El láser y sus 52 años de revolución - Víctor Ulises Lev Contreras Loera | La Crónica de Hoy
Facebook Twitter Youtube Lunes 11 de Abril, 2016

Víctor Ulises Lev Contreras Loera

El láser y sus 52 años de revolución

El láser, poco después de su invención en 1960, cuenta con una amplia variedad de aplicaciones convirtiéndose hoy en día en un dispositivo esencial en campos tan variados de nuestra vida cotidiana. Aplicaciones que van desde un simple apuntador láser en una conferencia, un lector de audio o video (como un reproductor de dvd´s o blu ray) hasta aplicaciones capaces de hacer cortes quirúrgicos en un quirófano en cuestión de segundos y con una precisión milimétrica inigualable son prueba fehaciente de su gran potencial práctico.
Para describirlo de manera simple: un láser es un dispositivo que genera luz intensa, monocromática, altamente concentrada y ordenada o en otras palabras, un láser representa un amplificador de luz con características muy especiales. Sabemos que no existe algo capaz de viajar más rápido que la luz, cuya velocidad es de 300 000 000 m/s. Para darnos una idea de qué tan rápida es, con esta velocidad, por ejemplo, Superman le daría siete vueltas al planeta Tierra en poco menos de un segundo. Si además de esta súper velocidad, añadimos una dirección única a la luz emergente de un láser, el dispositivo es capaz de producir una gran cantidad de energía contenida en un “cilindro de luz” y dirigirla a cualquier lugar en prácticamente un instante (¡por eso es tan peligroso apuntar un láser a tu ojo!).
La ablación láser y la técnica LIBS. El desarrollo de láseres de alta potencia, sobre todo pulsados (láseres que emiten “paquetes” de luz en forma periódica, y no de forma continua como un apuntador láser), permitió alcanzar potencias capaces de “romper” cualquier tipo de material.
Cuando una gran cantidad de energía en forma de luz se enfoca, por ejemplo, sobre la cara de una moneda a través de una lente (de manera similar en la que una lupa concentra los rayos del sol sobre un trozo de madera para encender una fogata) la energía del láser se concentra en un área específica donde se genera una pequeña explosión desprendiendo electrones, átomos, moléculas y pequeños trozos de dicha moneda.
La interacción de un pulso láser con la materia es un proceso muy complicado (y aún estudiado por los científicos) en el que intervienen principalmente procesos de fundición (en el caso de un material sólido), evaporación, y eyección de partículas ya mencionadas. En este proceso al que los científicos llaman ablación láser, se produce una chispa similar a la que aparece cuando se golpean dos piedras para encender una fogata en tu campamento de verano. En la ablación láser, la chispa se produce principalmente por colisiones entre las partículas desprendidas de la superficie ya que todos los elementos de la tabla periódica emiten luz cuando son excitados de manera conveniente; lo que hace posible analizar la moneda y obtener una especie de huella digital o código de barras que nos indique de qué elementos o átomos está compuesta. Debido a que la energía por unidad de área necesaria para ablacionar un material es extremadamente alta, la ablación laser puede aplicarse a cualquier material sin importar su estado de agregación (sólido, líquido o gaseoso).
En dimensiones mucho mayores, el lector podría comparar a la ablación láser con el choque de un asteroide con la superficie lunar, fenómeno que desprende una gran cantidad de polvo y rocas en el área de impacto dejando un cráter como evidencia del choque.
LIBS (por su acrónimo en inglés Láser Induced Breakdown Spectroscopy o bien, Espectroscopia de Rompimiento Inducido por Láser) es una técnica basada en la detección adecuada de la luz emitida por los átomos desprendidos de un material debido a la ablación producida por un láser pulsado de alta potencia, lo que permite determinar la composición química del material analizado. La ablación láser en la técnica LIBS produce daños menores a una millonésima parte de gramo del material (algo así como el peso de un grano de arena de playa), lo que pasa prácticamente desapercibido para nuestras básculas.
Más aún, el pequeño cráter producido en la superficie del material analizado en general es tan pequeño que necesitaríamos la ayuda de un microscopio para medirlo ya que su diámetro cabria hasta 10 veces entre dos de las líneas más pequeñas de una regla escolar graduada en milímetros (Imagen 3).
Aplicaciones de LIBS. Desde la primera aplicación del láser como técnica de ablación (en 1962) hasta la fecha, la técnica LIBS ha crecido a pasos agigantados dejando su huella en aplicaciones industriales, militares, médicas y de seguridad social por mencionar algunas. Por ejemplo, la técnica LIBS es capaz de detectar e identificar partículas tóxicas y contaminantes presentes en el aire y en alimentos que ingerimos. Inclusive la técnica es aplicada por militares para detectar minas o explosivos a distancias aproximadas a los 100 metros. Y por si los 100 metros mencionados parecieran poca cosa, cabe comentar que en el próximo mes de agosto la técnica LIBS arribará a Marte como parte de una expedición de la NASA con el objetivo de analizar y comprender mejor la composición superficial del planeta rojo llevando a la técnica y al láser más allá de las fronteras imaginables por sus creadores en los años 60.
LIBS en México. Recientemente la técnica LIBS se implementó en México por el Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia del Centro de Investigaciones en Óptica (CIO) de la ciudad de León Guanajuato.
Entre las aplicaciones principales de la técnica en el CIO se encuentra la cuantificación de sustancias activas en fármacos antidiabéticos comerciales, lo que permite conocer la cantidad exacta de sustancia activa presente en una tableta; con esta información incluso se podrían identificar tabletas falsificadas o con bajo contenido de cierta sustancia. Otra de las aplicaciones de la técnica en este centro se basa en la caracterización de piezas geológicas a través de la identificación de sus elementos constituyentes (Si, Al, Na, K, Cr, Fe, Ni, Zn, etc.). Este análisis apoyará a los geólogos a determinar la naturaleza y el origen de los materiales, y su aplicación se extenderá al estudio de la lapidaria arqueológica mesoamericana.
Además se trabaja en la clasificación de diferentes tipos de aceros a través del análisis de su composición atómica mediante la técnica LIBS, lo que permitiría identificar, en principio, cualquier tipo de acero en cuestión de segundos.
Para más información relacionada con el tema puede consultar la bibliografía siguiente:
Singh, J., Thakur, S. Laser-Induced Breakdown Spectroscopy. Elsevier. 2007.
l Cremers D., Radziemski L., The Handbook of Laser Induced Breakdown Spectroscopy. London: John Wiley & Sons, 2006.
l Gaudiuso R., et al. Laser Induced Breakdown Spectroscopy for Elemental Analysis in Environmental, Cultural Heritage and Space Applications: A Review of Methods and Results. Sensors, vol. 10 (2010), pp. 7434-7468.
l NASA. MSL Science Corner Website. Disponible en línea: http://msl-scicorner.jpl.nasa.gov/ (acceso: 4 de Octubre de 2010).


* Maestro en Ciencias (Óptica), Centro de Investigaciones en Óptica A. C. y estudiante de Doctorado en Ciencias (Óptica), Centro de Investigaciones en Óptica A. C. 
Teléfono: 477 7294934 ã Correo electrónico: ulises@cio.mx 
Dirección postal: Loma del Bosque 115 Lomas del Campestre. C. P. 37150 León, Guanajuato

Autor: M. en C. Victor Ulises Lev Contreras L.
Responsable de la técnica en el CIO: Dr. Marco A. Meneses Nava

El autor es estudiante del Doctorado en Ciencias (Óptica) y realiza su trabajo bajo la supervisión del Dr. Oracio Barbosa Garcia y el Dr.Marco A. Meneses Nava, ambos pertenecientes al Grupo de Propiedades Ópticas de la Materia del Centro de Investigaciones en Óptica en León Guanajuato

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