Láseres: comprensión de los conceptos básicos

El dispositivo Q-switch real es un modulador acústico-óptico o un modulador electro-óptico (EOM). Ambos usan cristales donde un campo eléctrico aplicado produce alguna perturbación de las propiedades ópticas del cristal. En el caso de los moduladores acústico-ópticos, el campo eléctrico aplicado es un voltaje de radiofrecuencia que produce una onda de sonido de alta frecuencia en el cristal. Esta onda de sonido difracta los fotones del láser y evita la amplificación del láser. En cambio, los EOM utilizan un alto voltaje aplicado que modifica el índice de refracción del cristal y altera la polarización de la luz entrante; se puede colocar una combinación apropiada de óptica sensible a la polarización en la cavidad para evitar que circule la luz de polarización alterada. pulso de bomba: Los pulsos de láser excimer se producen excitando la mezcla de gas noble/halógeno con una descarga eléctrica potente y corta. Los láseres de Ti:zafiro también pueden producir pulsos de nanosegundos si se bombean con un pulso de nanosegundos de luz verde producido por un láser YAG de conmutación Q de frecuencia duplicada. Este método se denomina cambio de ganancia porque se cambia directamente la ganancia de la cavidad en lugar de la pérdida de la cavidad. Además de una gran cantidad de aplicaciones industriales, los láseres de conmutación Q tienen aplicaciones importantes en la investigación científica. Uno es el bombeo de amplificadores ultrarrápidos de Ti:zafiro (descritos en la siguiente sección) mediante el uso de la salida de frecuencia duplicada (verde) de un Nd:YAG o Nd:YLF con conmutación Q a 1-10 kHz. Otro está usando el láser YAG o YLF para producir energías por pulso en el rango de julios a 1-100 Hz. Estos láseres a menudo se utilizan con generadores ópticos no lineales que pueden producir longitudes de onda ajustables en la región UV, visible e IR, lo que permite estudios resueltos en tiempo y longitud de onda. Hoy en día, la mayoría de los láseres YAG o YLF que funcionan a >100 Hz son bombeados por diodos, mientras que los sistemas de 10 Hz de alta energía requieren bombeo con una lámpara de destellos porque los diodos no son adecuados para producir pulsos de salida de alta energía. Para algunas aplicaciones científicas, puede ser deseable tener un láser Q-switched de ancho de línea estrecho. En algunos casos, esto se puede lograr usando una combinación de rejillas ópticas y etalones; en otros casos, el láser se puede "sembrar" con un CW de baja potencia o un láser de ancho de línea estrecho con conmutación Q que es más fácil de controlar que la etapa de mayor potencia. Este enfoque, llamado "siembra de inyección", utiliza un MOPA (oscilador maestro, amplificador de potencia), que divide conceptualmente la selección del ancho de línea y la generación de alta potencia en dos etapas que están diseñadas de manera óptima para los dos propósitos.Láseres ultrarrápidos Los láseres ultrarrápidos generalmente se definen como láseres que producen pulsos en el rango de 5 fs a 100 ps (1 femtosegundo = 10−15 segundos). Si un láser puede oscilar en muchos modos longitudinales, estos pulsos cortos se pueden producir con la llamada técnica de bloqueo de modo. Con esta técnica, los modos se bloquean en fase (régimen de bloqueo de modo) y su interferencia coherente hace que el campo óptico intracavitario se colapse en un solo pulso que viaja de un lado a otro en la cavidad del láser. Cada vez que el pulso llega al espejo de salida, parte del mismo se acopla y queda disponible.

La física muestra que cuantos más modos interfieren, más corta es la duración del pulso (Figura 7). Dado que los anchos de banda de láser más grandes admiten una mayor cantidad de modos de oscilación, la duración del pulso es inversamente proporcional al ancho de banda del material de ganancia del láser. En ausencia de dispersión, estos pulsos están limitados por el ancho de banda en el tiempo, es decir, tienen la longitud más corta posible para un ancho de banda dado.

Los pulsos ultrarrápidos son de gran utilidad en investigación; Gracias a la corta duración del pulso y la alta potencia de pico, la llegada de los láseres de femtosegundo en la década de 1990 permitió una investigación innovadora que condujo a premios Nobel de femtoquímica (espectroscopia de sonda de bombeo) y generación de peines ópticos. Los láseres de femtosegundo también han permitido técnicas de excitación multifotónica (MPE) que brindan imágenes tridimensionales de tejido vivo. MPE ahora se usa ampliamente en varias áreas de investigación biológica, sobre todo en neurociencia.

Muchas aplicaciones importantes requieren que los pulsos ultrarrápidos se amplifiquen utilizando uno de varios métodos, como la amplificación regenerativa o un enfoque de amplificador de potencia de oscilador maestro (MOPA). La amplificación de pulsos generalmente requiere una reducción en la tasa de repetición, por lo que un selector de pulsos selecciona los pulsos del oscilador que se amplificarán en una o más etapas de amplificación. En el caso de los láseres de femtosegundos, la alta potencia máxima de los pulsos amplificados puede dañar la óptica del láser. Por este motivo, la amplificación suele ir precedida de un alargamiento del pulso (chirrido) de 50 a 200 ps. Luego, el pulso amplificado se vuelve a comprimir en el dominio fs. Esto se conoce comúnmente como amplificación de pulso chirrido o CPA.

En la investigación científica, los pulsos ultrarrápidos amplificados se utilizan para una amplia gama de aplicaciones. Estos incluyen fotoquímica, espectroscopia de bomba-sonda, generación de terahercios (THz) y creación de electrones acelerados y otras partículas pequeñas cargadas. Los pulsos también pueden impulsar la generación no lineal de luz ultravioleta extrema con anchos de pulso de decenas de attosegundos.

En aplicaciones industriales, los pulsos ultrarrápidos amplificados se utilizan cada vez más en aplicaciones de procesamiento de materiales que requieren ablación o modificación de materiales sin ningún efecto térmico residual y/o en una escala espacial submicrónica. Los ejemplos incluyen patrones de película delgada en la producción de pantallas planas. Los láseres ultrarrápidos también se utilizan cada vez más para cortar el vidrio templado de las pantallas táctiles, utilizando un proceso llamado corte por filamentación que no se puede realizar con otros láseres. Este método produce una calidad de borde inigualable y puede crear formas curvas y recortes.

Materiales láser ultrarrápidos

Hasta hace poco, los láseres científicos ultrarrápidos se basaban principalmente en titanio:zafiro (Ti:zafiro) debido a su gran ancho de banda y amplio rango de sintonización; Los láseres de Ti:zafiro comerciales llave en mano pueden entregar pulsos tan cortos como 6 fs. Los láseres de Ti:zafiro generalmente se bombean utilizando un láser de bombeo CW de longitud de onda verde. Las tasas de repetición típicas de los osciladores de Ti:zafiro son de 50 a 100 MHz, y las potencias máximas alcanzan varios cientos de kilovatios.

Los sistemas CPA más comunes basados ​​en Ti:zafiro funcionan de 1 a 10 kHz con las etapas del amplificador energizadas por láseres verdes de nanosegundos. Los sistemas CPA de Ti:zafiro son únicos en su capacidad para producir energías de pulso de varios milijulios con anchos de pulso tan cortos como 20 fs. Los sistemas CPA personalizados basados ​​en Ti:zafiro pueden producir incluso potencias máximas de petavatios.

Los láseres ultrarrápidos industriales generalmente necesitan altas tasas de repetición y alta potencia para mantener un rendimiento económicamente viable en la aplicación. Hasta hace poco, la mayoría de estos han sido sistemas MOPA basados ​​en materiales a granel dopados con Nd (por ejemplo, YAG o vidrio) o fibra, o una combinación de ambos. Se ha comprobado que estos láseres y amplificadores proporcionan la combinación necesaria de potencia y confiabilidad industrial. Sin embargo, cuanto menor sea el ancho de banda de ganancia de Nd, significa que están limitados al régimen ps. Su alta potencia máxima y altas tasas de repetición encuentran aplicabilidad en aplicaciones de micromaquinado de precisión, particularmente para películas delgadas y/o para materiales duros como vidrio reforzado químicamente, utilizando el método de filamentación que se acaba de mencionar.

Figura 7.Cuando interfiere una gran cantidad de modos de láser que tienen un "cero" en la misma posición, la superposición resultante es un pulso extremadamente estrecho.

En los últimos 10 años, los láseres y amplificadores de femtosegundo que utilizan iterbio (Yb) han estado disponibles para satisfacer las necesidades cambiantes del mercado tanto en el sector científico como en el industrial. Un ejemplo es la serie Monaco de amplificadores de caja única de Coherent.

Los materiales dopados con Yb combinan hasta cierto punto las ventajas de los láseres científicos de Ti:zafiro y los láseres industriales basados ​​en Nd. Para la investigación científica, el ancho de banda de ganancia de Yb significa que los pulsos del oscilador pueden ser tan cortos como 50 fs, lo que es más que adecuado para muchas aplicaciones, particularmente en microscopía MPE. A diferencia del Ti:zafiro, el Yb puede bombearse directamente con diodos y usarse en un formato de fibra, lo que permite un rendimiento más escalable que los materiales de ganancia masiva que a menudo están limitados por problemas de enfriamiento y lentes térmicos. Esto significa que los amplificadores de tipo MOPA de fibra Yb pueden ofrecer tasas de repetición flexibles de hasta decenas de MHz. Cuando se utiliza para bombear dispositivos paramétricos ópticos, la salida resultante es totalmente ajustable desde longitudes de onda UV hasta IR media, lo que proporciona ventajas para aplicaciones como la espectroscopia de materiales avanzados o la obtención de imágenes biológicas funcionales. Cabe señalar que para las aplicaciones científicas que necesitan anchos de pulso extremadamente cortos (>6 fs) y/o energías de pulso altas, el Ti:zafiro sigue siendo actualmente el material de ganancia preferido, y ambos medios coexistirán en el futuro previsible.

Para aplicaciones industriales, el principal atractivo de los amplificadores de fibra Yb es la combinación de una potencia máxima alta y una potencia media alta en el régimen de femtosegundos, a diferencia de los sistemas Nd con anchos de pulso de picosegundos. Los pulsos de láser de femtosegundos tienen dos ventajas sobre los pulsos de picosegundos para el procesamiento de materiales. Primero, la interacción del material involucra muchos fotones simultáneos y se vuelve razonablemente insensible a la longitud de onda, a diferencia de la absorción lineal de nanosegundos. En segundo lugar, los pulsos cortos y la interacción no lineal significan que los pulsos fs pueden ofrecer una calidad de borde y una precisión aún mejores que los pulsos ps. Como resultado, los amplificadores de fibra Yb están encontrando rápidamente aplicaciones en el micromecanizado de sustratos de capas mixtas (por ejemplo, poliimida sobre vidrio) que se encuentran en la electrónica y las pantallas.

Duplicación de frecuencia y generación de armónicos Incluso con la amplia variedad de láseres disponibles comercialmente, no siempre es posible encontrar uno que coincida exactamente con la longitud de onda requerida por una aplicación específica. Los láseres de Ti:zafiro son ampliamente sintonizables, pero en la mayoría de los casos, son demasiado complejos para aplicaciones industriales e incapaces de alcanzar la importante región UV del espectro. Los OPSL son simples y se pueden diseñar en muchas longitudes de onda en la región de 920 a 1160 nm, pero no son ideales para la operación pulsada. Para lograr la longitud de onda deseada en casi cualquier régimen de operación (CW, pulsado o ultrarrápido), los procesos de conversión de frecuencia armónica y generación paramétrica brindan flexibilidad de longitud de onda cuando se usan junto con los láseres descritos hasta ahora. Todos estos procesos están relacionados y se denominan fenómenos no lineales ya que dependen de forma no lineal de la potencia máxima del láser. Es decir, son proporcionales al cuadrado, al tercio o a una potencia mayor de la potencia de salida del láser. En términos simples, cuando un rayo láser intenso y/o muy enfocado pasa a través de un cristal adecuado, su campo eléctrico oscilante interactúa con los electrones de el cristal de varias maneras. Uno de estos mecanismos distorsiona la nube de electrones en el cristal, polarizando así los átomos a una frecuencia que es la misma que la del rayo láser, pero también a una frecuencia que es su doble (polarización no lineal). Esta frecuencia corresponde a una longitud de onda que es la mitad de la del láser entrante. La polarización no lineal es mucho menor que el término lineal, pero depende del cuadrado de la potencia del láser, por lo que aumenta con más fuerza en presencia de un pulso láser intenso. Genera un campo óptico al doble de la frecuencia del rayo láser original, con el resultado de que parte de la potencia del láser entrante se convertirá a la mitad de la longitud de onda original (generación de segundo armónico (SHG) o duplicación de frecuencia) (Figura 9). Dado que se debe conservar la energía, cualquier ganancia en el haz SHG se intercambia por una disminución en la potencia del haz original. En algunos casos, es posible lograr una conversión casi total del haz original ("fundamental") en su segundo armónico. Los cristales comunes para SHG son BBO, LBO y KDP. El ejemplo más común de SHG es la conversión de una salida IR de láser basada en Nd a 1064 nm en una salida verde a 532 nm (verde), que constituye la longitud de onda visible más popular, utilizada ubicuamente para bombear láseres de Ti:zafiro.

Los OPO de nano, pico y femtosegundo son dispositivos complejos que se implementan junto con láseres de bombeo ultrarrápidos y pulsados. Los CW OPO son igualmente, si no más, complejos. Los OPA son más fáciles de diseñar y construir, pero requieren una bomba más enérgica para producir la luz blanca y la amplificación de un solo paso en el cristal. Por esta razón, son bombeados por amplificadores CPA de pico o femtosegundo que producen al menos varios microjulios. La adición a un OPA/OPO de una o más etapas de generación de armónicos y la mezcla produce un rango de longitudes de onda que puede cubrir de 200 nm a 20 µm.Tipos de láser comunes Durante muchos años, el láser CW más común fue el láser de neón de helio o HeNe. Estos láseres de baja potencia (unos pocos milivatios) usan una descarga eléctrica para crear un plasma de baja presión en un tubo de vidrio; casi todos emiten en rojo a 633 nm. En los últimos años, la mayoría de las aplicaciones de HeNe han cambiado a diodos láser visibles. Las aplicaciones típicas incluyen lectores de códigos de barras, tareas de alineación en las industrias de la construcción y la madera, y una gran cantidad de aplicaciones de observación y puntería que van desde la cirugía médica hasta la física de alta energía. De hecho, el diodo láser se ha convertido, con mucho, en el tipo de láser más común, con uso realmente masivo en telecomunicaciones y almacenamiento de datos (por ejemplo, DVD, CD). En un diodo láser, el flujo de corriente crea portadores de carga (electrones y huecos) en una unión pn. Estos se combinan y emiten luz mediante emisión estimulada. Los diodos láser están disponibles como emisores individuales con potencias de hasta decenas de vatios y como barras lineales monolíticas con numerosos emisores individuales. Estas barras se pueden ensamblar en matrices 2D con potencias de salida totales en el rango de kilovatios. Se utilizan tanto en CW como en funcionamiento pulsado para las llamadas aplicaciones de diodo directo. Pero aún más importante, los diodos láser ahora son la base de muchos otros tipos de láseres, donde se utilizan como bombas ópticas que realizan la conversión inicial de energía eléctrica a óptica. -láseres de iones y kriptón-iones. Basados ​​en un tubo de descarga de plasma que funciona a alta corriente, estos láseres de fase gaseosa son grandes e ineficientes y generan una gran cantidad de calor que debe disiparse activamente. El tubo también tiene una vida útil finita y, por lo tanto, representa un consumible costoso. En la mayoría de las aplicaciones anteriores, el láser de iones que emitía en longitudes de onda azules o verdes fue desplazado por láseres DPSS. Aquí, el medio de ganancia es un cristal dopado con neodimio (generalmente Nd:YAG o Nd:YVO4) bombeado por uno o más diodos láser. El fundamental del IR cercano a 1064 nm se convierte luego en una salida verde de 532 nm con el uso de un cristal de duplicación intracavitario. El láser DPSS, a su vez, ha sido desafiado por varias tecnologías más nuevas, siendo la OPSL la más exitosa de ellas. Aquí, el medio de ganancia es un láser semiconductor de área grande que es bombeado por uno o más diodos láser. El OPSL ofrece numerosas ventajas, sobre todo escalabilidad de longitud de onda y potencia. Específicamente, estos láseres se pueden diseñar para operar en prácticamente cualquier longitud de onda visible, liberando por fin a las aplicaciones de las restricciones de las limitadas opciones de longitud de onda heredadas (es decir, 488 y 514 nm de los láseres de iones de argón y 532 nm de los láseres YAG de frecuencia duplicada) . De hecho, los OPSL representan un cambio de paradigma en los láseres porque pueden diseñarse para las necesidades de la aplicación en lugar de viceversa. OPSL es ahora una tecnología líder en aplicaciones de bioinstrumentación de baja potencia, sobre todo a 488 nm; la escalabilidad de potencia y el bajo nivel de ruido inherente de la tecnología OPSL ahora están viendo que los OPSL verdes y amarillos de varios vatios se están moviendo con fuerza hacia otras aplicaciones, incluida la investigación científica, la medicina forense, la oftalmología y los espectáculos de luces. Mientras que YAG y otros hosts de cristal de neodimio se prestan para operar en CW, Las operaciones de Q-switched y mode-locked, los diodos láser, OPSL y los láseres de iones no admiten la operación Q-switched y prácticamente no se utilizan en el régimen de modo bloqueado. En longitudes de onda más largas, los láseres de dióxido de carbono (CO2), que utilizan tecnología, emiten en el infrarrojo medio alrededor de 10 µm. La mayoría son CW o pseudo-CW, con potencias de salida comerciales desde unos pocos vatios hasta varios kilovatios. Una tecnología similar es el láser de monóxido de carbono (CO), que se desarrolló originalmente en la década de 1960, pero solo se hizo realmente práctico para uso industrial en 2015. Los láseres de CO emiten en el rango espectral de 5 a 6 µm. Esta salida de infrarrojo medio de longitud de onda más corta ofrece dos ventajas importantes para algunas aplicaciones en comparación con los láseres de CO2. La primera es que muchos metales, películas, polímeros, dieléctricos de PCB, cerámicas y compuestos exhiben una absorción significativamente diferente en la longitud de onda más corta, lo que a veces puede aprovecharse. La segunda es que pueden enfocarse en tamaños de punto más pequeños debido a la difracción, que se escala linealmente con la longitud de onda. Juntas, estas características permiten que el láser de CO brinde resultados superiores en algunas aplicaciones de procesamiento de vidrio, corte de película y trazado de cerámica. normalmente emite a aproximadamente 1 μm (cuando la fibra está dopada con iterbio). En un láser de fibra, el resonador está formado por un área modal grande, fibra óptica de doble revestimiento (con el revestimiento exterior que contiene el dopante) y rejillas de fibra Bragg para espejos resonadores. Esto es bombeado desde cada extremo por una serie de láseres de diodo, cuyas salidas están acopladas por fibra en la fibra de ganancia.

El láser de fibra ofrece varias ventajas importantes. La primera es que la salida se entrega naturalmente por fibra, lo que facilita el acoplamiento en muchas máquinas herramienta láser y la integración del láser con sistemas de entrega robóticos. Luego, la calidad del rayo láser de fibra es suficiente para acoplarlo en fibras pequeñas, lo que permite que el rayo se enfoque en puntos pequeños para obtener las altas densidades de potencia requeridas para la soldadura, el corte y otros procesos industriales de metales. La arquitectura de láser de fibra también se presta al escalado de potencia. Un solo conjunto de bombas y fibra de ganancia normalmente puede producir potencias de salida de hasta varios kilovatios, pero también es posible usar combinadores de fibra para habilitar el escalado de potencia, logrando potencias de salida superiores a 10 kW. Finalmente, los láseres de fibra tienen una alta eficiencia de enchufe de pared (la conversión de la energía eléctrica de entrada en luz láser) en comparación con los láseres de CO2 y de estado sólido, y también pueden tener bajos requisitos de mantenimiento. Esto reduce el costo de propiedad.

Los láseres de Nd:YAG, CO2, fibra y diodo directo son los caballos de batalla de las aplicaciones de láser industrial. Los láseres de diodo directo, en particular, ofrecen el costo por vatio más bajo de cualquier tipo de láser industrial, así como los costos operativos más bajos, debido a su alta eficiencia eléctrica. Los láseres de diodo directo se utilizan predominantemente en aplicaciones de bajo brillo, como tratamiento térmico, revestimiento y algunas aplicaciones de soldadura. En el lado negativo, los diodos o conjuntos de láser de alta potencia no pueden ofrecer nada parecido al haz de difracción limitada proporcionado por otros tipos de láser. aumentando su utilidad en aplicaciones de subkilovatios. Los diseños de guía de ondas de bajo costo también respaldan un mercado próspero para los láseres de CO2 con potencias de decenas de vatios, principalmente en aplicaciones de marcado y grabado.

Durante la última década, los láseres de fibra de alta potencia (>1 kW) han llegado a dominar las aplicaciones de corte de metales en el rango de espesor de 4 a 6 mm porque, por lo general, ofrecen excelentes resultados, junto con menores costos de mantenimiento que los láseres de CO2 de potencia similar. . Además, los láseres de fibra de infrarrojo cercano son ventajosos cuando se cortan ciertos metales, como cobre, aluminio y latón, que son difíciles de cortar con CO2 debido a su alta reflectividad en el infrarrojo lejano.

Los láseres de CO2 se siguen utilizando para materiales aún más gruesos, pero esto se debe principalmente a que los procesos se han optimizado para este láser y los fabricantes tardan en cambiar un proceso de producción que funciona bien. Sin embargo, es probable que esto cambie con el tiempo. Los láseres de CO2 de 1 kW e inferiores aún se utilizan en algunas aplicaciones de corte de metales más delgados (de 2 a 4 mm). Y los láseres de CO2 siguen siendo la primera opción cuando se deben procesar tanto metales como no metales. Esto se debe a que su longitud de onda más larga es bien absorbida por una amplia gama de materiales no metálicos, como madera, papel, cuero, tela, plásticos y muchos otros compuestos orgánicos, mientras que la salida del láser de fibra de infrarrojo cercano no lo es.

Nd:YAG puede proporcionar la potencia pico alta para aplicaciones de procesamiento de materiales, como la soldadura de metales. En estas aplicaciones industriales pesadas, la potencia bruta es más importante que la calidad del haz y, durante muchos años, estos láseres fueron bombeados por lámparas. Pero la potencia cada vez mayor y las características de vida útil de los diodos láser están provocando que estos láseres cambien a bombeo de diodos; es decir, láseres DPSS. A la inversa, los láseres DPSS de conmutación Q de menor potencia a menudo se basan en Nd:YVO4. Por lo general, están optimizados para alta calidad de haz para aplicaciones de micromaquinado y microestructuración con altas tasas de repetición (hasta 250 kHz) para admitir procesos de alto rendimiento. Están disponibles con potencias de hasta decenas de vatios con una opción de salida de IR cercano (1064 nm), verde (532 nm) o UV (355 nm). El UV es popular para producir pequeñas características en materiales "delicados" porque puede enfocarse en un punto pequeño y minimiza el daño térmico periférico. Las versiones Deep-UV (266 nm) están comenzando a usarse en algunas aplicaciones, pero su costo relativamente alto y la necesidad de una óptica de entrega de haz especial hace que muchas aplicaciones potenciales dependan en su lugar de láseres de 355 nm optimizados para pulsos de duración corta, que pueden producen resultados similares en muchos materiales. Los excímeros representan otra importante tecnología de láser pulsado. Pueden producir varias longitudes de onda discretas a lo largo de la UV; dependiendo de la combinación de gases, la emisión oscila entre 157 y 348 nm. La línea ultravioleta profunda a 193 nm es la fuente más utilizada para los procesos de litografía en la industria de los semiconductores. La longitud de onda de 308 nm se utiliza para recocer silicio en pantallas de alto rendimiento. La misma longitud de onda también es clave para generar una superficie única de larga duración en las camisas de los cilindros de los motores diésel de alto rendimiento. Y finalmente, los excímeros tienen una capacidad única para producir altas energías de pulso, hasta un julio por pulso. Esto permite la escritura directa de circuitos electrónicos de bajo costo para aplicaciones tales como desechables médicos. Los láseres ultrarrápidos para aplicaciones científicas están dominados por Ti:zafiro, como ya se describió. Los láseres ultrarrápidos también son una tecnología de rápido crecimiento para el micromecanizado y otras aplicaciones de procesamiento de materiales de alta precisión. Si bien existe cierta diversidad en la forma y construcción de los láseres ultrarrápidos industriales disponibles en el mercado, todos utilizan una cierta configuración básica. Específicamente, se utiliza un oscilador de bloqueo de modo pasivo para generar una salida con anchos de pulso de aproximadamente 10 ps o menos que son necesarios para impulsar la fotoablación. Sin embargo, la mayoría de los osciladores de bloqueo de modo producen pulsos de energía relativamente baja (en el rango de nanojulios) a tasas de repetición de decenas de megahercios. Los mejores resultados para el micromaquinado se logran cuando la superposición de pulso a pulso está en el rango de 50% a 70%. En otras palabras, el mecanismo de desviación del haz mueve el haz aproximadamente un tercio del diámetro del haz antes de la llegada del siguiente pulso ultrarrápido. En consecuencia, una tasa de repetición en el rango de decenas de megahercios es demasiado alta para usarse con la tecnología de escaneo existente, por lo que un selector de pulsos selecciona una fracción de estos pulsos. La energía de estos pulsos luego se impulsa en un amplificador para producir la salida final. La mayoría de los productos comerciales de picosegundos se basan en una de las siguientes arquitecturas: • Un oscilador de láser de fibra seguido de un amplificador de fibra o tipo varilla • Un oscilador de láser de fibra seguido de un amplificador de espacio libre • Un oscilador de estado sólido bombeado por diodos seguido de por un amplificador de espacio libre El enfoque de todas las fibras (oscilador y amplificador) tiene la ventaja de ser de costo relativamente bajo y tiene el potencial de ser robusto. El gran inconveniente es que las no linealidades, la dispersión y otros efectos en el amplificador de fibra limitan la energía máxima por pulso que se puede alcanzar a unos 10 µJ (a un ancho de pulso de 10 ps). Este nivel de energía de pulso puede satisfacer algunas aplicaciones, pero una gran cantidad de aplicaciones se sirven con energías de pulso en el rango de 100 µJ. Se pueden usar fibras especiales para aumentar el modo dentro de la fibra y, por lo tanto, permitir energías de pulso más grandes, pero tales fibras conducen a radios de curvatura limitados y, por lo tanto, traen sus propias limitaciones de empaque. Para lograr las energías de pulso más altas requeridas para la mayoría de las aplicaciones, un oscilador de fibra se puede combinar con un amplificador de espacio libre. Debido a la salida de energía relativamente baja de la semilla de fibra, a menudo se usa un amplificador regenerativo. En un amplificador regenerativo, un pulso pasa por una gran cantidad de pasos y, por lo tanto, puede amplificarse sustancialmente. Los amplificadores regenerativos también tienen la ventaja de ser compactos y ofrecer un buen rendimiento del haz. El tercer enfoque es utilizar un oscilador de estado sólido bombeado por diodos (generalmente con Nd:YVO4 como medio de ganancia), que puede producir energías de pulso más altas que una semilla de fibra. A esto le sigue un amplificador de espacio libre, normalmente en una configuración regenerativa o multipaso. De hecho, más de una etapa amplificadora puede aumentar la potencia a niveles tan altos como 100 W. Y finalmente, existen muchos otros tipos de láseres exóticos y de nicho que están más allá de la cobertura de este artículo de descripción general. Los ejemplos incluyen láseres Raman utilizados en telecomunicaciones, láseres de cascada cuántica utilizados en algunas aplicaciones de detección de gases y láseres químicos, que tienden a limitarse a programas militares.