Clasificación y elementos estructurales
Los generadores modernos de radiación láser industrial se dividen en cuatro grupos según el estado de agregación del medio activo: sólidos, de gas, líquidos y semiconductores (de inyección).
La estructura básica de cualquier instalación láser incluye los siguientes elementos:
- Medio activo. Determina el tipo de generador. Pueden ser materiales sólidos (varilla de rubí artificial, cuarzo óptico con adición de neodimio, erbio u holmio), gases (argón, helio, neón, dióxido de carbono), líquidos (pigmentos como rodamina o fluoresceína disueltos en alcohol etílico y cumarina) o semiconductores (silicio, germanio).
- Dos espejos resonadores. Un espejo es absolutamente impermeable y el otro es semitransparente (para liberar el rayo ya formado).
- Lámpara de bombeo. Fuente de luz externa, por ejemplo, una potente lámpara de xenón.
- Condensador y fuente de alimentación.
Mecanismo de generación de radiación
El proceso de formación de luz coherente se ilustra mejor con el ejemplo de un láser sólido clásico basado en un cristal de rubí.
- Al encender la lámpara de bombeo de xenón, un potente flujo luminoso transfiere los átomos de cromo (la base del rubí) a un estado energético excitado.
- Al regresar a su estado original, estos átomos emiten cuantos de luz: fotones.
- Los fotones liberados chocan con otros átomos de cromo excitados, expulsando de ellos nuevas porciones de luz. Comienza un proceso en cascada similar a una reacción en cadena.
- El flujo luminoso se refleja repetidamente en los espejos resonadores de los extremos de la varilla. La densidad de la energía lumínica se intensifica rápidamente.
- Al alcanzar su valor límite, el flujo energético atraviesa el espejo semitransparente y sale al exterior en forma de un rayo coherente monocromático (la longitud de onda para la varilla de rubí es de 0,69 µm).
Propiedades del rayo láser
La radiación de los generadores cuánticos ópticos posee un conjunto único de características físicas que la diferencian de las fuentes de luz convencionales:
- Monocromaticidad: la luz se genera en una banda del espectro óptico extremadamente estrecha y estricta.
- Coherencia: el orden absoluto de la onda electromagnética en amplitud (altura) y frecuencia (longitud).
- Polarización: la orientación estricta de los vectores de intensidad de los campos magnético y eléctrico en un plano perpendicular al rayo de luz.
- Ángulo de divergencia mínimo: el haz prácticamente no se dispersa en el espacio.
Dosimetría y aplicación práctica
Al evaluar los parámetros de exposición al láser en la higiene laboral, el indicador principal es la densidad de flujo de potencia (DFP), que es el volumen de energía lumínica por unidad de área. Estándarmente, la DFP se mide en W/m², y para instalaciones de baja intensidad se utiliza el valor de mW/cm².
La energía o potencia de la generación continua se mide en vatios (W) o milivatios (mW). En el caso de la radiación pulsada, se evalúa la potencia de un pulso individual (W/pulso o J/pulso), la duración del propio pulso (en segundos, milisegundos o microsegundos) y su frecuencia de repetición (en hercios y kilohercios).
La capacidad de concentrar energías ultraaltas en volúmenes microscópicos garantiza una amplia aplicación de los láseres en la industria. Se utilizan para efectos de alta temperatura, en particular para la fusión, soldadura perfecta y corte de precisión de materiales ultraduros.
Medidas profilácticas
Debido al alto impacto biológico de la radiación láser, la seguridad laboral en la industria requiere el estricto cumplimiento de medidas preventivas. Con respecto al personal, se aplican los siguientes enfoques:
- Racionalización del régimen de trabajo y descanso: introducción de al menos dos descansos breves adicionales durante la jornada laboral.
- Fisioprevención: a los trabajadores se les presciben cursos de masaje, irradiación ultravioleta preventiva, gimnasia terapéutica, procedimientos acuáticos térmicos y vitaminización obligatoria.
- Control médico: realización de exámenes médicos preliminares (al contratar) y periódicos regulares para supervisar el estado de salud.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué medidas preventivas se aplican para proteger al personal de la radiación láser en el lugar de trabajo?
Para proteger al personal de la radiación láser en la industria, se aplica un conjunto de medidas preventivas.
- Régimen racional de trabajo y descanso: introducción de dos descansos breves adicionales.
- Procedimientos fisioprofilácticos: masaje, irradiación ultravioleta, hidroterapia térmica, gimnasia terapéutica, vitaminización.
- Exámenes médicos de los trabajadores: realización de exámenes médicos preliminares y periódicos.
¿Qué equipos de protección individual (EPI) utilizan los trabajadores al operar instalaciones láser?
Al operar instalaciones láser, los trabajadores utilizan equipos de protección individual especializados para evitar daños en la retina.
- Gafas de protección: están equipadas con filtros de luz oscuros especiales que reducen la intensidad de la radiación que llega a los ojos a un nivel seguro.
Las gafas pueden ser ajustadas (abiertas o cerradas con ventilación directa e indirecta) y no ajustadas (monóculo protector, gafas con visera o de tipo clip).
¿Qué lesiones específicas del órgano visual provoca la exposición a la radiación láser?
La exposición a la radiación láser provoca diversas lesiones específicas del órgano visual según la longitud de onda.
- Quemaduras retinianas y hemorragias: ocurren por la exposición al espectro visible e infrarrojo cercano, lo que provoca la formación de una cicatriz coriorretiniana, disminución de la agudeza visual y desarrollo de escotoma (cursa sin dolor).
- Conjuntivitis y quemaduras corneales: son causadas por láseres UV y se acompañan de dolor intenso.
- Opacidad corneal: los focos transitorios ocurren bajo la acción de láseres de CO2 de gas debido a la desnaturalización de proteínas.
- Cambios crónicos: incluyen fotofobia, lagrimeo, aumento de los umbrales de discriminación de color y mayor tiempo de adaptación a la oscuridad.
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué significa la palabra «láser»?
Es una sigla del término en inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Traducido al español, significa «amplificación de luz por emisión estimulada de radiación».
¿Para qué se necesitan espejos en la construcción de un láser?
Dos espejos forman un resonador óptico. Obligan al flujo de fotones a reflejarse repetidamente dentro del medio activo, lo que provoca un aumento en cascada y una intensificación de la energía lumínica antes de su salida al exterior.
¿En qué unidades se mide la densidad de flujo de potencia?
En el sistema dosimétrico, la densidad de flujo de potencia (DFP) se mide estándarmente en W/m². Para equipos de baja intensidad, es admisible utilizar la dimensión mW/cm².
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismo de acción biológica de la radiación láser en los tejidos
- Medios de protección técnico-ingenieriles contra la radiación láser
- Clasificación de los láseres según el grado de peligrosidad de la radiación generada
- Especificidad del uso de equipos de protección ocular individual
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