AMPLIFICADORES ÓPTICOS

Contamos ahora con las ideas básicas necesarias para la comprensión del funcionamiento de un amplificador óptico, también conocido como amplificador láser. Este es un sistema tal que al introducirle un flujo inicial de fotones S_i nos proporciona en su salida un flujo final de fotones S_f mayor que el flujo inicial S_i. Dichos amplificadores ópticos generalmente tienen un aspecto similar al mostrado en la figura II.1, es decir, un cilindro por un extremo del cual entra en flujo inicial de fotones S_i y otro por el cual sale el flujo final de fotones amplificado S_f.
Como hemos visto en la sección anterior, la condición necesaria para tener amplificación del flujo inicial de fotones S_i es que el número de átomos excitados N₂ que se encuentra en la cavidad amplificadora sea mayor que el número de átomos que se encuentra en su estado base N₁. La condición anterior se conoce como condición de inversión de población y el problema central para la realización práctica de un amplificador óptico está en cómo lograr dicha inversión de población. Es decir, el problema es conseguir que la mayoría de los átomos que se encuentran en la cavidad amplificadora pasen de su estado base, que es el estado normal en que cualquier átomo se encuentra cuando no es perturbado, a un estado excitado.
Para lograr dicha inversión de población es necesario algún dispositivo que proporcione la energía que los átomos de la cavidad amplificadora requieren para pasar de su estado base a un estado excitado. Este dispositivo recibe el nombre de "sistema de bombeo" y puede ser de varios tipos, aunque los más usuales son de tipo óptico o de tipo eléctrico.
En el caso de un sistema de bombeo de tipo óptico lo que tenemos es la cavidad amplificadora circundada por una o varias lámparas luminosas de destello flash muy potentes. Al ser disparadas dichas lámparas, los fotones que éstas emiten son absorbidos por los átomos de la cavidad amplificadora, los cuales pasan de su estado base a un estado excitado. Con esto se logra la inversión de población.
La figura II.4 muestra la sección transversal de dos arreglos posibles para la colocación de las lámparas flash en un amplificador bombeado ópticamente.
 

                                                   Figura II.4.

En un sistema de bombeo de tipo eléctrico se produce una intensa descarga eléctrica a través de los átomos que se encuentran en la cavidad amplificadora. De este modo los energéticos electrones de la descarga transfieren por colisiones electrón-átomo parte de su energía a los átomos contenidos en la cavidad, logrando que éstos pasen de su estado base a un estado excitado. Así se da la inversión de población.
La figura II.5 muestra la sección transversal de un amplificador óptico bombeado eléctricamente, usando un cañón de electrones.
 

                                             Figura II.5.

Para amplificar un pulso de luz usando un amplificador óptico dotado de un sistema de bombeo óptico o eléctrico, se sincroniza el paso del pulso de luz con el disparo del sistema de bombeo. Es importante que estos dos eventos estén perfectamente sincronizados, pues si el sistema de bombeo es disparado antes o después de que llegue el pulso de luz al amplificador, dicho pulso no será amplificado.
La figura II.6 muestra la simulación computacional de la amplificación de un pulso de luz que pasa a través de un amplificador óptico. Pueden observarse el pulso inicial y el pulso final amplificado.
 

                                            Figura II.6.

Ricardo Monroy      C.I 17646658

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