Un láser es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente en un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.
En 1916 Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y el de sus predecesores, los máseres (que emiten microondas), utilizando la ley de radiación de Max Planck, basada en los conceptos de emisión espontánea e inducida de radiación.
En el artículo "Sobre la teoría cuántica de la radiación" Einstein afirmó que mediante la absorción de radiación electromagnética, los átomos podían excitarse, es decir, acceder a un estado de mayor energía. Posteriormente, de forma espontánea, éstos emitían luz para regresar a un estado energético inferior. Además, dedujo la existencia de una tercera clase de interacción entre la luz y la materia, en ella, un fotón podía inducir en un estado excitado a emitir un segundo fotón, y así sucesivamente.
Para crear un haz coherente de fotones debería lograrse primero "la inversión de la población", es decir, que el número de átomos excitados superase al de no excitados, para conseguir que los fotones emitidos se agrupasen en un haz intenso. Toda esta teoría no es más que el fundamento teórico del láser.
En 1928 Rudolf Landenburg informó haber obtenido la primer evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque sólo fue tomado como una curiosidad de laboratorio. Recién después de la Segunda Guerra Mundial fue demostrada definitivamente.
A principios de la década del cincuenta, Alfred Kastler (1902-1984) desarrolló otro trabajo que es fundamental para la posterior evolución del láser, fue el bombeo óptico. El trabajo de Kastler sobre el bombeo óptico, basado en técnicas de resonancia óptica, fue desarrollado con la colaboración de su alumno Jean Brossel y fructificó con el descubrimiento de métodos para subir el nivel energético de los átomos; dicho de otro modo, métodos para que los electrones de los átomos suban al nivel deseado, utilizando efectos de resonancia óptica. Estos métodos recibieron el nombre de bombeo óptico por el mismo Kastler, quien mereció el Premio Nobel de Física del año 1966.
En 1951 Charles H Townes se encontraba en la ciudad de Washington, para asistir a una reunión científica, y compartía habitación con otro científico, que a la postre se convertiría en su cuñado, Arthur Schawlow. Por esa época Townes estaba preocupado por encontrar un método para producir ondas de radio de longitud de onda muy corta, del orden del milímetro.
Según cuenta la historia, para no molestar a Schawlow, que dormía hasta tarde, una mañana fue hasta el Parque Franklin, cercano al hotel y fue allí, la mañana del 26 de abril de 1951, donde se le ocurrió un método para producir microondas usando el fenómeno de la emisión estimulada, basándose en las predicciones de Einstein y en los estudios sobre el bombeo óptico que realizó Alfred Kastler.
La comprobación de su idea se la propuso como trabajo de tesis doctoral a su alumno James P Gordon . Tres años les tomó construir, con la colaboración de Herbert J Zeiger, un dispositivo que amplificaba microondas mediante emisión estimulada, al que llamaron máser, un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser, pero que produce un haz coherente de microondas, aunque incapaz de funcionar en continuo.
Nikolai G Basov y Aleksandr M Prokhorov, independientemente de Townes, obtuvieron resultados similares en la Unión Soviética, trabajaron en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz contínua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energía. Townes, Basov y Prokhorov compartieron el Premio Nobel de Física en el año 1964.
En septiembre de 1957, Townes junto con Schawlow comenzaron a pensar en el problema de construir otro dispositivo, similar al máser, pero que emitiera luz en lugar de microondas. Es interesante conocer la anécdota de que Townes solicitó una patente para artefactos que emitieran luz por el mecanismo de emisión estimulada, y de que poco después también lo hizo Gordon Gould, reclamando prioridad. Hay quienes creen que Gould tenía razón, hasta la fecha sigue el pleito legal.
Finalmente, Theodore H Maiman logró construir el primer láser, utilizando un rubí sintético como cristal, en los laboratorios de investigación de la compañía aérea Hughes, en Malibu, California, que funcionó por primera vez el 16 de mayo de 1960.
En 1962 Robert Hall inventa el láser semiconductor. En 1969 se encuentra la primer aplicación industrial, al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos. En 1970 Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas para el láser.
Hasta aquí la historia, una apretada síntesis del camino recorrido hasta construir el primer láser. Sus múltiples y variadas aplicaciones forman parte de los actuales avances en ese campo. En próximas entradas mostraré el funcionamiento y algunas de las aplicaciones.
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