LASERES DE RAYOS X FISICA DE LASERES DE

LASERES DE RAYOS - X FISICA DE LASERES DE RAYOS–X PROF. DR. CARLOS G. TREVIÑO PALACIOS ROBERTO TÉLLEZ GARCÍA ABRIL DEL 2002

LASERES DE RAYOS - X CONTENIDO INTRODUCCION DESCRIPCION GENERAL MECANISMOS DE EXCITACIÓN ESTRUCTURA DEL LASER DE RAYOS-X PARAMETROS TIPICOS APLICACIONES CONCLUSIONES

LASERES DE RAYOS - X INTRODUCCION Rayos – X : 10 nm 0. 01 nm (0. 1 A) Espectro electromagnético

LASERES DE RAYOS - X INTRODUCCION (cont. ) Rayos – X “suaves” : 30 nm 10 nm Regiones ópticas del espectro electromagnético, con tipos de láseres localizados aproximadamente en sus longitudes de onda de operación.

LASERES DE RAYOS - X INTRODUCCION (cont. ) Rangos de longitudes de onda y energía del fotón establecidos para láseres de rayos-x.

LASERES DE RAYOS - X DESCRIPCION GENERAL En general, los láseres funcionan basados en transiciones electrónicas Un electrón cayendo dentro de una órbita interna (más cerca del núcleo) de Selenio emite un fotón de rayos-x La radiación electromagnética emitida y absorbida por estas transiciones se han denominado Rayos - X

LASERES DE RAYOS - X DESCRIPCION GENERAL (cont. ) 30 nm R-X 0. 01 nm Muchos materiales tienen n 1 Ninguno de estos puede reflejar o refractar la luz adecuadamente Espejos para Rayos - X

LASERES DE RAYOS - X MECANISMO DE EXCITACIÓN Las inversiones de población son producidas en plasmas generados por láseres a muy altas temperaturas, utilizando láseres de bombeo de alta potencia Proceso de bombeo óptico.

LASERES DE RAYOS - X MECANISMO DE EXCITACIÓN (cont. ) Requerimientos mínimos de bombeo vs longitud de onda para producir láseres de cortas longitudes. L – Longitud del amplificador T – Temperatura promedio M – Masa promedio = 10 nm LASER = 1% PB ~ 1017 W/m 3

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER Configuración para generar láseres de Rayos - X Produce un enfocamiento lineal de un láser potente (Nd - Glass) sobre una superficie sólida de emisión Arreglo experimental de un láser de rayos-x “suave” bombeado por el láser Novette.

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont. ) Dispositivo de descarga de plasma Láser bombeado por descarga.

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont. ) Láser de Rayos – X excitado por Emisiones Nucleares Objetivo: Concentrar la energía producida por una explosión nuclear y dirigir ésta a grandes distancias, en lugar de permitir su propagación fuera del espacio. Centro de Investigación: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore Mecanismo: La intensa emisión de Rayos – X de la explosión nuclear excita el medio láser generando intensos pulsos de este tipo de rayos. Resultados: Negativos. Proyecto cancelado.

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont. ) Láser de Rayos – X excitado por Láser 1) Centro de Investigación: Mecanismo: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore • Cargar una hoja de metal (Se) con un pulso corto (1 ns) de alta energía obtenido de un láser de Nd – Glass. • Sólo un pulso de alta energía tanto para ionizar el material láser como para excitar los iones que emiten los rayos-x. • La intensa luz láser desplaza electrones de átomos en un segmento lineal de la hoja metálica, produciendo un plasma. • Conforme los electrones se recombinan con los átomos, aquellos emiten un de pulso rayos – x coherente • = 3. 5 nm

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont. ) 2) Centro de Investigación: Mecanismo: Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) • Utilizaron dos pulsos de relativamente baja energía: - el 1° para ionizar los átomos y formar un plasma - el 2° para excitar los iones y producir los rayos – x • = 20. 6 nm

LASERES DE RAYOS - X ESTRUCTURA DEL LASER (cont. ) 3) Centro de Investigación: Mecanismo: Universidad de Princeton • Confinar plasmas generados por láseres mediante campos magnéticos (para reducir la potencia láser de bombeo requerida) • = 18 nm

LASERES DE RAYOS - X PARAMETROS TÍPICOS Longitudes de onda 3. 56 nm – 46. 9 nm Indice de refracción del medio de ganancia ~ 1. 0 Método de bombeo Plasma producido mediante láser ó plasma de descarga rápida. Modo de operación Pulsada Duración del pulso de salida 500 ps – 10 ns Salida energía / pulso 10 n. J – 1 m. J Potencia pico máxima de salida 1 MW – 2 MW

LASERES DE RAYOS - X APLICACIONES Estudios físico-atómicos Holografía de rayos – x Cristalografía Radiología médica Microscopia de rayos – x Diagnostico mediante plasma Radiación química Estudios metalúrgicos Fotolitografía

LASERES DE RAYOS - X CONCLUSIONES • Las investigaciones sobre láseres de rayos–x avanzan con una tendencia hacia longitudes de onda cada vez más pequeñas. • Parte de los resultados obtenidos, se considera información secreta o clasificada, ya que ha surgido de experimentos nucleares. • Debido a que para las longitudes de onda de los rayos–x, los medios materiales tienen índices de refracción próximos a la unidad, ninguno de éstos puede reflejar o refractar la luz adecuadamente, originando con esto diversos problemas en la óptica de rayos–x. • Este tipo de láseres es de muy amplia aplicación en diversas áreas tales como la investigación básica, la medicina, la química, la industria, entre otras.