Del infrarrojo al láser: 160 años de historia científica

Los comienzos de la historia del láser se remontan a los primeros intentos del hombre por buscar una explicación lógica de los fenómenos eléctricos y luminosos.

Los datos indispensables que llevan al descubrimiento del láser se sucederán en el transcurso de los siglos XIX y XX.

Siglo XIX: De la radiación infrarroja a la fotoelectricidad

En 1800, William Herschel, estudiando la luz del sol, descubre la existencia de la radiación infrarroja.

En 1820, Hans Christian Ørsted descubre la relación entre magnetismo y electricidad.

Mientras que Michael Faraday, en 1831, descubre la inducción electromagnética.

Hacia mediados de 1864, James Clerk Maxwell formula las ecuaciones que rigen la propagación de las ondas electromagnéticas, consiguiendo de esta manera sintetizar la electricidad, el magnetismo y la óptica en una entidad coherente.

En 1889, Heinrich Rudolf Hertz logra transformar las ondas electromagnéticas, estudiando experimentalmente sus propiedades y demostrando su carácter ondulatorio.

De esta manera sienta las bases de la electrónica cuántica y deduce la naturaleza del fenómeno de la fotoelectricidad.

1900: Cuantos y fotones

Recién comenzado el siglo XX, en 1900, Max Planck da a conocer su teoría de los cuantos, en la que sostiene que la energía se propaga por "paquetes" y no por ondas continuas, constituyendo la base teórica del funcionamiento del láser y del máser.

Cinco años después, en 1905, Einstein da a conocer su teoría fotónica, en ella se indica que existen cuantos de luz a los que llama fotones.

1913: Bohr y el módelo del átomo

En la primavera de 1913, Niels Bohr (Copenhague, 1885-1962) realizó su modelo del átomo.

Al estudiar el átomo de hidrógeno observó que tenía un definido número de anillos, en los cuales el electrón podía orbital alrededor del núcleo.

Los anillos más alejados del núcleo correspondían a un estado de mayor energía, mientras que los más cercanos al protón correspondían a un estado menor de energía.

Cuando un electrón pasa de un anillo externo a uno interno, emite fotones correspondientes a una línea espectral brillante característica.

Análogamente, cuando el electrón se desplaza de un anillo interno a otro más externo, absorbe un cierto cuanto de energía.

1917: Einstein y el principio de emisión estimulada

Cuatro años más tarde, en 1917, Albert Einstein define el principio de emisión estimulada.

En este año descubrió que para poder explicar el equilibrio térmico en un gas que estuviera absorbiendo y emitiendo energía radiante, había que admitir la existencia de una cierta emisión de radiación inducida.

Demostrando de esta manera que esta implicaba tres procesos: absorción, emisión espontánea (fluorescencia) y emisión estimulada.

Sin embargo, a este último proceso no se le dio la verdadera importancia que tenia hasta años posteriores.

1953: El primer máser

Deberán pasar treinta y cinco años para que, en 1952, Weber, un especialista en electrodinámica y espectroscopia de microondas, describa la amplificación del máser (sin dispositivo experimental) en una conferencia sobre Investigación en Tubos Electrónicos, dada en Ottawa (Canadá).


Charles H. Townes y James P. Gordon.

Un año más tarde en 1953, Townes, Gordon y Zeiger consiguen hacer funcionar un amplificador (mejor dicho oscilador) de haz de amoníaco, utilizando la emisión estimulada en el terreno de las microondas.

De esta manera se acababa de descubrir el primer "máser", palabra que viene del acrónimo "Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation".

En 1954, Heitler publica su libro "The Quantum Theory of Radiation" en el cual se describe la emisión estimulada bajo el nombre de "emisión inducida".

Cuatro años más tarde, en 1958, los norteamericanos Townes y Schawlow publican su hipótesis en la cual demuestran la posibilidad de poder construir un láser.

Simultáneamente, en la antigua URSS, los físicos Basov y Prokhorov también demostraban esta posibilidad. En 1964 se les otorgo el Premio Nobel de Física a Basov, Prokhorov y Townes por la investigación básica en electrónica de los cuantos que llevó al desarrollo del máser y del láser.

1960: Maiman y el primer láser a impulsos de rubí


Theodore Harold "Ted" Maiman.

En 1960, Theodore Maiman, en el mes de julio, consigue la primera emisión de un láser a impulsos de rubí en los Laboratorios de Investigación de la firma Hughes, radicada en Malibú (California del Sur).

Este primer láser consistía en un cristal de rubí que, al ser irradiado por una lámpara de destellos de xenón, los átomos de esta gema sintética producían un rayo de luz rojo escarlata coherente, monocromático y fino como una aguja.

Maiman lo llamo láser, acrónimo de "Light Amplificatión by Stimulated Emission of Radiation". Es decir, "amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación". Y que fue tomado del acrónimo anterior "máser".

El máser funciona por los mismos principios básicos que el láser, pero emite la energía en forma de microondas, mientras que el láser lo hace en forma de ondas luminosas.

Un año después, en 1961, Ali Javan, investigador de los Laboratorios Bell, descubre el láser de gas de helio y neón.

Este láser era especialmente sugestivo porque emitía de una forma continua y no a impulsos, como el láser de rubí.


William Bennett y Ali Javan, inventores del láser de gas de helio y neón.

En ese mismo año, en el Hospital Presbiteriano de Nueva York, se practica la primera intervención quirúrgica con láser en el campo de la oftalmología, fue una extirpación de un pequeño tumor en la retina.

1962: láser de inyección

En 1962, Rediker, Nathan y Hall, al trabajar en diferentes centros investigadores, anuncian por separado el descubrimiento del láser de inyección o láser a semi-conductores.

Este láser es realmente un diodo de arseniuro de galio polarizado en sentido directo.

Presenta las propiedades peculiares en comparación con el láser de gas de no poder emitir continuamente, sin embargo puede emitir de una forma pulsada más rápido que este.


1 de noviembre de 1962: Gunther E. Fenner, Robert N. Hall y Jack D. Kingsley. (Foto: General Electric Research Laboratories)

En 1964, se realizan las primeras investigaciones con láseres de gases ionizados, con helio o argón y se construye el láser molecular de dióxido de carbono (CO2).

1965: el láser en medicina

En 1965, los doctores Sinclair y Knoll realizan las primeras adaptaciones del láser a la práctica médica.

A partir de esta fecha fueron incrementándose los estudios sobre los efectos biológicos del láser al observarse gran aceleración en la cicatrización y epitelización de heridas tratadas con láser.

Los pioneros en el estudio de los efectos biológicos provocados por el láser fueron, entre 1967 y 1974, los profesores V. M. Inyushin y P.R. Chekerov, de la Escuela de Biofísica de la Universidad de Alma Atta, en la antigua URSS, quiens estudiaron los efectos bioestimulativos del láser sobre el bioplasma.


Laser en 1965, University of Rochester (Foto: University Libraries / Department of Rare Books, Special Collections, and Preservation)

En Budapest, el profesor Mester publicó, en la década de los ochenta, trabajos importantes sobre la bioestimulación y la cicatrización en tejidos provocadas al aplicar radiación láser.

En esos años se abre la primera clínica de terapia láser en Budapest.

En Canadá, el doctor Friedrich Plog publicó trabajos sobre el efecto de la terapia láser aplicados a puntos de acupuntura.

A partir de estos y de otros trabajos publicados se fueron demostrando estas hipótesis.

Además, a través de todo tipo de experiencias físicas, bioquímicas, histopatológicas, radiológicas y clínicas, se empieza a apreciar el valor terapéutico de los láseres de baja y media potencia.

Es decir, que la energía lumínica proporcionada por el láser sería capaz de accionar biomolecularmente las células de tejidos enfermos, provocando la abolición de la patología subyacente.