está claro que :La primera reacción es la preferida en esta etapa(debido a la relativa baja temperatura requerida).En el futuro, será la segunda reacción la preferida,debido a que no contiene Tritio radiactivo.La cuarta reacción tiene ventajas debido a que los productosson partículas cargadas (protones y partículas Alfa).

Es relativamente fácil extraer energía de partículas cargadas.

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FUSIÓN CONTROLADA

D + T ==> 4He + n + 17.6 [MeV]

Energía sobre el blanco - suministrada por muchos haces láser simultáneamente.Compresión de la bola de fusión - la capa externa se calienta y es expulsada.El combustible nuclear es comprimido hacia el centro por la onda de choque generada.La presión aumenta hasta millones de atmósferas."Ignición" del Combustible - Como resultado de la compresión, la temperatura aumentaen el centro , y se produce la fusión nuclear a 50-100 millones de grados.

"Mini Explosión" - El proceso de fusión produce una enorme cantidad de energía,la cuál se libera en todas direcciones en una escala de tiempo de microsegundos

(bomba de Hidrógeno en miniatura...)

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FUSIÓN CONTROLADA Enfriamiento de átomos con láserTodos los átomos en la naturaleza se están moviendo porque la temperatura es mayor de 0 [0K], por los que éstos tienen energía térmica.

Abajas temperaturas, es posible casi parar el movimiento de los átomos utilizandoelmomento de los fotones de la radiación láser.Explicación :Puede hacerse que un haz de luz láser moviéndose en dirección opuestaaun haz de átomos, interaccionen de manera que los átomos absorbanlaenergía de los fotones del haz láser. El proceso ocurre cuando la energía de los fotones(lacuál está determinada por la frecuencia del fotón) es exactamente igual a la diferenciaentre los niveles de energía de los átomos.

Cuando el átomo está en movimiento, entonces por el efecto Doppler, este átomo "vee“una frecuencia ligeramente diferente a la de los fotones incidentes. Utilizando unos cuantos

haces en direcciones opuestas, es posible parar el movimiento de los átomos.frecuencia del haz láser se elige de manera que sea muy próxima a la frecuencia de

absorción del átomo, pero no idéntica a ésta. Cada vez que el átomo comienza a moversehacia a uno de los haces láser, el efecto Doppler provoca que la radiación del haz sea

absorbida por el átomo, y éste retorne a su sitio.

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FUSIÓN CONTROLADA UNLÁSER QUE PASA POR EL OJO DE UNA AGUJA

Dependiendo de la longitud de onda, la potencia necesaria y del pulsoempleado, un láser puede ser utilizado para un propósito u otro.Por ejemplo, es posible utilizar los láseres de CO2 para cortar aceroyeso es factible porque emiten en la parte infrarroja y microondasdel espectro. Como la radiación infrarroja es caliente, un haz de estetipo lo que hace, básicamente, es fundir el metal. En el polo opuesto,sehallan los láseres de diodos, que se pueden encontrar en lospunteros o en las impresoras de la oficina, y que puedenser muy pequeños, tanto como el tamaño del ojo de una aguja.

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FUSIÓN CONTROLADA PROPULSIÓN AÉREA

Más aún, el láser podría suponer la revolución definitiva en los sistemasde propulsión aérea. En 2003 la NASA consiguió hacer volarindefinidamente un pequeño avión de 300 gramos cuya energíaera proporcionada desde tierra mediante láser. Científicos japoneseshicieron lo propio con un avión de papel, si bien utilizaron el láserpara evaporar agua que servía de propelente. Estos aviones ligerospodrían ser utilizados como alternativa a los satélites artificialespara establecer telecomunicaciones en zonas de difícil acceso.Pero de desarrollarse más esta tecnología, podría suponer una tremendareducción del lastre de los vuelos convencionales, al eliminarel combustible, tal y como ya se planea hacer en los viajes espaciales.

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Murcia

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Murcia

Average temperature = 17 ºC Average precipitations = 375 mm

Data from the Spanish Meteorological Agency (AEMET)

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Saharan Dust

Data from the Barcelona Supercomputing Center (BSC/DREAM)

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Lidar System

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Laser

►Nd:YAG laser with 1 J power at 1064 nm

10 Hz pulse frequency

►Equipped with frequency doubling crystals

Simultaneous emission of three harmonic wavelengths

Wavelength (nm) 1064 532 355

Nominal Power

When the system is configured for singlewavelength emission

1 J 500 mJ 300 mJ

Registered Power

When the system is configured forsimultaneous emission of three wavelengthsand optimized for 355 nm

376 mJ 68 mJ 255 mJ

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Optical Parametric Oscilator

► Tuning range: FDO: 220 nm – 450 nm Signal: 410 nm – 708 nm Idler: 710 nm – 2300 nm

► Power: Varies with wavelength

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Telescope

► Laser pulse directed toatmosphere with dichroicmirrors

Fixed or mounted onmotorized platform

►Reception with 35.5 cmdiameter telescope

Motorized

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Monochromator

►Backscattered light is filtered with monochromator

Three diffraction gratings, optimized for different spectralregions (UV, visible and IR)

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Photomultiplier Tube

►Wide spectral responsephotomultiplier

Optimized for UV andvisible

Despite low quantumefficiency at NIR, able todetect 1064 nm pulses

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Versatility

►Any wavelength can be emitted

►Any wavelength can be detected

Many techniques can be implemented Elastic lidar

Vibrational Raman for independent extinctiondetermination

Rotational Raman for temperature determination

Differential Absorption Lidar (DIAL)

Fluorescence

···

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Signal acquisition

► Analogic detection SRS Boxcar gated integrator

and averager

► Photon counting SRS gated photon counter

Page 38: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

System Upgrade

► Problems in detection system Gating detection only registers a portion of signal

Photomultiplier showing saturation after strong backscatter

► New detection system: LicelSystem Reliable and well known in lidar

community

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Example of 355 nm profile

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Distancia (m)

Inte

nsid

ad

(U.A

rbit

rari

as)

Resolution: 150 ns (22.5 m)

Integration time: 10 min.

Page 40: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

Example of 532 nm profile

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Distancia (m)

Inte

nsid

ad

(U.arb

itra

rias)

Resolution: 150 ns (22.5 m)

Integration time: 10 min.

Page 41: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

Example of 1064 nm profile

0

1

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3

4

5

6

7

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000

Distancia (m)

Inte

nsid

ad

(U.arb

itra

rias)

Resolution: 150 ns (22.5 m)

Integration time: 10 min.

Page 42: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

Example of Raman H2O profile (408 nm)

Resolution: 500 ns (75 m)

Integration time: 15 min.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Distancia (m)

mero

de

foto

nes

Page 43: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

Example of Raman N2 profile (387 nm)

0

100

200

300

400

500

600

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

Distancia (m)

mero

de

foto

nes

Resolution: 500 ns (75 m)

Integration time: 15 min.

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Inversion ProcedureAtmospheric model +

Elastic and Raman signals

Independent Extinction +

Backscatter coefficients

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HERRAMIENTA LASER

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LA HERRAMIENTA LÁSER

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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HERRAMIENTA LASER

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LA HERRAMIENTA LÁSER

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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HERRAMIENTA LASER

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ENERGÍA Y TIEMPO

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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HERRAMIENTA LASER

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LA HERRAMIENTA LÁSER

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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HERRAMIENTA LASER

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ENERGÍA Y TIEMPO

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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HERRAMIENTA LASER

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ENERGÍA Y TIEMPO

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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HERRAMIENTA LASER

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ENERGÍA Y TIEMPO

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

Page 52: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

HERRAMIENTA LASER

A. RequenaLáseres, la luz que revolucionó nuestras vidas Mayo, 2012

ENERGÍA Y TIEMPO

MONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

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Dispositivo y herramienta

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DispositivoHerramientaEl ordenador como herramientamáquina de Turing

EL LASER COMO HERRAMIENTAMONOCROMATICIDAD

COHERENCIA

LINEALIDAD

BRILLO

ENERGÍA Y TIEMPO

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CUANTICA Y MOLÉCULAS

A. RequenaLáseres, la luz que revolucionó nuestras vidas Mayo, 2012

NIVELES DE ENERGÍA

INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LA MATERIA

EL LÁSER COMO MECANISMO DE EXCITACIÒN SELECTIVO

LA QUÍMICA DE LOS ESTADOS EXCITADOS

Page 55: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

1872 : Leland Stanford$25.000.

fotógrafo : Eadweard Muybridge

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Page 56: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

Siglos XX y XXI :nacimiento de las moléculas

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Page 57: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

BREVES SUCESOS NATURALES

A. RequenaLáseres, la luz que revolucionó nuestras vidas Mayo, 2012

¿Cuánto tardan en difundirse las moléculas

en la sinapsis?.

50 s

¿Cuánto tarda la luz en recorrer la distancia

desde el televisor al ojo ?.

0.13 ns

20 ps

50 ms en reconocer la letra C.

Cuanto se tarda en leer la letra….. ?

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EPISODIOS

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ENFRIAR LA TIERRA: MARES Y OCÉANOS Y CO2

O2 VIDA UNICELULAR.

EDAD DEL UNIVERSO : 12.000 – 14.000 MILLONESDE AÑOS.

FUTURO PREVISTO : 10100. MUCHO FUTURO

MIL MILLONES DE AÑOS

UN MILLÓN DE AÑOS LAS ESTRELLAS SUPERGIGANTES

AZULES (MIL VECES MÁS BRILLANTESQUE EL SOL) SE CONSUMIRÁN.

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EPISODIOS

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UN SIGLO

LOS CD-ROM SE DEGRADARÁN. LOS MÁSPERFECTOS ALCANZAN 200 AÑOS.

UNA TORTUGA TIENE UNA ESPERANZA DE VIDA DE177 AÑOS.

PROBABILIDAD DE SER CENTENARIOS : 1/26.

EDAD DE LA MECÁNICA CUÁNTICA

UN AÑO

LA TIERRA RECORRE UNA ÓRBITAALREDEDOR DEL SOL.

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EPISODIOS

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UN DIA

UNA HORA

LA TIERRA REALIZA UNA ROTACIÓN.

EL CORAZÓN LATE 100.000 VECES.

LOS PULMONES INHALAN Y EXPELEN 14.000 LITROS DEAIRE.

UNA CRÍA DE BALLENA AZUL GANA 90 KILOS DE PESO.

SE DICTA UNA CONFERENCIA.

SE RECORREN ENTRE 100-120 KILÓMETROS DE DISTANCIA.

LAS CÉLULAS SE DIVIDEN EN DOS.

Page 61: Láseres, la luz que revolucionó nuestras vidas

EPISODIOS

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UN MINUTO

UN SEGUNDO

EL CEREBRO DE UN NEONATO CRECE ENTRE UNO Y DOSMILIGRAMOS.

UNA PERSONA PRONUNCIA UNAS 150 PALABRAS.

UNA PERSONA LEE UNAS 250 PALABRAS.

LA LUZ DEL SOL TARDA UNOS 8 MINUTOS EN LLEGAR.

EL CORAZÓN DA UN LATIDO.

LA LUZ DE LA LUNA TARDA 1,3S. EN LLEGAR A LA TIERRA.

SEGUNDO ES DURACIÓN DE 9.192.631.770CICLOS DEOSCILACIÓN DEL ATOMO DE CESIO.

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EPISODIOS

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DECIMA DE SEGUNDO

UN MILISEGUNDO

UN ABRIR Y CERRAR DE OJOS.

TIEMPO QUE REQUIERE EL OIDO PARA DISCRIMINAR UNSONIDO DE SU ECO.

UN COLIBRÍ BATE SUS ALAS SIETE VECES.

TIEMPO DE EXPOSICIÓN MÁS BREVE DE UNA CÁMARAFOTOGRÁFICA.

UNA MOSCA BATE LAS ALAS CADA 3 MS.

UNA ABEJA BATE LAS ALAS CADA 5 MS.

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EPISODIOS

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UN MICROSEGUNDO

UN NANOSEGUNDO

LA LUZ RECORRE 300 METROS.

UN SONIDO HABRÍA RECORRIDO 1/3 MM.

DURACIÓN DE UN DESTELLO DE ESTROBOSCOPIO COMERCIAL.

UN CARTUCHO DE DINAMITA EXPLOTA EN 24 MICROSEGUNDOS.

LA LUZ RECORRE 30 CM.

UNA INSTRUCCIÓN DE ORDENADOR CONSUME ENTRE 2 Y 4NANOSEGUNDOS EN EJECUTARLA

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EPISODIOS

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UN PICOSEGUNDO (billonésima de segundo)

TIEMPO DE OPERACIÓN DE LOS TRANSISTORES MÁSRÁPIDOS.

TIEMPO QUE TARDA EL QUARK “FONDO” EN DESINTEGRARSE.

LA VIDA MEDIA DE UN ENLACE DE HIDRÓGENO ENTREMOLÉCULAS DE AGUA, ES DE 3 PICOSEGUNDOS.

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EPISODIOS

A. RequenaLáseres, la luz que revolucionó nuestras vidas Mayo, 201220 ps

UN FEMTOSEGUNDO (millonésima de billonésima de segundo)

EN LAS MOLÉCULAS, LOS ÁTOMOS TARDAN ENTRE 10 Y100 FEMTOSEGUNDOPS EN REALIZAR UNA OSCILACIÓN.

LAS REACCIONES QUÍMICAS MÁS RÁPIDAS REQUIERENCENTENARES DE FEMTOSEGUNDOS.

LA INTERACCIÓN ENTRE LA LUZ Y LOS PIGMENTOS DE LARETINA INVIERTE EN TORNO A 300 FEMTOSEGUNDOS.

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EPISODIOS

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UN ATTOSEGUNDOFENÓMENOS MÁS FUGACES QUE LA CIENCIA CRONOMETRAR.

LOS LÁSERES MÁS RÁPIDOS TARDAN 250 ATTOSEGUNDOS.

-34S.

Constante de Planck, h. Valor utilizado 6,6 10-27 g cm 2 /sg.

Masa de Planck. mp. Es el valor de masa obtenido combinando apropiadamente lasconstantes G, c y hbarra como (hbarra c / G)1/2. Valor utilizado 2,178 10-5 g.

Longitud de Planck, en adelante lp = (hbarra G / c3)1/2, es la longitud de onda Comptonde la partícula masa de Planck. El valor utilizado es 1,616 10-33 cm.

Tiempo de Planck, en adelante tp = (hbarra G / c5)1/2, es el tiempo que tarda la luz enrecorrer la longitud de Planck. Valor utilizado 5,389 10-44 sg.

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ESCALA DE TIEMPO Y REACCIONESQUÍMICAS

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►10-9 – 10-15 s.

►Procesos: Transferencia de protones o electrones.

Movimiento interno en proteínas.

Transferencia de energía inter e intramolecular.

Ruptura y formación de los enlaces químicos.

Rotación molecular.10000nm~ 33 10-15 s.)

Vibración molecular (1000nm~3.3 10-15 s.)

Tránsitos electrónicos (200nm ~0.66 10-15 s.)

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ESCALA DE TIEMPO Y REACCIONESQUÍMICAS

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PROCESO FOTÓN MOLÉCULA

VELOCIDAD (m/s) 3 108 3-5 102

Tiempopararecorrer

3 m

3m

3nm

10-8 s (10 ns)

10-14 s (10 fs)

10-17 s (10 as)

10-2 s (10 ms)

10-8 s (10 ns)

10-11 s (10 ps)

Vibración del CO 20 fs

Tiempo detránsito F-C

< 1 fs

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EVOLUCIÓN DE LAS FUENTES

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FUENTEAÑO ANCHURA

1950

1960

1970

1980

1990

Lámpara de Flash

Láser de Rubí

Láser de Nd:YAG, bombeado por flash

Láser de colorante bombeado por Nd:YAG

Láser de anillo en modo locked y CPM concompresión de pulso

Láser de Ti:zafiro en modo locked y osciladorparamétrico óptico

ms

ns

ps

50 fs

5 fs

50-5 fs

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RETROALIMENTACIÓN YAMPLIFICACIÓN

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Valoración de 1 fs

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►Azoica►Arcaica. Hasta unos 500.000.000 años.

► Primaria o paleozoica. Invertebrados, trilobites medusas, moluscos, primerosvegetales, helechos y coníferas y los insectos, primeros que abandonaron el mar, luego losbatracios. Hace unos 350.000.000 años.

►Secundaria o mesozoica Desde unos 200.000.000 hasta unos 70.000.000años. Actividad volcánica, invasión de Europa por los océanos. Reptiles, dinosaurios.

►Terciaria o cenozoica Hasta un 1.000.000 años antes de nuestros días, Actividadorogénica: Andes, Alpes y el Himalaya. Edad de los mamíferos y los actuales árboles .

►Cuaternaria Glaciares, Aparece el hombre conviviendo con mamut y animales feroces.Última glaciación hace 30.000 años. Hombre de Cromagnon u Homo sapiens.

►En total 5.000 millones de años

►1s./32.000.000 años =

1s./(32.000000*365*24*60*60)=1s./(1.009152*1015

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ISAAC NEWTON

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Lord George Porter

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ZEWAIL: 1999

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DECAIMIENTOFOTOLÍTICO DE

ICN

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► ICN + h(bombeo) [ICN]#* I + CN

BOMBEO: 307nmSONDA : 388.5 nm (CN)

El TIEMPO ICN I + CNVelocidad de las moléculas : 300 m/sSe separan completamente a 0.6 nmtiempo de reacción = 0.6 10-9 300 = 200 fs.Resumen : se sigue el procesomediante espectroscopía de absorción