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El láser en Cuba
Beatriz Moreno Masó, 25 de agosto de 2010
Este año 2010 se celebra el cincuentenario del láser. En términos de vida humana, puede decirse que tiene ya madurez. Por este motivo, los días 5 y 6 de julio se reunieron en Cuba para celebrar esta efeméride de la Física, especialistas relacionados con dicha actividad desde sus comienzos, por los años 70. También participaron algunos invitados mexicanos. El evento fue promovido por el Laboratorio de Tecnología Láser (LTL) perteneciente al Instituto de Materiales y Reactivos para la Electrónica (IMRE), de la Universidad de La Habana, y estuvieron representantes de otras instituciones como el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE) y el Centro de Aplicaciones Tecnológicas y Desarrollo Nuclear (CEADEN), además de otros invitados. El primer día de sesiones tuvo lugar en el precioso Planetario de la Oficina del Historiador, y el segundo día, en el IMRE.
En el desarrollo de las sesiones se pasó revista a los principales logros de la rama de la Óptica en Cuba que, dicho sea de paso, se denomina “Óptica Coherente”. De esto se trata lo que nos proponemos narrar en este trabajo: dar al lector una visión de qué se ha hecho en Cuba en cuanto al láser. Y de paso, analizar a título personal, los logros, deficiencias y perspectivas. Pero para entender estas cuestiones, no queda más que saber qué es el láser, y a ello dedicaremos los primeros párrafos. Desgraciadamente, es común que se asocie a esta fuente de luz con las fantásticas visiones que transmiten las películas de ciencia ficción, y a lo largo de estas líneas, también pretendemos descorrer un poco el velo de misterio y tremendismo que se asocia a la cinematografía.
La luz del láser se semeja y se diferencia de la luz común por las características siguientes: son semejantes ya que ambas son ondas electromagnéticas, en ellas oscilan el campo eléctrico y magnético. Pero difieren en que la luz corriente, la que procede de una lámpara doméstica o del sol, generalmente posee varias o muchas longitudes de onda, mientras que, la luz del láser en principio posee una sola (en algunos casos dos o tres, en general, muy pocas). Recordemos que la longitud de onda es la distancia que media entre dos crestas o máximos consecutivos de las oscilaciones del campo eléctrico. Además, dentro de las diferencias, debe señalarse que en la luz del láser, las ondas marchan al unísono, o sea, los campos electromagnéticos de las forman suben y bajan al mismo tiempo. Esto no es así en la luz “normal”. Por este motivo a la luz del láser se le denomina “coherente” y a la luz normal “incoherente”.
Estas cualidades nos permiten hacer un símil entre ambos tipos de luces, un pelotón de soldados y una muchedumbre. En la muchedumbre hay mezclados hombres, mujeres y niños de varias tallas; cada una tiene el paso de diferente tamaño y cuando caminan, aunque dos personas tengan el paso de la misma longitud, no necesariamente caminan al unísono, cada uno va por su lado. En cambio, dentro del pelotón, los soldados están obligados a caminar marcando el paso al mismo tiempo.
Y además de lo anterior, sucede que la muchedumbre (luz normal) no está obligada a seguir el mismo camino, en cada esquina pueden algunos tomar su propio rumbo y al cabo de unas cuadras no habrá personas. Desciende la “intensidad de gentes” en la muchedumbre. Lo mismo le pasa a la luz proveniente de un bombillo. Al abrirse el haz luminoso si nos alejamos de la fuente, la intensidad de la luz disminuirá. Pero el pelotón de soldados deberá seguir marchando hasta que se le indique, en principio sin pérdidas. Así sucede con el láser. Esta última cualidad del láser, es la llamada direccionalidad, lo cual le permite recorrer largas distancias en un pequeño y fino haz.
Hemos resumido en el símil, las cualidades que caracterizan al láser: monocromaticidad, coherencia y direccionalidad. La primera, la igualdad de la longitud de onda; la segunda, las ondas marchan al unísono y tercera, no hay dispersión de las ondas a lo largo del camino de la luz, sino que van concentradas en su línea recta, manteniendo su intensidad. Por estas propiedades, el láser es una luz insustituible en muchísimas aplicaciones.Ahora, ¿cómo se produce la luz láser? Para ello primero explicaremos qué significa la palabra LÁSER. Light (luz) Amplification (amplificada) by Stimulated (estimulada por) Emisión (la emisión) of Radiation (de radiación). O sea: “luz amplificada por medio de la radiación estimulada”.
Traduzcamos esto al lenguaje común. Una buena parte de la luz que incide sobre nosotros proviene de la radiación producida en átomos y moléculas. Sucede que cuando un electrón en un átomo salta de un nivel energético superior a uno inferior, cede energía en forma de una onda electromagnética, de una longitud de onda determinada. Pero los átomos tienen muchos niveles energéticos, y las transiciones o saltos se producen sin coordinación en el tiempo. Además salen ondas con muchas longitudes de onda (valga la redundancia), según los niveles energéticos iniciales y finales. Por estos motivos, la luz común no es monocromática y además es incoherente.
Pero los físicos han descubierto la forma de “estimular” diversos materiales, a los que se denomina “medio activo” para que los saltos de los electrones hacia el nivel inferior se produzcan al unísono y siempre entre dos niveles determinados. Es decir: muchos átomos del medio activo son estimulados para que se ubiquen muchos electrones en un nivel dado, y en un momento determinado… ¡bum! bajan todos al nivel inferior y emiten su onda electromagnética al unísono. Se ha producido el “pulso láser”. He aquí el principio del funcionamiento de esta fuente de luz tan especial.
Las condiciones para lograr esto son las siguientes: El medio activo se rodea con una lámpara excitadora. Se enciende esta y su radiación incide sobre el medio activo. Algunos átomos de este último comienzan a emitir, y por mediación de los espejos del resonador, el sistema va incrementando el número de electrones que se ubican en el nivel adecuado y de repente todos ellos se lanzan al nivel inferior.
Así sale el pulso láser, el cual puede tener una duración de microsegundos, picosegundos y hasta menos. De esta manera se concentra la energía en un tiempo brevísimo, lo cual incrementa la potencia. Recordemos que la potencia es la energía aportada en la unidad de tiempo.
Mediante el uso de diferentes medios activos, puede lograrse que un láser trabaje en régimen de pulsos o en régimen continuo. Según la aplicación a que esté destinado, debe seleccionarse uno u otro tipo de láser.
La posibilidad de obtener el láser había sido propuesta por el archiconocido Albert Einstein desde principios del siglo pasado, pero fue hecho realidad en la URSS y los Estados Unidos prácticamente al mismo tiempo, las fechas están todavía en discusión. No obstante, el Premio Nobel de Física del año 1964 lo comparten Charles Townes (EEUU), Nikolai G. Basov y Alexander M. Prokhorov (URSS). Esto fue una expresión tácita de reconocimiento a los científicos de ambos lados de la Cortina de Hierro, a pesar de las tensiones de la Guerra Fría de entonces.
Desde entonces hasta la fecha, los láseres se han introducido en la vida diaria de las personas, aplicándose en las diferentes ramas de la técnica y la ciencia. Se utilizan en la medicina, las comunicaciones, en el tratamiento de materiales y otras esferas. Ahora pasaremos ver cómo ha sido el desarrollo de su implementación y desarrollo en Cuba.
Ahora, en los epígrafes que siguen, se tratará de qué se ha hecho en Cuba dentro del desarrollo del láser y sus aplicaciones.
A mediados de los años 70, varias instituciones cubanas se dieron a la tarea de incorporar al acervo científico-técnico nacional este nuevo instrumento de la ciencia. Estas instituciones fueron, fundamentalmente, el ISPJAE (Instituto Superior Pedagógico José Antonio Echevarría), la Academia de Ciencias y la Universidad de La Habana. Se tratarán en ese orden.
EL LÁSER Y EL ISPJAE
Las líneas de trabajo fueron dos esencialmente: la fabricación y las aplicaciones. Primero contamos con pequeños láseres de Helio-Neón, que daban una radiación continua de 632.8 nm (rojo). Recuerdo que con estos “lasercitos” empezamos haciendo los primeros hologramas (imágenes tridimensionales) y los otros experimentos posibles gracias a la luz coherente.
Dentro de la fabricación se priorizaron láseres con objetivos médicos, pues se sabía ya que era posible sustituir al bisturí convencional por un bisturí consistente en un láser infrarrojo y que además tendría bondades adicionales tales como mejorías en la cicatrización de las heridas. Con estos fines tendría la aplicación garantizada. En el ISPJAE, bajo la dirección del Dr. Luis Martí López, se construyó uno cuyo medio activo era el CO2, el cual se utilizó en diversas operaciones en el Hospital Calixto García.
Las excelentes relaciones que nuestro país tenía con la desaparecida Unión Soviética facilitaron que algunos de los entonces jóvenes fueran a recibir entrenamientos y a realizar doctorados en ese país. De este modo, ganamos en experiencia y conocimientos en las ramas de la Holografía y sus aplicaciones, como, la Interferometría Holográfica, o el Procesamiento Óptico de la Información y las Comunicaciones. Ya se dijo anteriormente que la Holografía es la técnica de realización de imágenes tridimensionales. Esta visión total del objeto es lo que genera el nombre de esta técnica, pues “holos” significa total en griego. La autora de este artículo encabezó el grupo de trabajo durante la etapa de confección de los hologramas de la base del monumento al Lugarteniente General Antonio Maceo y Grajales en Santiago de Cuba. Ya en nuestro país existen varios museos que cuentan dentro de sus exponentes con estas imágenes holográficas, las cuales permiten observar objetos espacialmente, lo que permite una experiencia mucho más enriquecedora que la presentación de imágenes fotográficas, que son bidimensionales.
En la figura se observa una imagen holográfica de un plato y una cuchara que pertenecieran a Antonio Maceo. Se ven detrás, del vidrio, como si estuvieran en el aire. Esto intriga a muchas personas que observan atentamente. El Dr. Rolando Serra del ISPJAE y un conjunto de universidades brasileñas han trabajado en el importante rubro del holograma como elemento educativo.La Interferometría Holográfica es una técnica que permite detectar deformaciones diminutas en piezas, lo cual es una herramienta útil para ingenieros mecánicos y diseñadores en general.
Con estos mismos objetivos se desarrollaron las técnicas de speckles, que son unas motitas o puntos luminosos diminutos generados por el carácter coherente de la luz cuando se iluminan objetos rugosos. Estos puntitos se utilizaron en el estudio de sistemas mecánicos y de ingeniería civil, por ejemplo, en el estudio de modelos de edificios a escala reducida. Todos los trabajos relacionados en este párrafo fueron hechos con láseres continuos de He Ne, traídos de la RDA, de 50 mW de potencia de salida.
También en el ISPJAE se desarrolló una serie de experimentos relacionados con la interacción del láser con la sustancia. En este caso debemos hablar de la sustancia inorgánica y la orgánica. En la primera debemos destacar el trabajo relacionado con el endurecimiento del filo de las cuchillas de la KTP (cortadora de caña) con tratamiento térmico láser. Esto se hizo con láseres de potencia, de CO2 y de Neodimio. Sucede que este tipo de tratamiento tiene bondades respecto al tradicional, ya que permite incidir exactamente en la zona de interés. De esto trató la tesis de doctorado del profesor Germán Muñiz. En la interacción del láser con la sustancia orgánica, se realizaron estudios y se aplicaron radiaciones de baja potencia a múltiples personas, entre ellas, atletas de nuestros equipos nacionales. Estas aplicaciones reportaban sensibles mejorías en los casos de tendinitis y otras molestias. Estos trabajos fueron encabezados por la profesora Águeda García.
Ahora bien, no solamente se trabajó en la Óptica. Es necesario mencionar el trabajo de Moire realizado con fines médicos para la detección de desórdenes en la columna vertebral. Mediante una red colocada frente al paciente y la luz de un proyector, se obtienen franjas, que permiten distinguir fácilmente la simetría o asimetría del objeto de estudio. Estos trabajos fueron realizados inicialmente por la autora y luego Alfredo Moreno los desarrolló en su tesis de doctorado, ampliando los estudios a diferentes partes del cuerpo y mejorando las condiciones de trabajo.
Actualmente, el ISPJAE trabaja en colaboración con una universidad brasileña en el tema de pantallas holográficas, lo cual permite obtener imágenes muy impactantes. Los resultados obtenidos hasta ahora resultan promisorios.
Es preciso reconocer en este punto el impulso que dieron a estas tareas y otras, el Dr. Ángel Augier, sobre todo en el procesamiento digital de imágenes y el ya fallecido Dr. Jorge Alum.
EL LÁSER Y LA ACADEMIA DE CIENCIAS DE CUBA
Mientras tanto, en la Academia de Ciencias se desarrollaba el desenvolvimiento de equipos basados en el uso del láser. Esto se hacía en el Centro de Desarrollo de Equipos de Industria y la Ciencia (CEDEIC), el cual después se unió al Centro de Aplicaciones de la Energía Nuclear (CEADEN). Cuando presenciamos la disertación del representante del CEADEN, todos los presentes teníamos en la memoria al físico, ya fallecido, Aurelio Oliva (el Yeyo), uno de los principales promotores de esta línea de trabajo, y además, bella persona.
Las líneas de trabajo y los equipos obtenidos, producidos por esta institución se resumen en tres: equipos para fisioterapia y acupuntura láser; equipos analíticos para la industria, la salud, la investigación y la enseñanza; y por último, la instrumentación para el diagnóstico en la medicina y en la industria. Esta línea de trabajo, la introducción de sus productos a nivel nacional y del láser de baja potencia en la salud, ha tenido múltiples éxitos en Cuba y en el extranjero. Una breve cronología nos demuestra el resultado anterior:
1987 Primer aparato láser (CEDEIC).
1990 Financiamiento de la primera producción (65 equipos).
1997 Financiamiento para rehabilitación con Proyecto Cuba-Italia (51 equipos).
1999 Instalados 17 equipos en servicios de medicina deportiva.
2000 Instalados 20 equipos LASERMED en servicios de estomatología.
En las décadas de 1990 y del 2000 se distribuyeron más de 185 equipos en el Sistema Nacional de Salud. Hay que reconocer el esfuerzo y la dedicación del equipo científico que logró estos éxitos en medio del Período Especial (1990-1995).
Estos láseres se utilizan en las especialidades médicas de Medicina Deportiva y Rehabilitación, Medicina Física y Rehabilitación, Estomatología, Dermatología, Medicina Tradicional, Cirugía General y Estética, Otorrinolaringología, Psiquiatría, Neurología, Ginecología, Proctología, Ortopedia y Traumatología.
Los especialistas del CEADEN tienen en explotación 48 de estos equipos en Cuba, en servicios de rehabilitación y otras especialidades; además se brindan servicios en salas de rehabilitación de Venezuela y Pakistán con 50 unidades más. Tienen instalados 65 equipos en servicios de Estomatología en diferentes provincias de nuestro país. Evidentemente, para la introducción de estos equipos en la práctica social ha habido que preparar el personal correspondiente, lo cual ha implicado la formación de más de 250 especialistas y técnicos del Sistema Nacional de Salud.
En el rubro de la instrumentación se destaca desde sus inicios la fabricación de polarímetros, o sea, equipos que operan sobre el principio físico de que determinadas sustancias son capaces de hacer rotar a la onda luminosa; a esto se le llama actividad óptica.
Ya desde hace mucho tiempo se utilizaban en nuestras fábricas de azúcar, los polarímetros, porque el azúcar es una sustancia óptimamente activa y su concentración en una solución está directamente relacionada con el ángulo rotado por la luz. Ahora, al usar como fuente de luz un láser, se puede mejorar el funcionamiento de los polarímetros, y con el desarrollo de la electrónica se puede crear un equipo especial.
En 1991 se introdujeron seis polarímetros en la industria farmacéutica para el control de la producción de dextrosa, y en hospitales para el análisis de glucosa en orina. Es obvia la importancia de este análisis. También se introdujeron en el año 1997, siete polarímetros en los centrales más importantes del país. Otra línea de trabajo fueron los densitómetros. Estos son equipos para realizar determinaciones cualitativas y cuantitativas de diferentes sustancias (ADN, proteínas, enzimas, ácidos grasos, colorantes, etc.), basándose en las mediciones de absorción óptica (OD). En 1993 se introdujo el primer densitómetro láser en el hospital Hermanos Ameijeiras y en 1999 otro en el hospital Luís Díaz Soto (Naval).
Más de treinta equipos distribuidos en diferentes sectores de la economía en las décadas de 1990 y del 2000 muestran el nivel de actividad de este grupo de trabajo.
En estos tiempos se trabaja por la introducción del sistema de cromatografía líquida con detección polarimétrica en el diagnóstico de enfermedades de la caña de azúcar. También en el desarrollo de nuevas aplicaciones de los polarímetros y sistemas en las industrias farmacéuticas, azucarera y biotecnológica. El equipo de investigación propone introducir los densitómetros en los servicios del Sistema Nacional de Salud y en la industria médico farmacéutica y también desarrollar nuevos detectores para aplicaciones en diferentes sectores socio-económicos. Dentro de los resultados cotidianos de su labor se puede citar que más del 90% de la producción de glucosa en el país se controla con los polarímetros LASERPOL, y ya se han introducidos densitómetros láser en el Laboratorio Clínico del Instituto de Gastroenterología (Ciudad de La Habana) y la Facultad de Ciencias Médicas de Matanzas.
Para la introducción del láser en el sistema de salud, han resultados decisivos los estudios de Juana Rassi sobre la efectividad de los mismos.
Estos grupos de trabajo, dirigidos actualmente por el Dr. Juan G. Darias se consolidan y trabajan por el desarrollo con pasos firmes y seguros.
EL LÁSER Y LA UNIVERSIDAD DE LA HABANA
Mientras tanto, en la Universidad de La Habana, otro grupo de físicos se desarrollaba en función de los láseres, trabajando en su fabricación y aplicaciones, bajo la dirección del dinámico Dr. Luís Ponce. Para ello se estableció en el IMRE el Laboratorio de Tecnología Láser (LTL) el cual se fundó en el año 1985. Los primeros láseres fueron con el medio activo de rubí y Nd (neodimio), este último emite en el rango del infrarrojo y tiene elevada potencia con respecto a los láseres de He-Ne. Los medios activos, rubí y neodimio se importaban y correspondía a la parte cubana la confección de fuentes y montaje de la aparatura. Transcurría el año 1985. Ya en 1987 se trabajó en un láser de nitrógeno.
Una vez obtenidos los equipos se utilizaban en diversos fines, como grabado, limpieza, y crecimiento de capas delgadas. Estos últimos puntos son de vital importancia en la microelectrónica.
Se demostró que era posible en nuestro país usar los rayos láser en la limpieza de obras pertenecientes al patrimonio cultural. El principio en que esto se basa es que los pulsos son breves y potentes y alcanzan la zona superior de los objetos, en donde se encuentra concentrada la mugre y la evaporan, sin afectar sensiblemente a la pieza. Evitan el uso de sustancias contaminantes que pueden causar problemas a la larga.
El desarrollo de estas técnicas permitió que este laboratorio exportara el láser con estos fines en el período 1996-1999. Es de destacar que aquí en el LTL de la Universidad de La Habana, se ha producido el láser con el pulso energético más grande de Cuba.
El LTL ha desarrollado también un perforador de piel (2002) que permite la realización de análisis de sangre (en pequeñas cantidades) de manera prácticamente indolora. Son muchos los aportes que este grupo ha hecho en este tema en Cuba, y esto se debe en gran medida a la acertada dirección. Está relacionado obviamente con el hecho de que este equipo de trabajo ha sido el más agresivo y eficiente en cuanto a la comercialización de sus productos en el mercado externo. De esta manera sucede que los equipos desarrollados por ellos se han comercializado en el país y se han exportado a Suiza, Italia, Portugal, España, Argentina y México. Se han captado más de 1.5 millones USD, en proyectos. Se han generado utilidades por más de trescientos mil dólares. Un grupo con estos resultados tiene más posibilidades de prosperar en nuestras condiciones de no financiamiento.
De esta forma, se cuenta con un proyecto estable de desarrollo, producción y comercialización en México. Tiene una identidad comercial e imagen desarrolladas por el Instituto Superior de Diseño Industrial y la marca BRALAX registrada ante la OCPI .
Hay que destacar que las instalaciones del LTL fueron construidas por los mismos físicos e ingenieros que en allí laboran. Cuando se dice “construir” se incluye albañilería, plomería, etcétera. Esta situación de haber levantado literalmente las paredes de sus laboratorios les produce un sentido de pertenencia muy destacado dentro del gremio de los laseristas del país.
Y no puede dejar de mencionarse en este punto que hablamos de la Universidad de La Habana, los análisis sobre la interacción del láser con la sustancia viva de Esperanza Purón, de la Facultad de Física. Esta especialista, como parte de equipos multidisciplinarios, ha trabajado los mecanismos de este fenómeno tan prometedor e interesante.
Físicos y otros especialistas han trabajado fuerte a lo largo de todos estos años, obteniendo resultados que se introducen en la sociedad a veces con más resistencia de lo que esperan los autores. El apoyo con que han contado los laseristas en muchos casos ha sido el de sus propias fuerzas. Naturalmente, ha habido proyectos con apoyo casi irrestricto, como por ejemplo, en los proyectos de elevado interés de las autoridades como los hologramas de Maceo en Santiago de Cuba. Una cuestión que se discutió bastante en el evento fue las dificultades burocráticas de la producción cooperada y su comercialización, debido a las características de nuestra economía con su centralización absoluta sobre los recursos económicos. Esta centralización no permite la reacción rápida ante los mercados ni la disponibilidad de los fondos de manera relativamente autónoma. Sin embargo, hay ejemplos de sobra que ponen de manifiesto la capacidad y la honradez de quienes investigan y crean para emprender este tipo de empresa, sin que implique necesariamente que se les olviden sus deberes con el país. Todo lo contrario. Se trata de buscar formas más ágiles y eficientes de aportar más a Cuba.
También debe mencionarse el problema de jóvenes que se incorporan al gremio y después de haber recibido títulos académicos se van en busca de nuevos horizontes. Es necesario que la profesión sea próspera, que los sacrificios valgan la pena.
Desde el punto de vista académico existe un problema muy importante para seguir profundizando, y que incumbe tanto al campo de la Biología como al de la Física. Se trata de la interacción láser - sustancia biológica. En nuestro país se da tratamiento con equipos láser a lo largo y a lo ancho, en los policlínicos comunitarios. Es evidente que da resultado, pues los trabajos que he conocido, y cuyos autores merecen mi mayor respeto, así lo demuestran. No obstante, debe seguir estudiándose el tema, con vistas a mejorar la descripción fisiológica íntima que existe entre la evolución de una célula y la radiación láser que incide sobre ella.
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Francisco Blanco Hernández y Francisco Blanco Ávila
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