El láser de neodimio: ¿qué es y qué aplicaciones tiene?

Equipo Ferros Planes

Láser de neodimio

Última modificación: 3 febrero 2020

El láser de neodimio, conocido como láser Nd-YAG (acrónimo del inglés neodymium-doped yttrium aluminium garnet) por ser el elemento más utilizado (aunque hay más tipos dopados con neodimio), es uno de los tres tipos de láser más usados en el sector de la manufactura, junto con el de CO2 (del que hablamos en este post) y el de fibra (del que hablamos en este post).

Su utilidad fue demostrada por primera vez por el equipo de J. E. Geusic en Bell Laboratories en 1964, el mismo año en que se hizo con el láser de CO2.

Como el láser de fibra y a diferencia del de CO2, que es de gas, el láser de neodimio es un láser de estado sólido, es decir, que utiliza un medio de ganancia o dopante que es un sólido, en este caso. un tipo de cristal, el neodimio triplemente ionizado, Nd (III). Es el ion de neodimio el que proporciona la actividad láser en el cristal, de la misma manera que el ion rojo de cromo en los láseres de rubí.

Funcionamiento del láser de neodimio

Los láseres de neodimio Nd: YAG se bombean ópticamente utilizando diodos láser, a diferencia del láser de CO2, que se bombea con una descarga eléctrica. En el pasado, la fuente de energía para el bombeo solía ser el tubo flash debido a su bajo coste, pero actualmente se han reemplazado por los diodos láser por su alta eficiencia y coste inferior.

Funcionan en modo pulsado (lámparas de xenón) o continuo (lámparas de arco de tungsteno). Típicamente emiten luz con una longitud de onda de 1064 nm, es decir, infrarroja, como la mayoría de láseres. Sin embargo, también hay transiciones cerca de longitudes de 946, 1120, 1320 y 1440 nm.

El medio activo o medio láser se compone de un material cristalino sintético (granate de itrio y aluminio, YAG) dopado con un elemento químico (neodimio, Nd), de ahí el acrónimo del nombre. La cantidad de dopante de neodimio en el material varía según el uso. Los electrones en estado de menor energía entre los iones del neodimio se excitan para proveer acción láser al medio activo, es decir, al cristal YAG dopado con neodimio.

El medio activo en un láser es un conjunto de átomos o moléculas que pueden excitarse de manera que se crea una situación de inversión poblacional, es decir, la existencia en un sistema de más átomos o moléculas en un estado excitado que en estados de menor energía, y puede obtenerse radiación electromagnética mediante emisión estimulada.

El medio activo de este tipo de láser, es decir, el cristal Nd: YAG, se coloca entre dos espejos recubiertos ópticamente o plateados. Uno de ellos debe ser totalmente plateado y el otro sólo parcialmente. El espejo totalmente plateado refleja por completo la luz y se conoce como espejo completamente reflectante. Por su parte, el espejo parcialmente plateado refleja la mayor parte de la luz pero permite que una pequeña porción de luz a través de él produzca el rayo láser. A este espejo nos referimos como espejo parcialmente reflectante.

Tipos de láser de neodimio más allá del Nd: YAG

Existen diversos tipos de láser en los que el neodimio forma parte del medio activo. El más conocido es el Nd: YAG, pero también es muy habitual el Nd: YVO4, que es otro cristal, el ortovanadato de itrio, dopado con neodimio. Sin embargo, también podemos encontrar, entre otros:

Los usos del láser de neodimio

Los láseres de neodimio son ampliamente utilizados en diferentes aplicaciones industriales y científicas, desde la biología, la medicina y la medicina estética, como el tratamiento oftalmológico de la opacificación capsular tras cirugía de cataratas o cirugías dentales como la gingivectomía, hasta en procesos industriales, como tratamientos de superficie y mecanizados como el corte y marcado de plásticos o metales, automoción y armamento.

En el ámbito del mecanizado, el corte y el marcado, el láser de neodimio es indicado para metales, metales revestidos o lacados, especialmente los no reflectantes.

Láser de fibra VS Láser de neodimio

Los láseres de fibra y de neodimio son láseres de estado sólido ampliamente utilizados, que compiten en algunas aplicaciones pero en general su elección dependerá de los materiales y usos.

Sin embargo, los láseres Nd: YAG se están volviendo obsoletos porque las bombillas de las lámparas tienen una vida corta y requieren reemplazarlas con frecuencia (cada 8.000-15.000 horas de láser), así como también el propio cristal, que tiene una vida útil mucho más reducida que la fibra. No tienen tanta eficiencia y generan una gran cantidad de calor, por lo tanto, requieren medidas de enfriamiento con agua como los láseres de CO2. Estos requisitos hacen que la lámpara de flash/láser de neodimio necesite un elevado mantenimiento.

Los láseres de fibra son la tecnología láser más confiable disponible en la actualidad para aplicaciones de procesamiento de materiales, ofreciendo la mejor combinación de fiabilidad y capacidad de marcado.

Algunas de las diferencias de la fibra respecto al neodimio incluyen:

Bibliografía y trabajos de interés: