¿Qué es Cavidad láser?

Ejemplo 23.11 (El láser de helio–neón)

Un tubo de vidrio de $30\,\mathrm{cm}$ de largo, con un diámetro interior de $1\,\mathrm{mm}$, que contiene helio y neón a cerca de una milésima de atmósfera, atravesado por una descarga de unos pocos miliamperios. Los electrones excitan el helio a un nivel metastable a $20.6\,\mathrm{eV}$, que cede su energía por colisión a un nivel del neón a casi exactamente la misma altura; desde ahí el neón decae a un nivel inferior (que se vacía deprisa al fundamental — cuatro niveles) emitiendo a $632.8\,\mathrm{nm}$. La ganancia en pequeña señal es minúscula, de un pequeño porcentaje por pasada, así que los espejos han de ser excelentes ($R_1 = 0.999$, $R_2 = 0.99$) y el tubo, limpio; la raya de ganancia está ensanchada por Doppler hasta $\Delta\nu \approx 1.5\,\mathrm{GHz}$, los modos están separados $c/2L = 500\,\mathrm{MHz}$, así que oscilan dos o tres modos a la vez. Salida de $1\,\mathrm{mW}$ para varios vatios de descarga: rendimiento $10^{-4}$; pero con una longitud de onda definida hasta $10^{-6}$ y un haz que sigue midiendo $1\,\mathrm{mm}$ de ancho a lo ancho del laboratorio.

Ejemplo 23.14 (Cortar, leer, apuntar)

Un láser de dióxido de carbono de $1\,\mathrm{kW}$ a $10.6\,\text{µ}\mathrm{m}$, con un radio de haz de $10\,\mathrm{mm}$, enfocado con $f = 100\,\mathrm{mm}$: $w_0' = 34\,\text{µ}\mathrm{m}$, irradiancia de pico $2P/\pi w_0'^2 = 5 \times 10^{11}\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ — el acero hierve. Un puntero de $1\,\mathrm{mW}$, con $w_0 = 0.5\,\mathrm{mm}$ a $633\,\mathrm{nm}$: $\theta = 0.4\,\mathrm{mrad}$, una mancha de $4\,\mathrm{cm}$ a $50\,\mathrm{m}$ y una irradiancia de $2.5\,\mathrm{kW}/\mathrm{m}^{2}$ a la salida — por encima de la luz solar, razón por la que ni un milivatio debe entrar nunca en un ojo: el cristalino lo enfocaría en una mancha de $10\,\text{µ}\mathrm{m}$ en la retina a millones de vatios por metro cuadrado. Un lector de discos a $650\,\mathrm{nm}$ con una lente de apertura numérica $0.6$ enfoca en unos $\lambda/2\mathrm{AN} \approx 0.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, el tamaño de un hoyo.