Discos compactos (CDS)

El disco compacto (conocido popularmente como CD por las siglas en inglés de Compact Disc) es un soporte digital óptico utilizado para almacenar cualquier tipo de información (audio, imágenes, vídeo, documentos y otros datos). En español ya se puede escribir cedé (como se pronuncia) porque ha sido aceptada y lexicalizada por el uso; en gran parte de Latinoamérica se pronuncia [sidí], como en inglés, pero la Asociación de Academias de la Lengua Española desaconseja —en su Diccionario panhispánico de dudas— esa pronunciación.[1] También se acepta cederrón[2] (de CD-ROM). Hoy en día, sigue siendo el medio físico preferido para la distribución de audio.

Los CD estándar tienen un diámetro de 12 centímetros y pueden almacenar hasta 80 minutos de audio (o 700 MB de datos). Los MiniCD tienen 8 cm y son usados para la distribución de sencillos y de controladores guardando hasta 24 minutos de audio o 214 MB de datos.

Esta tecnología fue más tarde expandida y adaptada para el almacenamiento de datos (CD-ROM), de video (VCD y SVCD), la grabación doméstica (CD-R y CD-RW) y el almacenamiento de datos mixtos (CD-i), Photo CD, y CD EXTRA.

El disco compacto sigue gozando de popularidad en el mundo actual. En el año 2007 se habían vendido 200 millones de CD en el mundo.

Historia

El disco compacto fue creado por el holandés Kees Schouhamer Immink, de Philips, y el japonés Toshitada Doi, de Sony, en 1979. Al año siguiente, Sony y Philips, que habían desarrollado el sistema de audio digital: Compact Disc, comenzaron a distribuir discos compactos, pero las ventas no tuvieron éxito por la depresión económica de aquella época. Entonces decidieron abarcar el mercado de la música clásica, de mayor calidad. Comenzaba el lanzamiento del nuevo y revolucionario formato de grabación audio que posteriormente se extendería a otros sectores de la grabación de datos.

El sistema óptico fue desarrollado por Philips mientras que la lectura y codificación digital corrió a cargo de Sony, fue presentado en junio de 1980 a la industria, y se adhirieron al nuevo producto 40 compañías de todo el mundo mediante la obtención de las licencias correspondientes para la producción de reproductores y discos.

En 1981, el director de orquesta Herbert Von Karajan convencido del valor de los discos compactos, los promovió durante el Festival de Salzburgo, y desde ese momento empezó su éxito. Los primeros títulos grabados en discos compactos en Europa fueron la Sinfonía Alpina de Richard Strauss, los valses de Frédéric Chopin interpretados por el pianista chileno Claudio Arrau, y el álbum The Visitors de ABBA, en 1983 se produciría el primer disco compacto en los Estados Unidos por CBS (hoy Sony Music) siendo el primer título en el mercado un álbum de Billy Joel.[3] La producción de discos compactos se centralizó por varios años en los Estados Unidos y Alemania, donde eran distribuidos a todo el mundo. Ya entrada la década de los noventas se instalaron fábricas en diversos países como ejemplo. En 1992 Sonopress produjo en México el primer CD de título “De Mil Colores” de Daniela Romo.

Fue en octubre de 1982 cuando, Sony y Philips comenzaron a comercializar el CD.

En el año 1984 salieron al mundo de la informática, permitiendo almacenar hasta 700 MB. El diámetro de la perforación central de los discos compactos fue determinado en 15 mm, cuando entre comidas, los creadores se inspiraron en el diámetro de la moneda de 10 centavos del florín de Holanda. En cambio, el diámetro de los discos compactos es de 12 cm, lo que corresponde a la anchura de los bolsillos superiores de las camisas para hombres, porque según la filosofía de Sony, todo debía caber allí.

Detalles físicos

A pesar de que puede haber variaciones en la composición de los materiales empleados en la fabricación de los discos, todos siguen un mismo patrón: los discos compactos se hacen de un disco grueso, de 1,2 mm, de policarbonato de plástico, al que se le añade una capa reflectante de aluminio, utilizada para obtener más longevidad de los datos, que reflejará la luz del láser (en el rango de espectro infrarrojo, y por tanto no apreciable visualmente); posteriormente se le añade una capa protectora de laca, misma que actúa como protector del aluminio y, opcionalmente, una etiqueta en la parte superior. Los métodos comunes de impresión en los CD son la serigrafía y la impresión Offset. En el caso de los CD-R y CD-RW se usa oro, plata, y aleaciones de las mismas, que por su ductilidad permite a los láseres grabar sobre ella, cosa que no se podría hacer sobre el aluminio con láseres de baja potencia.

Especificaciones

 

Lente óptica de un lector.
  • Velocidad de la exploración: 1,2–1,4 m/s, equivale aproximadamente a entre 500 rpm (revoluciones por minuto) y 200 rpm, en modo de lectura CLV (Constant Linear Velocity: ‘Velocidad Lineal Constante’).
  • Distancia entre pistas: 1,6 µm.
  • Diámetro del disco: 120 u 80 mm.
  • Grosor del disco: 1,2 mm.
  • Radio del área interna del disco: 25 mm.
  • Radio del área externa del disco: 58 mm.
  • Diámetro del orificio central: 15 mm.
  • Tipos de disco compacto:
    • Sólo lectura: CD-ROM (Compact Disc – Read Only Memory).
    • Grabable: CD-R (Compact Disc – Recordable).
    • Regrabable: CD-RW (Compact Disc – Re-Writable).
    • De audio: CD-DA (Compact Disc – Digital Audio).

Un CD de audio se reproduce a una velocidad tal que se leen 150 KB por segundo. Esta velocidad base se usa como referencia para identificar otros lectores como los de ordenador, de modo que si un lector indica 24x, significa que lee 24 x 150 kB = 3.600 kB/s, aunque se ha de considerar que los lectores con indicación de velocidad superior a 4x no funcionan con velocidad angular variable como los lectores de CD-DA, sino que emplean velocidad de giro constante, siendo el radio obtenible por la fórmula anterior el máximo alcanzable (esto es, al leer los datos grabados junto al borde exterior del disco).

El área del disco es de 86,05 cm², de modo que la longitud del espiral grabable será de 86,05/1,6 = 5,38 km. Con una velocidad de exploración de 1,2 m/s, el tiempo de duración de un CD-DA es 80 minutos, o alrededor de 700 MB de datos. Si el diámetro del disco en vez de 120 milímetros fuera 115 mm, el máximo tiempo de duración habría sido 68 minutos, es decir, 12 minutos menos.

Capacidades

Los CD-Roms están constituidos por una pista en espiral que presenta el mismo número de bits por centímetro en todos sus tramos (densidad lineal constante), para aprovechar mejor el medio de almacenamiento, y no desperdiciar espacio como sucede en los discos magnéticos. Es por esto que en la lectura y grabación de un CD, a medida que el haz láser se aleja del centro del disco, la velocidad debe disminuir, ya que en el centro el espiral es de menos longitud que en los bordes. Alternando las velocidades se logra que la cantidad de bits leídos por segundo sea constante en cualquier tramo, sea en el centro o en los bordes. Si esta velocidad fuese constante, se leerían menos bits por segundo si la zona esta más cerca del centro, y más si esta más cerca de los bordes. Todo esto significa que un CD gira a una velocidad angular variable.

Para poder lograr que los CD tengan igual densidad en cualquier tramo de la espiral, en la grabación, el haz láser emitido por la cabeza (que se mueve en línea recta radial desde el centro al borde del plato) genera la espiral a velocidad lineal constante (CLV), esto significa que la cantidad de bits grabados por segundos será constante.

Pero para poder lograr esto, y mantener una densidad lineal constante y la pista en espiral, será necesario que el CD gire a una velocidad angular variable (explicado anteriormente). Por lo tanto, por girar un CD a una velocidad angular variable, y ser escrito a velocidad linear constante, se escriben y leen la misma cantidad de bits por segundo y por centímetro, cualquiera sea la posición del mismo. Mientras que cada vuelta de la espiral contendrá más o menos bits según si este más cerca del centro o del borde.

Los datos digitales en un CD se inician en el centro del disco y terminan en el borde de estos, lo que permite adaptarlos a diferentes tamaños y formatos. Los CD estándares están disponibles en distintos tamaños y capacidades, así tenemos la siguiente variedad de discos:

  • 120 mm (diámetro) con una duración de 74-80 minutos de audio y 650–700 MB de capacidad de datos.
  • 120 mm (diámetro) con una duración de 90–100 minutos de audio y 800-875 MB de datos (no se encuentran en el mercado hoy en día).
  • 80 mm (diámetro), que fueron inicialmente diseñados para CD singles. Estos pueden almacenar unos 21 minutos de música o 210 MB de datos. También son conocidos como Mini-CD o Pocket CD.

Un CD-ROM estándar puede albergar 650 o 700 (a veces 800) MB de datos. El CD-ROM es popular para la distribución de software, especialmente aplicaciones multimedia, y grandes bases de datos. Un CD pesa menos de 30 gramos.

Para poner la memoria del CD-ROM en contexto, una novela promedio contiene 60.000 palabras. Si se asume que una palabra promedio tiene 10 letras —de hecho es considerablemente menos de 10 de letras— y cada letra ocupa un byte, una novela por lo tanto ocuparía 600.000 bytes (600 KB). Un CD puede por lo tanto contener más de 1.000 novelas. Si cada novela ocupa por lo menos un centímetro en un estante, entonces un CD puede contener el equivalente de más de 10 metros en el estante. Sin embargo, los datos textuales pueden ser comprimidos diez veces más, usando algoritmos compresores, por lo tanto un CD-ROM puede almacenar el equivalente a más de 100 metros de estante.

Capacidades de los discos compactos
Tipo Sectores Capacidad máxima de datos Capacidad máxima de audio Tiempo
(MB) (MiB) (MB) (MiB) (min)
8 cm 94,500 193.536 ˜ 184.6 222.264 ˜ 212.0 21
8 cm DL 283,500 580.608 ˜ 553.7 666.792 ˜ 635.9 63
650 MB 333,000 681.984 ˜ 650.3 783.216 ˜ 746.9 74
700 MB 360,000 737.280 ˜ 703.1 846.720 ˜ 807.4 80
800 MB 405,000 829.440 ˜ 791.0 952.560 ˜ 908.4 90
900 MB 445,500 912.384 ˜ 870.1 1,047.816 ˜ 999.3 99

Nota: Estos valores no son exactos.

Estándares

Para más información sobre los estándares relacionados con el mundo del Disco Compacto, visite Rainbow Books.

Una vez resuelto el problema de almacenar los datos, queda el de interpretarlos de forma correcta. Para ello, las empresas creadoras del disco compacto definieron una serie de estándares, cada uno de los cuales reflejaba un nivel distinto. Cada documento fue encuadernado en un color diferente, dando nombre a cada uno de los «libros arcoiris» (Rainbow Books).

Tiempo de Acceso

Para describir la calidad de un CD-ROM este es probablemente uno de los parámetros más interesantes. El tiempo de acceso se toma como la cantidad de tiempo que le lleva al dispositivo desde que comienza el proceso de lectura hasta que los datos comienzan a ser leídos. Este parámetro viene dado por: la latencia, el tiempo de búsqueda y el tiempo de cambio de velocidad (en los dispositivos CLV). Téngase en cuenta que el movimiento de búsqueda del cabezal y la aceleración del disco se realizan al mismo tiempo, por lo tanto no estamos hablando de sumar estos componentes para obtener el tiempo de acceso sino de procesos que justifican esta medida.

Este parámetro, obviamente, depende directamente de la velocidad de la unidad de CD-ROM ya que los componentes de este también dependen de ella. La razón por la que el tiempo de acceso es mayor en los CD-rom respecto a los discos duros es la construcción de estos. La disposición de cilindros de los discos duros reduce considerablemente los tiempos de búsqueda. Por su parte los CD-ROM no fueron inicialmente ideados para el acceso aleatorio sino para acceso secuencial de los CD de audio. Los datos se disponen en espiral en la superficie del disco y el tiempo de búsqueda es por lo tanto mucho mayor.

Una cuestión a tener en cuenta es el reclamo utilizado en muchas ocasiones por los fabricantes, es decir, si las tasas de acceso más rápidas se encuentran en los 100 ms (150 ms es un tiempo de acceso típico) intentarán convencernos de que un CD-ROM cuya velocidad de acceso es de 90 ms es infinitamente mejor cuando la realidad es que la diferencia es en la práctica inapreciable, por supuesto que cuanto más rápido sea un CD-ROM mejor, pero hay que tener en cuenta que precio estamos dispuestos a pagar por una característica que luego no vamos a apreciar.

Los primeros CD-ROM operaban a la misma velocidad que los CD de audio estándar: de 210 a 539 RPM dependiendo de la posición del cabezal, con lo que se obtenía una razón de transferencia de 150 KB/s velocidad con la que se garantizaba lo que se conoce como calidad CD de audio. No obstante, en aplicaciones de almacenamiento de datos interesa la mayor velocidad posible de transferencia para lo que es suficiente aumentar la velocidad de rotación del disco. Así aparecen los CD-ROM 2X, 4X,…. 24X,?X que simplemente duplican, cuadriplican, etc. la velocidad de transferencia.

La mayoría de los dispositivos de menor velocidad que 12X usan CLV, los más modernos y rápidos, no obstante, optan por la opción CAV. Al usar CAV, la velocidad de transferencia de datos varía según la posición que ocupen estos en el disco al permanecer la velocidad angular constante. Un aspecto importante al hablar de los CD-ROM de velocidades 12X o mayores es, a que nos referimos realmente cuando hablamos de velocidad 12X, dado que en este caso no tenemos una velocidad de transferencia 12 veces mayor que la referencia y esta ni siquiera es una velocidad constante. Cuando decimos que un CD-ROM CAV es 12X queremos decir que la velocidad de giro es 12 veces mayor en el borde del CD. Así un CD-ROM 24X es 24 veces más rápido en el borde pero en el medio es un 60% más lento respecto a su velocidad máxima.

  • CLV
Velocidad Velocidad de Transferencia
1x 150 KB/s
2x 300 KB/s
4x 600 KB/s
8x 1200 KB/s
10x 1500 KB/s
12x 1800 KB/s
  • CAV
Velocidad Velocidad Mínima Velocidad Máxima
16X 930KB/s 2400KB/s
20X 1170KB/s 3000KB/s
24X 1400KB/s 3600KB/s
32X 2100KB/s 4800KB/s

Tiempo de búsqueda

El tiempo de búsqueda se refiere al tiempo que lleva mover el cabezal de lectura hasta la posición del disco en la que están los datos. Solo tiene sentido hablar de esta magnitud en media ya que no es lo mismo alcanzar un dato que está cerca del borde que otro que está cerca del centro. Esta magnitud forma parte del tiempo de acceso que es un dato mucho más significativo. El tiempo de búsqueda tiene interés para entender los componentes del tiempo de acceso pero no tanto como magnitud en sí.

Tiempo de cambio de velocidad

En los CD-ROM de velocidad lineal constante (CLV), la velocidad de giro del motor dependerá de la posición que el cabezal de lectura ocupe en el disco, más rápido cuanto más cerca del centro. Esto implica un tiempo de adaptación para que este motor tome la velocidad adecuada una vez que conoce el punto en el que se encuentran los datos. Esto se suele conseguir mediante un microcontrolador que relaciona la posición de los datos con la velocidad de rotación.

En los CD-ROM CAV no tiene sentido esta medida ya que la velocidad de rotación es siempre la misma, así que la velocidad de acceso se verá beneficiada por esta característica y será algo menor; no obstante, se debe tener en cuenta que dado que los fabricantes indican la velocidad máxima para los CD-ROM CAV y esta velocidad es variable, un CD-ROM CLV es mucho más rápido que otro de la misma velocidad CAV cuanto más cerca del centro del disco.

Caché

La mayoría de los CD-ROM suelen incluir una pequeña cache cuya misión es reducir el número de accesos físicos al disco. Cuando se accede a un dato en el disco éste se graba en la cache de manera que si volvemos a acceder a él, éste se tomará directamente de esta memoria evitando el lento acceso al disco. Por supuesto cuanto mayor sea la caché mayor será la velocidad de nuestro equipo pero tampoco hay demasiada diferencia de velocidad entre distintos equipos por este motivo ya que esta memoria solo nos evita el acceso a los datos más recientes que son los que van sustituyendo dentro de la caché a los que llevan más tiempo y dada la característica, en cuanto volumen de información, de las aplicaciones multimedia nada nos evita el tener que acceder al dispositivo y como ya hemos explicado este es uno de los parámetros determinantes de la velocidad de este dispositivo. Obviamente, cuanto más caché tengamos mejor pero teniendo en cuenta el precio que estamos dispuestos a pagar por ella.

Tipos de CD

  • Mini-CD
  • CD-A
  • CD-ROM
  • CD-R
  • CD-RW
  • CD+G
  • VCD
  • MMCD

Unidad de CD

Lectora de CD

LectoraCD.PNG 

La lectora de CD, también llamada reproductor de CD, es el dispositivo óptico capaz de reproducir los CD de audio, de video, de datos, etc. utilizando un láser que le permite leer la información contenida en dichos discos.

El lector de discos compactos está compuesto de:

  • Un cabezal, en el que hay un emisor de rayos láser, que dispara un haz de luz hacia la superficie del disco, y que tiene también un fotorreceptor (foto-diodo) que recibe el haz de luz que rebota en la superficie del disco. El láser suele ser un diodo AlGaAs con una longitud de onda en el aire de 780 nm. (Cercano a los infrarrojos, nuestro rango de visión llega hasta aproximadamente 720 nm.) por lo que resulta una luz invisible al ojo humano, pero no por ello inocua. Ha de evitarse siempre dirigir la vista hacia un haz láser. La longitud de onda dentro del policarbonato es de un factor n=1.55 más pequeño que en el aire, es decir 500 nm.
  • Un motor que hace girar el disco compacto, y otro que mueve el cabezal radialmente. Con estos dos mecanismos se tiene acceso a todo el disco. El motor se encarga del CLV (Constant Linear Velocity), que es el sistema que ajusta la velocidad del motor de manera que su velocidad lineal sea siempre constante. Así, cuando el cabezal de lectura está cerca del borde el motor gira más despacio que cuando está cerca del centro. Este hecho dificulta mucho la construcción del lector pero asegura que la tasa de entrada de datos al sistema sea constante. La velocidad de rotación en este caso es controlada por un microcontrolador que actúa según la posición del cabezal de lectura para permitir un acceso aleatorio a los datos. Los CD-ROM, además permiten mantener la velocidad angular constante, el CAV (Constant Angular Velocity). Esto es importante tenerlo en cuenta cuando se habla de velocidades de lectura de los CD-ROM.
  • Un DAC, en el caso de los CD-Audio, y en casi todos los CD-ROM. DAC es Digital to Analogical Converter. Es decir un convertidor de señal digital a señal analógica, la cual es enviada a los altavoces. DAC’s también hay en las tarjetas de sonido, las cuales, en su gran mayoría, tienen también un ADC, que hace el proceso inverso, de analógico a digital.
  • Otros servosistemas, como el que se encarga de guiar el láser a través de la espiral, el que asegura la distancia precisa entre el disco y el cabezal, para que el laser llegue perfectamente al disco, o el que corrige los errores, etcétera.
 

Cabezal de un lector de CD-ROM: 1. Diodo láser, 2. Lentes, 3. Divisor de rayos, 4. Espejo (dirige el haz láser hacia arriba, donde está la lente de enfoque y finalmente el CD), 5. Fotodetector (fotodiodos), 6. Bus de datos, 7. Tapadera de plástico, 8. Imanes, 9. Bobinas (sirven para mover la lente de enfoque), 10. Cremallera y ranura (permiten la movilidad del cabezal en el ancho del CD-ROM).

Pasos que sigue el cabezal para la lectura de un CD:

  1. Un haz de luz coherente (láser) es emitido por un diodo de infrarrojos hacia un espejo que forma parte del cabezal de lectura, el cual se mueve linealmente a lo largo de la superficie del disco.
  2. La luz reflejada en el espejo atraviesa una lente y es enfocada sobre un punto de la superficie del CD
  3. Esta luz incidente se refleja en la capa de aluminio, atravesando el recubrimiento de policarbonato. La altura de los salientes (pits) es igual en todos y está seleccionada con mucho cuidado, para que sea justo de la longitud de onda del láser en el policarbonato. La idea aquí es que la luz que llega al llano (land) viaje 1/4 + 1/4 = 1/2 de la longitud de onda (en la figura se ve que la onda que va a la zona sin saliente hace medio período, rebota y hace otro medio período, lo que devuelve una onda desfasada medio período ½ cuando va a la altura del saliente), mientras que cuando la luz rebota en un saliente, la señal rebota con la misma fase y período pero en dirección contraria. Esto hace que se cumpla una propiedad de la óptico-física que dice una señal que tiene cierta frecuencia puede ser anulada por otra señal con la misma frecuencia, y misma fase pero en sentido contrario por eso la luz no llega al fotorreceptor, se destruye a sí misma. Se da el valor 0 a toda sucesión de salientes (cuando la luz no llega al fotorreceptor) o no salientes (cuando la luz llega desfasada ½ período, que ha atravesado casi sin problemas al haz de luz que va en la otra dirección, y ha llegando al fotorreceptor), y damos el valor 1 al cambio entre saliente y no saliente, teniendo así una representación binaria. (Cambio de luz a no luz en el fotorreceptor 1, y luz continua o no luz continua 0.)
  4. La luz reflejada se encamina mediante una serie de lentes y espejos a un fotodetector que recoge la cantidad de luz reflejada
  5. La energía luminosa del fotodetector se convierte en energía eléctrica y mediante un simple umbral el detector decidirá si el punto señalado por el puntero se corresponde con un saliente (pit) o un llano (land).

Grabación

Los discos ópticos presentan una capa interna protegida, donde se guardan los bits mediante distintas tecnologías, siendo que en todas ellas dichos bits se leen merced a un rayo láser incidente. Este, al ser reflejado, permite detectar variaciones microscópicas de propiedades óptico-reflectivas ocurridas como consecuencia de la grabación realizada en la escritura. Un sistema óptico con lentes encamina el haz luminoso, y lo enfoca como un punto en la capa del disco que almacena los datos.

Grabado durante la fabricación

Se puede grabar un CD por moldeado durante la fabricación.

Mediante un molde de níquel (CD-ROM), una vez creada un aplicación multimedia en el disco duro de una computadora es necesario transferirla a un soporte que permita la realización de copias para su distribución.

Las aplicaciones CD-ROM se distribuyen en discos compactos de 12 cm de diámetro, con la información grabada en una de sus caras. La fabricación de estos discos requiere disponer de una sala «blanca», libre de partículas de polvo, en la cual se llevan a cabo los siguientes procesos. Sobre un disco finamente pulido en grado óptico se aplica una capa de material fotosensible de alta resolución, del tipo utilizado en la fabricación de microchips. Sobre dicha capa es posible grabar la información gracias a un rayo láser. Una vez acabada la transcripción de la totalidad de la información al disco, los datos que contiene se encuentran en estado latente. El proceso es muy parecido al del revelado de una fotografía. Dependiendo de las zonas a las que ha accedido el láser, la capa de material fotosensible se endurece o se hace soluble al aplicarle ciertos baños. Una vez concluidos los diferentes baños se dispone de una primera copia del disco que permitirá estampar las demás. Sin embargo, la película que contiene la información y está adherida a la placa de vidrio es blanda y frágil, por lo cual se hace imprescindible protegerla mediante un fino revestimiento metálico, que le confiere a la vez dureza y protección. Finalmente, gracias a una combinación de procesos ópticos y electroquímicos, es posible depositar una capa de níquel que penetra en los huecos y se adhiere a la película metálica aplicada en primer lugar sobre la capa de vidrio. Se obtiene de este modo un disco matriz o «máster», que permite estampar a posterior miles de copias del CD-ROM en plástico. Una vez obtenidas dichas copias, es posible serigrafiar sobre la capa de laca filtrante ultravioleta de los discos imágenes e informaciones, en uno o varios colores, que permitan identificarlo. Todo ello, lógicamente, por el lado que no contiene la información. La fabricación de los CD-ROMs de una aplicación multimedia concluye con el estuchado de los discos, que es necesario para protegerlos de posibles deterioros. Al estuche se añade un cuadernillo que contiene las informaciones relativas a la utilización de la aplicación. Finalmente, la envoltura de celofán garantiza al usuario que la copia que recibe es original. Estos procesos de fabricación permiten en la actualidad ritmos de producción de hasta 600 unidades por hora en una sola máquina.

Grabación por acción de láser

DVD CD pits.PNG

Otro modo de grabación es por la acción de un haz láser (CD-R y CD-RW, también llamado CD-E).

Para esto la grabadora crea unos pits y unos lands cambiando la reflectividad de la superficie del CD. Los pits son zonas donde el láser quema la superficie con mayor potencia, creando ahí una zona de baja reflectividad. Los lands, son justamente lo contrario, son zonas que mantienen su alta reflectividad inicial, justamente porque la potencia del láser se reduce.

Según el lector detecte una secuencia de pits o lands, tendremos unos datos u otros. Para formar un pit es necesario quemar la superficie a unos 250º C. En ese momento, el policarbonato que tiene la superficie se expande hasta cubrir el espacio que quede libre, siendo suficientes entre 4 y 11 mW para quemar esta superficie, claro que el área quemada en cada pit es pequeñísima.

Esto es posible ya que es una superficie algo “especial”. Está formada en esencia por plata, teluro, indio y antimonio. Inicialmente (el disco está sin nada, completamente vacío de datos…) esta superficie tiene una estructura policristalina o de alta reflectividad. Si el software le “dice” a la grabadora que debe simular un pit, entonces lo que hará será aumentar con el láser la temperatura de la superficie hasta los 600 o 700 °C, con lo que la superficie pasa a tener ahora una estructura no cristalina o de baja reflectividad. Cuando debe aparecer un land, entonces se baja la potencia del láser para dejar intacta la estructura policristalina.

Para borrar el disco se quema la superficie a unos 200 °C durante un tiempo prolongado (de 20 a 40 minutos) haciendo retornar todo este “mejunge” a su estado cristalino inicial. En teoría deberíamos poder borrar la superficie unas 1000 veces, más o menos, aunque con el uso lo más probable es que se estropee el CD y tengas que tirarlo antes de poder usarlo tantas veces.

Grabación por acción de láser y un campo magnético

El último medio de grabación de un cd es por la acción de un haz láser en conjunción con un campo magnético (discos magneto-ópticos – MO).

Los discos ópticos tienen las siguientes características, confrontadas con los discos magnéticos:

Los discos ópticos, además de ser medios removibles con capacidad para almacenar masivamente datos en pequeños espacios -por lo menos diez veces más que un disco rígido de igual tamaño- son portátiles y seguros en la conservación de los datos (que también permanecen si se corta la energía eléctrica). El hecho de ser portables deviene del hecho de que son removibles de la unidad.

Grabado multisesión

Desde hace tiempo han surgido programas computacionales para grabar CD que nos permiten utilizar un disco CD-R como si de un disco regrabable se tratase. Esto no quiere decir que el CD se pueda grabar y posteriormente borrar, sino que se puede grabar en distintas sesiones, hasta ocupar todo el espacio disponible del CD. Los discos multisesión no son más que un disco normal grabable, ni en sus cajas, ni en la información sobre sus detalles técnicos se resalta que funcione como disco Multisesión, ya que esta función no depende del disco, sino como está grabado.

Si se graba un CD y este no es finalizado, podemos añadirle una nueva sesión, desperdiciando una parte para separar las sesiones (unos 20 MB aproximadamente). Haremos que un CD sea multisesión en el momento que realizamos la segunda grabación sobre él, este o no finalizado, sin embargo, al grabar un CD de música automáticamente el CD-R queda finalizado y no puede ser utilizado como disco Multisesión.

No todos los dispositivos ni los sistemas operativos, son capaces de reconocer un disco con multisesión, o que no esté finalizado.

Diferencias entre CD-R multisesión y CD-RW

Puede haber confusión entre un CD-R con grabado multisesión y un CD-RW. En el momento en que un disco CD-R se hace multisesión, el software le dará la característica de que pueda ser utilizado en múltiples sesiones, es decir, en cada grabación se crearán «sesiones», que sólo serán modificadas por lo que el usuario crea conveniente. Por ejemplo, si se ha grabado en un CD-R los archivos prueba1.txt, prueba2.txt y prueba 3.txt, se habrá creado una sesión en el disco que será leída por todos los reproductores y que contendrá los archivos mencionados. Si en algún momento no se necesita alguno de los ficheros o se modifica el contenido de la grabación, el programa software creará una nueva sesión, a continuación de la anterior, donde no aparecerán los archivos que no se desee consultar, o se verán las modificaciones realizadas, es decir, es posible añadir más archivos, o incluso quitar algunos que estaban incluidos. Al realizar una modificación la sesión anterior no se borrará, sino que quedará oculta por la nueva sesión dando una sensación de que los archivos han sido borrados o modificados, pero en realidad permanecen en el disco.

Obviamente las sesiones anteriores, aunque aparentemente no aparecen permanecen en el disco y están ocupando espacio en el mismo, esto quiere decir que algún día ya no será posible «regrabarlo», modificar los archivos que contiene, porque se habrá utilizado toda la capacidad del disco.

A diferencia de los CD-R, los discos CD-RW sí pueden ser borrados, o incluso formateados (permite usar el disco, perdiendo una parte de su capacidad, pero permitiendo grabar en el ficheros nuevos). En el caso de utilizar un CD-RW cuando borramos, lo borramos completamente, se pueden hacer también borrados parciales, que necesitan una mayor potencia del láser para volver a grabarse. Un disco CD-RW se puede utilizar como un disquete, con software adecuado, siempre que la unidad soporte esta característica, se pueden manipular ficheros como en un disquete, con la salvedad de que no se borra, sino que al borrar un fichero este sigue ocupando un espacio en el disco, aunque al examinarlo no aparezca dicho archivo. Los discos CD-RW necesitan más potencia del láser para poder grabarse, por esta razón los discos regrabables tienen una velocidad de grabación menor que los discos grabables (tardan más en terminar de grabarse).

Los DVD-RW, DVD+RW funcionan de manera análoga, los DVD-RAM también, pero están diseñados para escritura como con los disquetes.

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Láser de punto cuántico

Un láser de punto cuántico es un láser semiconductor que usa puntos cuánticos como el medio activo en su región de emisión de luz. Debido al apretado confinamiento de los portadores de carga en los puntos cuánticos, exhiben una estructura electrónica similar a la de los átomos. Los láseres fabricados con medios tan activos exhiben un comportamiento bastante cercano a los láseres de gas, pero no presentan algunos de los inconvenientes asociados a los tradicionales láseres de semiconductores basados en medios activos sólidos o de pozo cuántico. Se han observado mejoras en la modulación de ancho de banda, umbral de excitación, ruido relativo de intensidad, factor de realce de ancho de línea y estabilidad con la temperatura. La región activa del punto cuántico puede diseñarse para operar con diferentes longitudes de onda variando el tamaño y la composición del punto cuántico. Esto permite que este tipo de láser pueda fabricarse para operar en longitudes de onda imposibles de obtenerse con la tecnología de láser semiconductor actual.

Recientemente, los dispositivos basados en medios activos de punto cuántico están encontrando aplicaciones comerciales en la medicina (bisturí láser, tomografía de coherencia óptica), tecnologías de exhibición de imágenes (proyección, TV láser), espectroscopía y telecomunicaciones. Con esta tecnología, se ha desarrollado un láser de punto cuántico de hasta 10 Gbit/s para uso en comunicaciones ópticas de datos y redes ópticas que es insensible a la fluctuación de temperatura. El láser es capaz de operar a alta velocidad en longitudes de onda de 1.3 μm, en un rango de temperaturas de entre 20 °C y 70 °C. Trabaja en sistemas ópticos de transmisión de datos, LANs ópticos y sistemas de Red de Área Metropolitana. En comparación al desempeño de los láseres de pozo cuántico tensado convencionales del pasado, el nuevo láser de punto cuántico alcanza una estabilidad ante la temperatura perceptiblemente más alta.

Punteros láser

Un puntero láser es un láser pequeño diseñado para resaltar algo de interés al proyectar un pequeño punto brillante de luz de colores sobre el mismo. La mayoría de punteros láser tienen un poder tan bajo que el haz proyectado presenta un riesgo mínimo para los ojos en caso de exposición accidental. El rayo láser no es visible directamente, sino como resultado de la luz dispersada por las partículas de polvo a lo largo de la trayectoria del haz. El ancho del haz en los típicos punteros de media y baja potencia de los punteros láser típicos hace que el haz invisible en un ambiente razonablemente limpio, muestre un punto de luz al golpear una superficie opaca. Algunos más punteros láser son impulsados apenas visibles a través de la dispersión de Rayleigh, visto desde el lado moderado a condiciones de poca luz.

Contenido

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Tipos de puntero láser

Los primeros punteros láser fueron los de helioneón (He-Ne), láseres de gas y su radiación láser generado era de 633 nanómetros (nm), por lo general destinadas a producir un rayo láser con una potencia de salida que no supera 1 milivatio (mW). Los punteros láser menos costosos utilizan un diodo de láser rojo profundo, cerca de 670/650 nanómetros (nm) de longitud de onda. Un poco más caros utilizan un diodo rojo naranja-635 nm, haciéndolos más fácilmente visibles que sus homólogos de 670 nm, debido a la mayor sensibilidad del ojo humano a 635 nm. Otros colores también son posibles, con el láser verde de 532 nm siendo la alternativa más común. En los últimos años, los punteros láser color amarillo-naranja, en 593,5 nm, han sido puestos a disposición. En septiembre de 2005, la computadora de mano punteros láser azul a 473 nm, también se han hecho disponibles. Muy recientemente, el láser blu-ray/violet a 405 nm también se han hecho disponibles.

El brillo aparente en un lugar de un rayo láser no sólo depende de la potencia óptica del láser y la reflectividad de la superficie, sino también sobre la respuesta cromática del ojo humano. Por la misma potencia óptica, el láser verde parece más brillante que otros colores porque el ojo humano es más sensible a bajos niveles de luz en la región verde del espectro (longitud de onda de 520 a 570 nm). Disminuye la sensibilidad para longitudes de onda más rojas o azules.

La potencia de salida de un puntero láser se mide generalmente en milivatios (mW). En los EE.UU., los láseres se clasifican por el American National Standards Institute[1] y por la Food and Drug Administration (FDA). Punteros láser visibles (400-700 nm) que operan a menos de 1 MW de potencia son clase 2 o II y punteros láser visibles de funcionamiento con 1-5 mW de potencia son clase 3R o IIIa. Clase de láser 3B/IIIb (en funcionamiento entre 5-500 mW) y clase 4/IV láser (que funcionan por encima de 500 mW) no pueden ser legalmente promovidos como punteros láser.[2]

Peligros

Láser puntos (longitud de onda: 650, 532, 405 nm)

La salida de los punteros láser a disposición del público en general varía de un país a fin de evitar daños accidentales a la retina de los ojos humanos. La FDA de los EE.UU. determinó que la clase láser III podría provocar lesiones a los ojos si la ve directamente por aproximadamente 0,25 segundos, aunque se ha citado la evidencia de que la exposición a los rayos láser visible es “generalmente” limitada por el reflejo de parpadeo del ojo, que se han programado en estudios recientes, justo por debajo de 0.25 segundos.[3] Más muestran que el riesgo para el ojo humano de una exposición accidental a la luz disponible en el comercio de los punteros láser de clase III a los poderes hasta 5 MW, parece más bien pequeño, por lo general la participación deliberada de la mirada fija en la viga de 10 segundo o más.[4][5] La visualización de un puntero láser durante más de 10 segundos puede ser perjudicial, sin embargo[6][4] la Agencia de Protección de la Salud del Reino Unido advierte del peligro de alta potencia (más de 5 milivatios) típicamente los punteros láser verdes están disponibles en Internet, con poderes de rayo láser a unos pocos cientos de milivatios, ya que son “extremadamente peligrosos y no aptos para la venta al público.”[7]

Reglamento y uso indebido

Dado que los punteros láser se convirtieron fácilmente disponibles, han sido mal utilizados, que conducieron a la elaboración de leyes y reglamentos específicamente referidos a la utilización de dichos láseres. Su gran alcance hace que sea difícil encontrar el origen de un punto láser. En algunas circunstancias hacen que el miedo de la gente crea que están siendo atacados por las armas, ya que son indistinguibles los puntos láser en las retículas. Su luz es muy brillante, un pequeño lugar permite deslumbrar y distraer a los conductores y pilotos de aeronaves, y puede ser peligroso para la vista si es destinado a los ojos.

En enero de 2005, un hombre de Nueva Jersey fue arrestado por apuntar un puntero láser verde en un avión pequeño volando.

En 2008, los punteros láser tenían como objetivo a los ojos de los jugadores en una serie de partidos de todo el mundo del deporte. Olympique Lyonnais, fue multado por la UEFA debido a que un puntero láser fue dirigido por un fan del Lyon a Cristiano Ronaldo. En las eliminatorias de la FIFA, el último partido celebrado en Riad, Arabia Saudita entre el equipo local y el equipo de Corea del Sur, el arquero coreano Lee Woon-Jae fue golpeado en el ojo con un rayo láser verde.

A pesar de las leyes que limitan la salida de los punteros láser en algunos países (como Estados Unidos y Australia), el aumento de los dispositivos de poder se producen actualmente en otras regiones (especialmente en China y Hong Kong), y con frecuencia son importados por los clientes que compren directamente a través de correo en Internet. La legalidad de dichas operaciones no siempre es clara, por lo general, el láser se vende como la investigación o dispositivos OEM (que no están sujetos a las restricciones de la misma potencia), con una advertencia de que no se van a utilizar como punteros. Vídeos de bricolaje son también a menudo publicados en sitios de intercambio de vídeo en Internet como YouTube que explican cómo hacer que un puntero láser de alta potencia usando el diodo de una grabadora de disco óptico. A medida que la popularidad de estos dispositivos de aumento, los fabricantes (principalmente de China) comenzaron a fabricar similares punteros de alta potencia. La FDA de EE.UU. ha publicado una advertencia sobre los peligros de estos láseres de alta potencia. A pesar de las denuncias, los láseres son con frecuencia vendidos en envoltorios para punteros láser. Los láseres de este tipo no pueden incluir características de seguridad, a veces se encuentra en los módulos de láser vendidos para fines de investigación.

Australia

En abril de 2008, tras una serie de ataques coordinados contra aviones de pasajeros en Sydney, el gobierno australiano anunció que iba a restringir la venta y la importación de determinados productos láser. El gobierno todavía tiene que determinar qué clases de punteros láser para su prohibición. Después de algún debate, el gobierno de Australia votó a favor de emitir una prohibición nacional de importación de los láseres que emiten un haz más fuerte que 1 mW, que fue eficaz en 1 de julio 2008. Aquellos cuyas profesiones requieren el uso de un láser se puede solicitar una exención.

En Victoria, Nueva Gales del Sur, y en Canberra Australian Capital Territory, un puntero láser con un límite de emisiones de acceso superior a 1 mW está clasificada como un arma prohibida y la venta de esos artículos deben ser registrados. En Australia Occidental los cambios de reglamentación han clasificados los punteros láser como armas de control y la demostración de una razón legal para la posesión es necesario. Además, el Gobierno del Estado ha prohibido a partir de 2000 la fabricación, venta y posesión de punteros láser de clase superior a 2. En Nueva Gales del Sur y Canberra Australian Capital Territory, el estándar de seguridad de los productos para los punteros láser prescribe que debe ser una clase 1 o de un producto láser de clase 2.

En febrero de 2009, un jugador de críquet sudafricano Wayne Parnell le fue dirigido a los ojos un puntero láser cuando trató de tomar una captura y se dejó caer. Negó que se trataba de una razón para dejar caer la pelota, pero a pesar de esto, el MCG decidió mantener un ojo para los punteros láser.

Canadá

No existen regulaciones de control de la importación y venta de punteros láser se ha establecido en Canadá hasta la fecha, a excepción de la regulación federal que los fabricantes cumplen con los dispositivos emisores de ley de radiación. En noviembre de 2008 sólo una persona ha sido acusada en virtud de la Ley de Aeronáutica, que conlleva una pena máxima de 100.000 dólares y cinco años de prisión, por tratar de cegar a un piloto con un láser. Otros cargos que pudiera imputarles incluyen daño y asalto.

Estados Unidos

Los punteros láser son de clase II o de dispositivos de clase IIIa, con potencia de salida de haz menos de 5 milivatios (<5 MW). Según EE.UU. Food and Drug Administration (FDA) de los reglamentos, los láseres más poderosos no pueden ser vendidos o promovidos como punteros láser. Además, cualquier láser de clase superior IIIa (más de 5 milivatios) requiere una clave de bloqueo del interruptor y otras características de seguridad.

Todos los productos láser que ofrece en el comercio en los EE.UU. deben registrarse con la FDA, independientemente de la potencia de salida.

En Utah es un delito menor de clase C apuntar un puntero láser a un oficial de la ley y es una infracción apuntar un puntero láser a un vehículo en movimiento.

El 2 de noviembre de 2009, Dana Christian Welch del Sur de California fue sentenciado a 2,5 años en una prisión federal tras ser declarado culpable por apuntar una luz láser a los ojos de dos pilotos de diferentes aterrizajes de aviones Boeing en el aeropuerto John Wayne.

Países Bajos

Desde 1998, la clase permitida de punteros láser ha sido de 2, antes de 1998, se le permitió 3a clase.

Reino Unido

En Reino Unido y en mayor parte de Europa se han armonizado en la clase 2 (<1 mW) para consejos sobre el uso de láser de presentación general o punteros láser. No hay leyes específicas del Reino Unido en relación con los punteros láser, sin embargo, en salud y seguridad insisten en la regulación sobre el uso de la clase 2 en cualquier lugar que el público puede entrar en contacto con la luz láser, y la DTI ha hecho normas comerciales a utilizar sus facultades en el General Product Safety Regulations 2005 para eliminar los láseres por encima de la clase 2 en el mercado en general.

Diodos láser

El diodo láser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo las condiciones adecuadas emite luz láser. A veces se los denomina diodos láser de inyección, o por sus siglas inglesas LD o ILD.

Cuando un diodo convencional o LED se polariza en directa, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo. Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse cayendo el electrón al hueco y emitiendo un fotón con la energía correspondiente a la banda prohibida (véase semiconductor). Esta emisión espontánea se produce normalmente en los diodos semiconductores, pero sólo es visible en algunos de ellos (como los LEDs), que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y habitualmente una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible; en otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En condiciones apropiadas, el electrón y el hueco pueden coexistir un breve tiempo, del orden de nanosegundos, antes de recombinarse, de forma que si un fotón con la energía apropiada pasa por casualidad por allí durante ese periodo, se producirá la emisión estimulada (véase láser), es decir, al producirse la recombinación el fotón emitido tendrá igual frecuencia, polarización y fase que el primer fotón.

En los diodos láser, para favorecer la emisión estimulada y generación de luz láser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lámina delgada con un lado totalmente reflectante y otro sólo reflectacte de forma parcial (aunque muy reflectacte también), lográndose así una unión PN de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la unión PN guardan una estrecha relación con la longitud de onda a emitir. Este conjunto forma una guía de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la dirección adecuada se reflejarán repetidamente en dichas caras reflectantes (en una totalmente y en la otra sólo parcialmente), lo que ayuda a su vez a la emisión de más fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz (mientras dure el bombeo derivado de la circulación de corriente por el diodo). Parte de estos fotones saldrán del diodo láser a través de la cara parcialmente transparente (la que es sólo reflectante de forma parcial). Este proceso da lugar a que el diodo emita luz, que al ser coherente en su mayor parte (debido a la emisión estimulada), posee una gran pureza espectral. Por tanto, como la luz emitida por este tipo de diodos es de tipo láser, a estos diodos se los conoce por el mismo nombre.

Ventajas

  • Son muy eficientes.
  • Son muy fiables.
  • Tienen tiempos medios de vida muy largos.
  • Son económicos.
  • Permiten la modulación directa de la radiación emitida, pudiéndose modular a décimas de Gigahercio.
  • Su volumen y peso son pequeños.
  • El umbral de corriente que necesitan para funcionar es relativamente bajo.
  • Su consumo de energía es reducido (comparado con otras fuentes de luz)
  • El ancho de banda de su espectro de emisión es angosto (puede llegar a ser de sólo algunos kHz)

Algunas aplicaciones

  • Comunicaciones de datos por fibra óptica.
  • Lectores de CDs, DVDs, Blu-rays, HD DVDs, entre otros.
  • Interconexiones ópticas entre circuitos integrados.
  • Impresoras láser.
  • Escáneres o digitalizadores.
  • Sensores.
  • Armas láser.

Aplicaciones del láser

Cuando se inventaron, en 1960, los láseres se calificaron como “una solución a la espera de un problema”. Desde entonces, se han vuelto omnipresentes y actualmente pueden encontrarse en miles de aplicaciones, en campos muy variados, como la electrónica de consumo, la tecnología de la información, la investigación científica, la medicina, la industria y el sector militar.

En muchas aplicaciones, los beneficios de los láseres se deben a sus propiedades físicas, como la coherencia, la monocromaticidad y la capacidad de alcanzar potencias extremadamente altas. A modo de ejemplo, un haz láser muy coherente puede enfocarse por debajo de su límite de difracción que, a longitudes de onda visibles, corresponde solamente a unos pocos nanómetros. Cuando se enfoca un haz de láser potente en un punto, éste recibe una enorme densidad de energía.[7] Esta propiedad permite al láser grabar gigabytes de información en las microscópicas cavidades de un CD, DVD o Blu-ray. También permite a un láser de media o baja potencia alcanzar intensidades muy altas y usarlo para cortar, quemar o incluso sublimar materiales.

El rayo láser se emplea en el proceso de fabricación de grabar o marcar metales, plásticos y vidrio. Otros usos de este son:

  • Diodos láser, usados en punteros láser, impresoras laser, y reproductores de CD, DVD, Blu-Ray, HD-DVD;
  • Láser de punto cuántico
  • Láser de helio-neón
  • Láser de dióxido de carbono – usado en industria para corte y soldado
  • Láser excimer, que produce luz ultravioleta y se utiliza en la fabricación de semiconductores y en la cirugía ocular Lasik;
  • Láser neodimio-YAG, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja; se utiliza para cortar, soldar y marcar metales y otros materiales.
  • YAG dopado con erbio, 1645 nm
  • YAG dopado con tulio, 2015 nm
  • YAG dopado con holmio, 2090 nm, un láser de alto poder que opera con luz infrarroja, es absorbido de manera explosiva por tejidos impregnados de humedad en secciones de menos de un milímetro de espesor. Generalmente opera en modo pulsante y pasa a través de dispositivos quirúrgicos de fibra óptica. Se utiliza para quitar manchas de los dientes, vaporizar tumores cancerígenos y deshacer cálculos renales y vesiculares.
  • Láser de Zafiro dopado con Titanio, es un láser infrarrojo fácilmente sintonizable que se utiliza en espectroscopía.
  • Láser de fibra dopada con erbio, un tipo de láser formado de una fibra óptica especialmente fabricada, que se utiliza como amplificador para comunicaciones ópticas.
  • Láser de colorante, formados por un colorante orgánico operan en el UV-VIS de modo pulsado, usados en espectroscopia por su fácil sintonización y su bajo precio.

Algunas aplicaciones del Láser en la vida cotidiana son:

  • Medicina: Operaciones sin sangre, tratamientos quirúrgicos, ayudas a la cicatrización de heridas, tratamientos de piedras en el riñón, operaciones de vista, operaciones odontológicas.
  • Industria: Cortado, guiado de maquinaria y robots de fabricación, mediciones de distancias precisas mediante láser.
  • Defensa: Guiado misiles balísticos, alternativa al Radar, cegado a las tropas enemigas. En el caso del Tactical High Energy Laser se está empezando a usar el láser como destructor de blancos.
  • Ingenieria Civil: Guiado de máquinas tuneladoras en túneles, diferentes aplicaciones en la topografía como mediciones de distancias a lugares inaccesibles o realización de un modelo digital del terreno (MDT).
  • Arquitectura: catalogación de Patrimonio.
  • Arqueológico: documentación.
  • Investigación: Espectroscopía, Interferometría láser, LIDAR, distanciometría.
  • Desarrollos en productos comerciales: Impresoras láser, CD, lectores de código de barras, punteros láser, termómetros, hologramas, aplicaciones en iluminación de espectáculos.
  • Tratamientos cosméticos y cirugía estética: Tratamientos de Acné, celulitis, tratamiento de las estrías, depilación.

Clasificación de láseres según UNE EN 60825-1 /A2-2002

Según la peligrosidad de los láseres y en función del Límite de Emisión Accesible (LEA) se pueden clasificar los láseres en las siguientes categorías de riesgo:

  • Clase 1 Seguros en condiciones razonables de utilización.
  • Clase 1M Como la Clase 1, pero no seguros cuando se miran a través de instrumentos ópticos como lupas o binoculares.
  • Clase 2 Láseres visibles (400 a 700 nm). Los reflejos de aversión protegen el ojo aunque se utilicen con instrumentos ópticos.
  • Clase 2M Como la Clase 2, pero no seguros cuando se utilizan instrumentos ópticos.
  • Clase 3R Láseres cuya visión directa es potencialmente peligrosa pero el riesgo es menor y necesitan menos requisitos de fabricación y medidas de control que la Clase 3B.
  • Clase 3B La visión directa del haz es siempre peligrosa, mientras que la reflexión difusa es normalmente segura.
  • Clase 4 La exposición directa de ojos y piel siempre es peligrosa y la reflexión difusa normalmente también. Pueden originar incendios.

Procesos para la generación del láser

Los láseres constan de un medio activo capaz de generar el láser. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.

Bombeo

En el láser el bombeo puede ser eléctrico u óptico, mediante tubos de flash o luz. Puede provocarse mediante una fuente de radiación como una lámpara, el paso de una corriente eléctrica, o el uso de cualquier otro tipo de fuente energética que provoque una emision

Resonador óptico

Está compuesto por dos espejos que logran la amplificación y a su vez crean la luz laser. Dos tipos de resonadores: Resonador estable, emite un único haz laser, y Resonador Inestable, emite varios haces.

[editar] Emisión estimulada de radiación

La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma, sino que también “amplifica” la emisión de luz, ya que por cada fotón que incide sobre un átomo excitado se genera otro fotón.

Absorción

Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita a un estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiaci

Historia del láser

En 1916, Albert Einstein estableció los fundamentos para el desarrollo de los láseres y 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 1928 Rudolf Landenburg informó haber obtenido la primera evidencia del fenómeno de emisión estimulada de radiación, aunque no pasó de ser una curiosidad de laboratorio, por lo que la teoría fue olvidada hasta después de la Segunda Guerra Mundial, cuando fue demostrada definitivamente por Willis Eugene Lamb y R. C. Rutherford.

En 1953, Charles H. Townes y los estudiantes de postgrado James P. Gordon y Herbert J. Zeiger construyeron el primer máser: un dispositivo que funcionaba con los mismos principios físicos que el láser pero que produce un haz coherente de microondas. El máser de Townes era incapaz de funcionar en continuo. Nikolái Básov y Aleksandr Prójorov de la Unión Soviética trabajaron independientemente en el oscilador cuántico y resolvieron el problema de obtener un máser de salida de luz continua, utilizando sistemas con más de dos niveles de energía. Townes, Básov y Prójorov compartieron el Premio Nobel de Física en 1964 por “los trabajos fundamentales en el campo de la electrónica cuántica”, los cuales condujeron a la construcción de osciladores y amplificadores basados en los principios de los máser-láser.

El primer láser es uno de rubí y funcionó por primera vez el 16 de mayo de 1960. Fue construido por Theodore Maiman. El hecho de que sus resultados se publicaran con algún retraso en Nature, dio tiempo a la puesta en marcha de otros desarrollos paralelos.[2][3] Por este motivo, Townes y Arthur Leonard Schawlow también son considerados inventores del láser, el cual patentaron en 1960. Dos años después, Robert Hall inventa el láser semiconductor. En 1969 se encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos y, al año siguiente Gordon Gould patenta otras muchas aplicaciones prácticas para el láser.

El 16 de mayo de 1980, un grupo de físicos de la Universidad de Hull liderados por Geoffrey Pret registran la primera emisión láser en el rango de los rayos X. Pocos meses después se comienza a comercializar el disco compacto, donde un haz láser de baja potencia “lee” los datos codificados en forma de pequeños orificios (puntos y rayas) sobre un disco óptico con una cara reflectante. Posteriormente esa secuencia de datos digital se transforma en una señal analógica permitiendo la escucha de los archivos musicales. En 1984, la tecnología desarrollada comienza a usarse en el campo del almacenamiento masivo de datos. En 1994 en el Reino Unido, se utiliza por primera vez la tecnología láser en cinemómetros para detectar conductores con exceso de velocidad. Posteriormente se extiende su uso por todo el mundo.

Ya en el siglo XXI, científicos de la Universidad de St. Andrews crean un láser que puede manipular objetos muy pequeños. Al mismo tiempo, científicos japoneses crean objetos del tamaño de un glóbulo rojo utilizando el láser. En 2002, científicos australianos “teletransportan” con éxito un haz de luz láser de un lugar a otro.[4] Dos años después el escáner láser permite al Museo Británico efectuar exhibiciones virtuales.[5] En 2006, científicos de la compañía Intel descubren la forma de trabajar con un chip láser hecho con silicio abriendo las puertas para el desarrollo de redes de comunicaciones mucho más rápidas y eficientes.[6]

Enfriamiento mediante láser

Cuando pensamos en los rayos láser, asumimos que siempre generan calor allá donde incidan. Ahora, un equipo de físicos de la Universidad de Yale ha usado los rayos láser para un propósito del todo diferente: enfriar moléculas hasta temperaturas que se acercan a lo que se conoce como el Cero Absoluto, aproximadamente 273 grados Celsius bajo cero.

Este nuevo método para enfriar empleando el láser es un paso importante hacia la meta final de usar moléculas individuales como bits de información en la computación cuántica.

Actualmente, los científicos utilizan átomos individuales o bien las estructuras denominadas “átomos artificiales”, como qubits, o bits cuánticos, en sus esfuerzos por desarrollar procesadores cuánticos. Sin embargo, los átomos individuales no se comunican tan bien entre sí como se necesita para la comunicación entre los qubits. Y por otro lado, los átomos artificiales, que sí se comunican bien entre sí, son tan grandes que tienden a recoger las interferencias del mundo exterior. En computación cuántica y otras áreas científicas, un átomo artificial es un dispositivo hecho de miles de millones de átomos, diseñado para comportarse como si fuese un único átomo.

Aquí entran en escena las moléculas, que podrían resultar un término medio ideal entre átomos verdaderos y átomos artificiales.

Para usar moléculas como qubits, los físicos primero tienen que ser capaces de controlarlas y manipularlas debidamente, algo muy difícil ya que las moléculas por regla general no pueden ser cogidas o movidas sin perturbar sus propiedades cuánticas. Además, incluso a temperatura ambiente, las moléculas tienen mucha energía cinética que las hace girar y vibrar.

Con el fin de superar este problema, el equipo del físico David DeMille de la Universidad de Yale empujó las moléculas utilizando un leve impacto producido por una corriente constante de fotones, o partículas de luz, emitidas por un láser. Usando haces láser para golpear las moléculas desde direcciones opuestas, fueron capaces de reducir las velocidades de los movimientos de las moléculas.

Las técnicas láser de este tipo son conocidas como enfriamiento por láser, porque la temperatura es una medida directa de las velocidades del movimiento de un grupo de moléculas. Reducir los movimientos de las moléculas hasta dejarlas casi inmóviles es equivalente a bajar sus temperaturas hasta casi el Cero Absoluto.

Aunque previamente, ya se había logrado enfriar átomos individuales usando rayos láser, el trabajo del equipo de la Universidad de Yale representa la primera vez que utilizando luz láser se ha logrado enfriar moléculas con éxito.

¿Qué es el láser?

Un láser (de la sigla inglesa LASER: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.