¿En qué aplicaciones los láseres son necesarios o simplemente convenientes? [cerrado]

Estoy tratando de entender, dada la amplia gama de aplicaciones láser actuales:

  1. Qué aplicaciones realmente requieren características de láser, en lugar de solo usar láseres porque son la fuente de luz más práctica/eficiente con características que no son exclusivas de los láseres
  2. Qué alternativas existen, o pueden existir, a los láseres para aplicaciones que no requieren características de láser

Mi suposición clave aquí es que la característica esencial de un láser es que produce luz temporalmente coherente. A menudo, pero no necesariamente, los láseres producen luz con otras dos características útiles:

  1. Monocromaticidad
  2. colimación

Pero estas características convenientes se pueden producir usando no láseres. Por ejemplo, los LED producen luz monocromática. Y las lentes pueden tomar luz difusa y producir un haz colimado cerca del límite de difracción, ¿verdad?

Si este es el caso, entonces las únicas aplicaciones que requieren láseres son aquellas que dependen de la interferometría, y eso es más o menos holografía y medición, ¿verdad? Todas las demás aplicaciones (energía dirigida, terapias médicas, discos ópticos, optrónica) podrían lograrse con luz colimada y/o monocromática no coherente, ¿verdad?

Presumiblemente, los láseres se utilizan en estos casos solo porque actualmente son la forma más eficiente o práctica de producir luz con esas características. Pero ahora me pregunto: ¿Qué otras tecnologías podrían reemplazar a los láseres en la práctica (y la eficiencia) para aplicaciones que requieren luz con alta energía, colimación y/o monocromaticidad?

Estrechamente relacionado con physics.stackexchange.com/q/109827 . Básicamente, la pregunta es una lista gigante

Respuestas (4)

Aquí hay algunas cosas. No es una lista completa.

Coherencia - Esto hace posible la holografía.

Estabilidad: los láseres son monocromáticos porque la luz se produce al reflejarse de un lado a otro en una cavidad. Es posible seleccionar un solo modo. Con cuidado, es posible mantener esa longitud de onda muy estable durante largos períodos de tiempo. Esta es la base de los relojes atómicos.

Potencia: los láseres vienen en una amplia variedad de niveles de potencia. Algunos tienen mucho poder en el rayo. Es posible enfocar el haz en un punto pequeño.

Eficiencia: actualmente, las fuentes de luz más eficientes son los LED. Bien, un LED no es necesariamente un láser. Tienes que pulir los extremos del cristal para hacer una cavidad.

Velocidad de conmutación: es posible encender y apagar un LED muy rápidamente. Esto es bueno para transmitir información a altas velocidades.

Además, un láser es un juguete para gatos mucho mejor que una linterna.

La coherencia fue lo único que pensé que era único. Los diversos métodos de bombeo de los láseres de alta potencia pueden ser únicos, excepto por uno: la salida de luz química. ¿Todas las luces químicas escalables de alta potencia producen luz coherente? Con respecto a la conmutación y la eficiencia, parece que los LED son las mejores opciones, y puede convertir un LED en un láser si desea agregar coherencia a esas propiedades, pero son propiedades de la luz de estado sólido, no de la luz láser.
+1 para el juguete para gatos. Lo que también ha motivado a la pequeña industria de la robótica.

Es cierto que las aplicaciones tradicionales del láser están relacionadas con sus características monocromáticas (una longitud de onda), colimadas (una dirección) y de coherencia ("una fase" o coincidencia de fase). Los rayos láser tienen baja dispersión, se pueden amplificar y enfocar para alcanzar densidades de fotones muy altas y la forma del pulso se puede esculpir a voluntad.

Muchas aplicaciones solo son posibles gracias a una o una combinación de estas características. Aquí hay algunas aplicaciones especializadas que usan láseres de campo fuerte:

  • La filamentación nos permite sondear objetivos a largas distancias (¡kilómetros!)
  • Alta intensidad - hasta más de 10 18 W / C metro 2 - nos permite acelerar electrones en el dominio relativista.
  • Menos pero aún campo muy intenso - sobre 10 13 W / C metro 2 - nos permite distorsionar átomos y moléculas. La respuesta no lineal de la molécula se puede utilizar para sondear los movimientos intramoleculares y generar radiación de armónicos elevados (HHG).
  • HHG se puede utilizar para producir pulsos XUV aislados tan cortos como 67 × 10 18 s , que es comparable al período característico de un electrón.
¿Puede elaborar en el contexto de la pregunta original? Es decir, ¿serían factibles esas aplicaciones con luz no coherente de alta intensidad? ¿Y parece haber algún método que no sea láser para generar una luz de tan alta intensidad?

Reconstruido de otras discusiones:

La única forma de obtener grandes cantidades de luz monocromática y/o colimada es a través de la emisión estimulada, que también produce luz coherente.

Por ejemplo, si queremos un LED más colimado, terminaremos con un láser de diodo. Y si queremos colimar más la salida de una lámpara de arco, tenemos que introducir una cámara resonadora y una vez más tenemos un láser.

En el hospital, la mención de iniciar una operación siempre causará pánico entre los pacientes y sus familias. Esto no es de extrañar, porque las operaciones quirúrgicas tradicionales son inevitablemente sangrantes. Para garantizar el buen desarrollo de la operación, las enfermeras siempre preparan mucho equipo hemostático, algodón absorbente, gasas y otras cosas, lo que aumenta la tensión en la sala de operaciones.

Hoy en día, los bisturíes láser se han utilizado en muchas ocasiones en operaciones quirúrgicas, lo que ha cambiado el concepto de que la gente piensa que la cirugía debe sangrar.

El llamado bisturí láser es un nuevo tipo de instrumento médico que utiliza rayos láser para realizar operaciones como resección, coagulación, hemostasia y vaporización de tejido humano. Utiliza un láser para irradiar un rayo láser con una longitud de onda que los tejidos humanos absorben fácilmente. Durante la absorción de los tejidos humanos, convierte la energía luminosa en energía térmica para destruir los tejidos enfermos y lograr el objetivo del tratamiento.

Cada parte del cuerpo humano absorbe la luz láser de manera diferente, y las diferentes longitudes de onda y los láseres de diferente potencia tienen efectos diferentes en ciertas partes del cuerpo humano. Por lo tanto, se utilizan láseres con diferentes frecuencias de oscilación para obtener láseres con diferentes longitudes de onda, y se pueden fabricar varios cuchillos láser para afectar selectivamente los tejidos humanos y lograr diferentes propósitos terapéuticos.