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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS
CARACTERIZACIÓN DE UN LÁSER DE ARGÓN IONIZADO
Jaime Esteban Salazar Estrada
Tesis de Licenciatura
presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica
de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
Directores de tesis:
Dra. Claudia Sifuentes Gallardo y Dra. Ma. Auxiliadora Araiza Esquivel
UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
Zacatecas, Zac., 04 de mayo del 2007
i
Resúmen
En este trabajo se presenta la evolución de los láseres hasta nuestros días, mostrando una pequeña reseña histórica y personajes que se han visto involucrados en la creación de este dispositivo. También se habla de algunos láseres existentes y sus diferentes aplicaciones en la
sociedad moderna.
Una parte de este trabajo consta de un estudio documental del desarrollo de los láseres, el
impacto que tuvo en sus inicios, cuales fueron las principales técnicas de funcionamiento y
como han ido evolucionando conforme a las nuevas tecnologías que se han ido presentando.
La segunda parte de este trabajo consiste en la caracterización de un láser de argón ionizado.
Hoy en día el láser ocupa una importante posición en el estudio de la óptica, ya que se estudian nuevos materiales para láser con aplicaciones en comunicaciones a largas distancias,
almacenamiento de información, procesamiento de señales ópticas, etc.
ii
Justificación
La adquisición de un láser de argón ionizado para el laboratorio de Procesamiento Digital
de Señales de la Universidad Autónoma de Zacatecas hace necesario el estudio profundo del
dispositivo láser para comprender su funcionamiento, características y parámetros. Este estudio
permitirá la realización de prácticas con señales ópticas con fines educativos y científicos.
Objetivos
El desarrollo de este trabajo tiene como principal objetivo la caracterización del sistema de
láser de argón ionizado de la serie Melles Griot, modelo 35-LAP-431-220 para dejar información de diagnóstico para conocer el desempeño y eficiencia de éste equipo.
iii
ESTE TRABAJO LO DEDICO A:
A MI MADRE:
A mi madre Cruz Esthela Estrada Piña por el gran apoyo que me ha brindado durante mi
formación académica desde sus inicios hasta el día de hoy, por su ánimo y entusiasmo que me
ha transmitido para que siguiera adelante, y sobre todo por la paciencia que ha tenido durante
todo este tiempo, muchas gracias madre.
A MI HERMANO:
A mi compañero y amigo incondicional Jorge Eduardo Salazar Estrada que ha seguido los
pasos junto a los mios, que hemos vivido tantas cosas através de este hermoso camino, gracias
hermano.
A MIS HERMANOS:
A mis hermanos José Francisco y Martha Patricia Salazar Estrada por el empeño que
mostraron durante su formación académica y que yo viera su esfuerzo para salir adelante en
sus estudios y en la vida, por haberme transmitido su ánimo y su perseverancia. Gracias mis
hermanos.
A IMELDA:
A mi compañera y amiga que ha sido durante mi formación profesional, por compartir tantos
momentos, gracias amor.
iv
Agradecimientos
• Primeramente agradesco a dios que me ha permitido llegar hasta este paso, por haberme
dado salud y fuerzas para terminar mi carrera profesional.
• A mis asesores la Dra. Claudia Sifuentes Gallardo y la Dra. Ma Auxiliadora Araiza
Esquivel por el apoyo incondicional que siempre me brindaron.
• A mis maestros que me supieron guiar y brindarme sus conocimientos y experiencias
para mi formación.
• Al proyecto PROMEP-NPTC/2003.
• A cada uno de mis compañeros de ingeniería, amigos y conocidos que han seguido mis
pasos y brindado su apoyo que me permitiera día a día seguir adelante.
v
Contenido General
Pag.
Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vi
1
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2
Láseres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
3
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. 8
. 8
. 11
. 14
. 18
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Algunas aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Láser de Argón y resultados experimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
5
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Láser de Argón Ionizado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.1
3.2
3.3
4
Introducción . . . . . . . . . .
Partes que componen un láser .
Funcionamiento de un láser . .
Características del rayo láser .
Tipos de láseres . . . . . . . .
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Transformador de 127/220VCA . . . . . . . . .
Armado del sistema . . . . . . . . . . . . . . . .
Encendido del láser . . . . . . . . . . . . . . . .
Apagado del láser . . . . . . . . . . . . . . . . .
Micrómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Modo de control de luz y corriente . . . . . . . .
Medida de corriente del tubo y potencia de salida
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38
42
42
44
44
48
49
Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Apéndices
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
vi
Lista de figuras
Figura
Pag.
1.1
Esquema del láser de rubí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
2.1
Medio activo de un láser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.2
Sistemas de bombeo de un láser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.3
Cavidad o resonador óptico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4
a) Absorción. b) Emisión estimulada. c) Emisión espontánea. . . . . . . . . . . . 13
2.5
Coherencia de la luz emitida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.6
Amplificación de la luz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.7
Intensidad de un rayo de luz láser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.8
Coherencia temporal de un láser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.9
Coherencia espacial de un láser. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.10 Esquema del láser de He-Ne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.11 Esquema de láseres longitudinales de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.12 Corte de materiales con el láser de CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.13 Esquema de un láser semiconductor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.14 Sistema de comunicación con un láser semiconductor. . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.15 Esquema de un láser de rubí. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.16 Esquema de un láser de soluciones líquidas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.17 Encapsulados de algunos láseres comerciales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
vii
Figura
Pag.
3.1
Frecuencias de emisión del láser de argón ionizado. . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2
Esquema del láser de argón ionizado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3
Láseres comerciales de argón ionizado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.1
Sistema láser de argón ionizado de la serie Melles Griot. . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2
Esquema del montaje del transformador de 127/220V. . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.3
Montaje del transformador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.4
Uniones del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.5
Sistema conectado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.6
Pasos de encendido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.7
Pasos de apagado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.8
Esquema del micrómetro del láser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.9
Emisiones y relación del micrómetro con la longitud de onda . . . . . . . . . . . . 48
4.10 Diagrama de bloques del circuito por control de luz. . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.11 Tarjeta adaptadora de pruebas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.12 Pruebas de diagnóstico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.13 Gráfica del voltaje vs potencia para λ = 514nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.14 Gráfica del voltaje vs corriente para λ = 514nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.15 Gráfica del voltaje vs potencia para λ = 488nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.16 Gráfica del voltaje vs corriente para λ = 488nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.17 Gráfica del voltaje vs potencia para λ = 457nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.18 Gráfica del voltaje vs corriente para λ = 457nm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Capítulo 1
Introducción
Las investigaciones que con el tiempo darían lugar al láser tuvieron su origen en una rama
de la física actualmente conocida como mecánica cuántica. En 1900, Max Planck formuló
la hipótesis de que los átomos excitados emitían energía en paquetes discretos y no como
una emisión continua de energías, a los que denominó cuantos, tal y como proponía la teoría
de ondas de la radiación electromagnética entonces imperante. Planck nunca investigó las
implicaciones de este concepto, lo que sí hizo Albert Einstein 5 años después al sugerir que la
luz misma no estaba compuesta por ondas, sino por paquetes de energía (a los que después se
denominó fotones); cuanto mayor es la frecuencia de la luz, mayor es el nivel energético del
fotón. Einstein demostró cómo en determinadas condiciones los electrones podían absorber y
emitir la energía de los fotones [4].
No todos estaban de acuerdo con la teoría de Einstein de la luz como partícula; la discusión
continuaría un par de décadas. Pero incluso antes de que los físicos aceptaran que la luz era
de algún modo tanto onda como partícula, Einstein ya había descubierto otro fenómeno. De
acuerdo con el modelo de átomo de Niels Bohr, expuesto en una serie de documentos en 1913,
los electrones ocupan órbitas específicas alrededor del núcleo que están determinadas por los
niveles de energía de los electrones.
Un electrón sólo puede absorber la cantidad exacta de energía que se necesita para transferirlo de una órbita a otra más alta y emite una cantidad de energía al pasar de una órbita a
2
otra más baja. Esto explicó por qué los átomos de un gas determinado como, por ejemplo, el
neón, emiten un patrón concreto de longitudes de onda y por qué las lámparas de descarga de
vapor, como las que se basan en mercurio o sodio, tienen un color característico [4].
En 1917 Albert Einstein estudió y predijo el fenómeno de emisión estimulada en los átomos, según el cual un átomo que recibe luz de la misma longitud de onda de la que puede
emitir, es estimulado a emitirla en ese instante [5].
Los átomos que están en un estado excitado, es decir, aquellos cuyos electrones están en
órbitas de mayor energía, volverán con el tiempo y de forma espontánea a su estado de mínima
energía o fundamental, desprendiéndose de la energía almacenada en el proceso. En un sistema
de átomos dado, esta emisión espontánea ocurre al azar y los fotones de energía se emiten en
direcciones aleatorias. Einstein reconoció que si los átomos en estado excitado se encuentran
con fotones de luz con la cantidad adecuada de energía (es decir, una cantidad igual a la diferencia entre los estados de mayor y menor energía), se puede originar una reacción de emisión
en cadena que aumentaría la intensidad de la luz que está pasando, como si los electrones,
deseosos de capturar los fotones entrantes, soltaran los que ya tienen almacenados. Además,
todos los fotones se emitirían en la misma dirección que los fotones entrantes. Este proceso se
denomina ”emisión estimulada” .
El único problema era que la amplificación por emisión estimulada sólo ocurriría si el
número de átomos en estado excitado era mayor que el número de átomos en estado de mínima
energía, lo que resultaba ser justamente lo opuesto a la situación normal; es decir, la emisión
estimulada requería lo que se conoce como una inversión de población: provocar que una
población completa de átomos entre en estado excitado, normalmente mediante su exposición
a la luz [4].
La primera propuesta conocida para la amplificación de la emisión estimulada apareció
en una solicitud de patente soviética en el año 1951, presentada por V.A. Fabrikant y dos
de sus alumnos. En 1953, Joseph Weber, de la universidad de Maryland, propuso también
la amplificación de la emisión estimulada y, al año siguiente, los rusos Basov y Prokhorov,
escribieron un artículo explorando mucho más a fondo el concepto [6].
3
El siguiente trabajo fundamental para la evolución posterior del láser fue el del bombeo
óptico, desarrollado a principios de la década de los cincuenta por Alfred Kastler (1902-1984),
basado en técnicas de resonancia ópticas, el cual está desarrollado con la colaboración de su
alumno Jean Brossel, de la École Normale Supérieure de París, y fructificó con el descubrimiento de métodos para subir el nivel energético de los átomos; dicho de otro modo, métodos
para que los electrones de los átomos suban al nivel deseado, utilizando efectos de resonancia
óptica. Estos métodos recibieron el nombre de bombeo óptico por el mismo Kastler, quien
mereció el premio Nobel de física en 1966 [1].
Éstas son las fechas oficiales correspondientes a la primera parte de la carrera del láser. El
hecho más significativo tuvo lugar en el banco de un parque de Washington DC del 26 de abril
de 1951, donde Charles H. Townes se encontraba. Fue allí donde se le ocurrió la gran idea de
cómo tener las condiciones necesarias para amplificar la emisión estimulada de microondas.
Las microondas son ondas electromagnéticas muy cortas, como por ejemplo, las que se utilizan
en ciertos tipos de hornos. No se trata de ondas luminosas, y sin embargo la revelación de
Townes tuvo una importancia sumamente trascendental para el láser. La idea de Townes, según
sus propias palabras en aquella época, "solo parecía factible en parte". Siguiendo el método
tradicional de los catedráticos de física, formuló el problema en forma de tema para una tesis
y se lo ofreció a James P. Gordon, alumno licenciado de la universidad de Columbia [6].
Durante los 2 años siguientes en los que a Charles H. Townes se le ocurrió aquella idea, trabajó con James Gordon y Herbert Zeiger en la creación de dicho sistema. A finales de 1953, se
dieron a conocer los resultados de sus investigaciones. Enviaban un haz de amoniaco a través
de un campo eléctrico que desviaba las moléculas de menor energía y enviaba las moléculas
de mayor energía a otro campo eléctrico; la exposición al segundo campo provocaba que todas
las moléculas de amoniaco de mayor energía pasaran casi simultáneamente al estado fundamental, emitiendo fotones de microondas que tenían la misma frecuencia y circulaban en la
misma dirección. Townes llamó a este dispositivo "máser" (siglas de "microwave amplification by stimulated emission of radiation"), que significa amplificación de microondas mediante
emisión estimulada de radiación [4].
4
En años posteriores proliferaron los máseres. Debido a que la física de éstos era fascinante,
el nuevo campo atrajo a numerosos investigadores, pero por desgracia se encontraron pocas
aplicaciones para los aparatos en cuestión. Sin embargo, la gama de frecuencias que amplifica es excesivamente limitada para la mayoría de las aplicaciones electrónicas. Los físicos
deseaban ir más allá, y no tardaron en comenzar a investigar otras zonas del espectro electromagnético, en especial las longitudes de onda de la luz infrarroja y visible [6].
A medida que Charles H. Townes seguía experimentando con estos dispositivos "máser",
era cada vez más evidente que la emisión estimulada podía funcionar con longitudes de onda
más cortas de infrarrojos y hasta de luz visible. Se decidió acuñar el término "láser" para
este dispositivo, siendo "l" la inicial de "luz". En su intento por desarrollar una teoría de la
acción del láser más completa, Townes en septiembre de 1957 se puso en contacto con Arthur
Schawlow, uno de los físicos de los Laboratorios Bell, con la finalidad de construir un láser [4].
Por otro lado Gordon Gould, que era estudiante licenciado de la facultad de física de la
universidad de Columbia, donde Townes ejercía de catedrático, se inspira en el máser y en las
ideas de Townes para el estudio y seguimiento de este dispositivo.
A partir de entonces surgieron varios problemas entre Townes y Gould por adjudicarse la
patente del dispositivo láser, gracias a que cada uno de ellos afirmaba haber tenido primero la
idea del funcionamiento del láser y posteriormente llevar a cabo su construcción.
Entre quienes observaban el ajetreo reinante, se encontraba un físico de los laboratorios
de investigación de la compañía aérea Hughes, en Malibú, California, llamado Theodore H.
Maiman. Éste había estado utilizando un rubí sintético como cristal para un láser y lo había
estudiado con suma atención. Otros investigadores habían llegado, en general, a la conclusión
de que el rubí no constituía el material adecuado para el láser debido a las características de
los átomos en el interior del cristal, pero los cálculos de Maiman le convencieron de que sería
apropiado.
Trabajando solo y sin ayuda alguna por parte del Gobierno, Maiman construyó un pequeño
artefacto que consistía en un cristal cilíndrico de rubí de un centímetro aproximado de diámetro,
rodeado de una lámpara espiral intermitente, mostrándose el esquema en la figura 1.1. Los
extremos de la barra de rubí habían sido cubiertos con el fin de que actuasen como espejos,
5
condición necesaria para la oscilación del láser. Cuando el cristal recibía ráfagas de luz de
unas millonésimas de segundo de duración, producía breves pulsaciones de luz láser. El 7 de
julio de 1960, Maiman comunicó a la prensa que había hecho funcionar el primer láser. Tan
pequeño era el aparato, de unos escasos centímetros de longitud, que no se permitió que los
periodistas lo fotografiasen y se les ofreció en su lugar la fotografía de otro artefacto que todavía
no había funcionado, pero que le parecía más impresionante debido a su mayor tamaño. En los
años sesenta la mayor parte de los equipos electrónicos se construían todavía con voluminosas
válvulas y de algún modo, lo mayor parecía mejor.
Figura 1.1 Esquema del láser de rubí.
El láser de Maiman producía unos 10.000 watts de luz, pero duraba escasamente unas
millonésimas de segundo en un momento dado y correspondía a un extremo tan rojo del espectro luminoso que era casi invisible. Se precisaban delicados instrumentos para comprobar
que las pulsaciones no eran simplemente fluorescentes, sino que correspondían a un tipo de
luz que nadie había visto hasta entonces: la luz láser. La era del láser acababa de comenzar. Lamentablemente, las implicaciones del descubrimiento de Maiman no fueron evidentes
en aquellos momentos para los redactores de una de las más prestigiosas publicaciones en su
campo, la Physical Review Letters. Tras haber decidido en 1959 que los progresos en la física
de los máseres ya no merecían ser publicados con urgencia, rechazaron el informe de Maiman.
La segunda publicación de su elección era la prestigiosa, aunque menos especializada,
revista británica Nature, donde en 1960 publicaron el artículo de Maiman que constaba escasamente de 300 palabras y constituía, por consiguiente, el más sucinto informe jamás divulgado
6
sobre un importante descubrimiento científico. A pesar de su brevedad, el artículo permitió
que se repitiese la hazaña de Maiman en varios laboratorios.
Después de estudiar el trabajo de Maiman, los demás investigadores dirigieron rápidamente
su atención a la construcción de otros modelos de láseres. Durante el año 1960 se construyó
el primer láser de gas y dos nuevos modelos de cristal, uno de los cuales era de Schawlow. En
1961 se descubrieron dos nuevos tipos de láser, uno de ellos debido al equipo de Gould de la
TRG Inc. Al igual que el de Maiman, funcionaba por bombeo óptico, pero el material activo
era vapor de cesio (un metal) [6].
Para 1961 A. Javan construye un láser utilizando una mezcla gaseosa de helio-neón, en el
mismo año Snitzer realiza investigaciones sobre el láser de Nd:vidrio.
Entre el año de 1961-1962 N. Bloenbergen y R.V. Khokhov realizan investigaciones teóricas fundamentales en el campo de la óptica no lineal y los láseres.
Para el año entre 1962-1963 los primeros láseres de semiconductores funcionaban en varios
laboratorios del mundo. En el año de 1964 Patel construye el primer láser de CO2 , Kasper y
Pimentel desarrollan el láser químico de yodo.
En el año de 1969 Beaulieu desarrolla los láseres TEA(Transversely Excited Atmospheric
Pressure), en 1970 Basov desarrolla los láseres de excímeros, en 1976 Ewing y Brau desarrollan también un láser excímero de KrF2 y para 1977 Deacon y colaboradores construyen el
primer láser de electrones libres [1].
El verdadero auge comenzó en 1962, y en 1965 la actividad del láser había sido observada en mil longitudes de onda diferentes, y ello sólo en los gases. Fueron muchos los que
comenzaron a estudiar las posibles aplicaciones de los láseres a partir del momento en que se
descubrieron. Una de ellas consistía en calcular la distancia a la que se encontraban ciertos
objetos, y los militares no tardaron en aprovecharla para determinar la posición de los blancos.
Los investigadores de los laboratorios Bell, entre otros, empezaron a estudiar su aplicación en
el campo de las comunicaciones, como habían previsto en todo momento Townes y Schawlow.
Pronto comenzaron los pioneros del láser a cubrirse de honores. En 1964, Townes, Basov
y Prokhorov compartieron el premio Nobel de física. A Townes se le otorgó la patente del
máser que, puesto que cubría toda amplificación por emisión estimulada fuese cual fuese la
7
longitud de onda, afectaba también al láser. Townes y Schawlow compartieron una patente
básica sobre el láser (es decir, un artefacto que opere especialmente en longitudes de onda
ópticas e infrarrojas). A Maiman se le otorgó una patente por su láser de rubí y al fin consiguió
hacerse con una suma considerable de dinero al vender su participación en Korad Inc. a la
Union Carbide Corporation.
La fabricación comercial de los láseres tampoco se hizo esperar. Una de las primeras empresas en el nuevo campo fue la Korad Inc., fundada por Maiman en Santa Mónica, California,
en 1962. No tardaron en aparecer otras. Entre las que han logrado un gran éxito se encuentra
Spectra-Physics Inc [6].
Capítulo 2
Láseres
2.1
Introducción
El término LASER es un acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación). Un láser es un dispositivo
que emite un rayo de luz amplificada, el cual es muy intenso, que tiene propiedades escalares y
vectoriales idénticas (frecuencia, fase, dirección y polarización). Este rayo de luz al que emite
el dispositivo tiene características especiales que otras fuentes de luz no tienen tales como
brillantez, monocromaticidad, coherencia y unidireccionalidad.
El láser ha ampliado repentina y grandemente los horizontes de la óptica, cuando se descubrió, se vio inmediatamente que era un instrumento con grandes posibilidades de aplicación,
pero como surgió por accidente, no originada por una necesidad hubo que comenzar a buscar
para qué era útil. Al decir accidente lo que se quiere decir es que las investigaciones originalmente estaban dirigidas a otro fin, llevando inesperadamente al descubrimiento del láser.
Ahora se pueden encontrar en miles de aplicaciones muy variadas en cualquier sector de la
sociedad moderna [1, 2].
2.2
Partes que componen un láser
Los componentes básicos y principales de un láser son: el medio activo, el sistema de
bombeo y el resonador óptico [8].
9
Figura 2.1 Medio activo de un láser.
• Medio activo
Todos los láseres se han fabricado como resultado del salto de electrones de un nivel de
energía, dentro de un medio radiactivo, hacia un nivel de energía más bajo (estado base)
y en ese proceso se radia luz, como se muestra en la figura 2.1. Estos medios radiactivos
pueden ser de sólido, líquido o gas. El medio activo es el elemento que rige la longitud
de onda de la luz emitida [7].
• Sistema de bombeo
Se provoca mediante una fuente de radiación (una lámpara), como se muestra en la figura
2.2 a) o el paso de corriente eléctrica mostrado en la figura 2.2 b) o por medio de otros
láseres como en la figura 2.2 c) que provoca la excitación de la especie activa, es decir,
parte de sus electrones pasan del estado fundamental (de baja energía) a distintos estados
de energía más elevados. Estos electrones van a estar poco tiempo en estos estados, en
donde permanecen un tiempo relativamente largo (en el orden de los milisegundos) [2].
• Cavidad o resonador óptico
Generalmente compuesto por dos o más espejos (u otro tipo de dispositivo reflector)
enfrentados uno al otro, que reflejan la luz -inicialmente emitida por una lámpara de
bombeo u otro dispositivo y magnificada por el amplificador- y la envían una y otra vez a
estos espejos, que incrementa su intensidad en los sucesivos pasajes a que da lugar cada
reflexión. Así, la intensidad de luz se hace progresivamente más grande y produce una
10
Figura 2.2 Sistemas de bombeo de un láser.
11
Figura 2.3 Cavidad o resonador óptico.
concentración de energía en determinada dirección emitiendo el dispositivo un haz. Uno
de los espejos se fabrica de manera tal que deje pasar parte de la luz incidente, y esa
fracción de luz es, normalmente, la salida del láser. La figura 2.3 muestra un esquema
general con los elementos básicos de un láser [3].
2.3
Funcionamiento de un láser
En un láser su haz de luz está basado en la emisión estimulada (que se produce en el medio
activo), que ocurre cuando un fotón induce a un electrón que se encuentra en un nivel excitado
a pasar al estado de reposo, lo que hace que se emita un fotón con la misma frecuencia y fase
del fotón estimulante. En este caso la condición básica es tener una fuente de inversión de
población (cuando en un sistema predominan los átomos excitados) y una cavidad resonante,
de manera que cada fotón emitido funciona como un fotón estimulante obteniéndose así la
amplificación de la luz [1, 3].
A fin de comprender el fenómeno de emisión estimulada, recuérdese que la luz es emitida
y absorbida por los átomos mediante los mecanismos llamados de emisión y de absorción,
respectivamente. Si el electrón de un átomo está en una órbita interior, puede pasar a una
exterior solamente si absorbe energía del medio que lo rodea, generalmente en la forma de un
fotón luminoso, como lo muestra la figura 2.4 a) . Si el electrón se encuentra en una órbita
12
exterior, puede caer a una órbita interior si pierde energía, lo cual puede también suceder
mediante la emisión de un fotón, como en la figura 2.4 b).
Cuando un electrón está en una órbita exterior también se dice que está en un estado superior. El electrón no puede permanecer en un estado superior un tiempo demasiado grande,
sino que tiende a caer al estado inferior, emitiendo un fotón, después de un tiempo sumamente
corto, menor que un microsegundo, al que se denomina vida media del estado. Es por eso que
este proceso de emisión se conoce como emisión espontánea. Figura 2.4 c).
La energía que necesita un electrón para subir al estado superior no necesariamente se manifiesta bajo la forma de fotón luminoso. También puede absorber la energía que se le comunique mediante otros mecanismos, como por ejemplo, mediante una colisión con otro átomo.
Si estamos subiendo constantemente los átomos de un cuerpo al estado superior mediante un
mecanismo cualquiera, éstos caerán espontáneamente al estado inferior emitiendo luz. A este
proceso se le conoce con el nombre de "bombeo óptico".
Existe una segunda forma de emisión de luz por un átomo, llamada emisión estimulada.
Si un electrón está en el estado superior y recibe un fotón de la misma frecuencia del que
emitiría si bajara al nivel inferior, desestabilizando a este átomo e induciéndolo a emitir inmediatamente. Después de esta emisión estimulada existirán dos fotones en lugar de uno, el
que estimuló y el estimulado mostrado en la figura 2.4 b). Naturalmente, para que la emisión
estimulada tenga lugar se requiere que el electrón permanezca en el estado superior un tiempo
suficientemente largo para darle oportunidad al fotón estimulador a que llegue al átomo. Por
esta razón, el proceso de emisión estimulada es más fácil si el nivel superior tiene una vida
media relativamente larga.
Las fases de las ondas de la luz emitida por un dispositivo láser se encuentran sincronizadas
y en la misma dirección como la figura 2.5 a) lo muestra, a diferencia de una fuente distinta que
el láser, tales como un foco o una lámpara en que las ondas de su luz emitida por estas fuentes
se encuentran en forma independiente y totalmente desincronizada. Dicho de otro modo, las
fases de las ondas no tienen ninguna relación entre sí, o lo que es lo mismo, las crestas de estas
ondas no están alineadas, como lo muestra la figura 2.5 b).
13
Figura 2.4 a) Absorción. b) Emisión estimulada. c) Emisión espontánea.
Figura 2.5 Coherencia de la luz emitida.
14
Figura 2.6 Amplificación de la luz.
Como los átomos tienden constantemente a caer al estado o nivel inferior, la mayoría de
ellos en un momento dado estarán ahí. Lo que logra el bombeo óptico es que la mayoría de
los átomos estén constantemente en el nivel superior. Este proceso se denomina inversión de
población, y es absolutamente indispensable para que se produzca la emisión láser. Supóngase
que la vida media del estado superior es lo suficientemente larga como para permitir la emisión
estimulada. Se le hace incidir en este material un fotón de la frecuencia adecuada para provocar
la emisión estimulada. Es fácil ver que se provocará una reacción en cadena, por lo que a
la salida se tendrán no uno, sino una multitud de fotones. Dicho de otro modo, se habrá
amplificado la luz mediante el mecanismo de emisión estimulada como lo muestra la figura
2.6.
A fin de que éste sea un proceso continuo, se coloca un espejo semitransparente a la salida,
para regresar parte de los fotones que salen, y así seguir provocando la emisión estimulada. A
la entrada se coloca otro espejo, totalmente reflector, y de esta manera se tiene la amplificación
de la luz.
2.4
Características del rayo láser
El rayo de luz procedente de un láser se caracteriza en cuatro aspectos básicos:
1. Intensidad
La luz láser es intensa. No obstante, sólo ciertos láseres son potentes. La intensidad
es una medida de la potencia por unidad de superficie, e incluso los láseres que emiten
15
sólo algunos miliwatts son capaces de producir una elevada intensidad en un rayo de un
milímetro de diámetro. La figura 2.7 muestra la intensidad de un rayo láser en un punto
exacto [6].
Figura 2.7 Intensidad de un rayo de luz láser.
2. Direccionalidad
Los haces láser son estrechos y no se dispersan como los haces de otras fuentes de luz
tales como las de un foco, esta cualidad se denomina direccionalidad. Los dispositivos
láser emiten radiación con una alta direccionalidad y un bajo ángulo de divergencia, gracias a esto con el rayo de luz se tiene una mayor energía concentrada en una pequeñísima
área y aún a grandes distancias que hace por consiguiente una importante característica
para muchas aplicaciones [9].
3. Monocromaticidad
Los láseres producen luz de un solo color, es decir, su luz es monocromática (de una
longitud de onda). La luz común contiene todos los colores, es decir todas las longitudes
de onda del espectro de luz visible, que combinados se convierten en blanco. Los haces
de luz láser han sido producidos en todos los colores del arcoiris (si bien el más común
es el rojo), y también en muchos tipos de luz invisible; pero un láser determinado sólo
puede emitir única y exclusivamente en una sola longitud de onda o color. Existen láseres
sintonizables que pueden ser ajustados para producir diversos colores, pero incluso éstos
no pueden emitir más que un color único en un momento dado. Determinados láseres,
pueden emitir varias frecuencias monocromáticas al mismo tiempo, pero no un espectro
continuo que contenga todos los colores de la luz visible como pueda hacerlo una bombilla. Además, existen numerosos láseres que proyectan luz invisible, como la infrarroja
y la ultravioleta [6].
16
4. Coherencia
La radiación de un láser tiene un alto grado de coherencia temporal y espacial.
• Coherencia temporal
La coherencia temporal está relacionada con la correlación de la fase de la onda
en un determinado punto alcanzado por la misma en dos instantes de tiempo diferentes. Si se considera el campo eléctrico en un punto P en dos instantes distintos
t y t+T, y se define el tiempo de coherencia como el máximo valor de T para que
la diferencia de fase entre el campo en ambos puntos permanezca predecible. El
elevado índice de coherencia temporal de los generadores láser como en la figura
2.8 se muestra, es relacionado con la monocromaticidad y es explotado en diversas
aplicaciones como medidas de distancias, velocidades, vibraciones, etc.
• Coherencial espacial
La coherencia espacial hace referencia a una relación de fase definida entre puntos
distintos de una sección transversal de un haz luminoso. Para ilustrar este concepto se consideran 2 puntos: P1 y P2, que se encuentran en la misma sección
transversal del haz (superficie perpendicular a la dirección de propagación), y sean
E1(t) y E2(t) los campos eléctricos en ambos puntos. Si la diferencia de fase entre
los campos permanece constante en cualquier instante t>0 se dice que entre ambos
puntos hay una coherencia espacial perfecta. En general para un determinado punto
P1, los puntos P2, para los cuales se cumple la condición de coherencia espacial,
pertenecen a una área limitada en torno a P1 llamada área de coherencia, por lo que
se dice que el haz presenta coherencia espacial parcial. Para las fuentes luminosas
convencionales el área de coherencia es del orden de 0.0001 mm cuadrados, mientras que para el láser es del orden de 1 mm cuadrado. También va a influir en la
divergencia del haz láser y por tanto va a estar relacionado con la direccionalidad
como se muestra en la figura 2.9 [10].
17
Figura 2.8 Coherencia temporal de un láser.
Figura 2.9 Coherencia espacial de un láser.
18
2.5
Tipos de láseres
La extensa variedad de láseres existentes en la actualidad pueden ser clasificados en continuos o pulsados, de baja potencia o de alta potencia, según la longitud de onda (color de la
luz) en que emiten, o según el material del que están hechos; más sin embargo se dará una
clasificación según el material que se usa como medio activo, de tal manera que existen tres
grupos los cuales son: láseres de gas, láseres sólidos y láseres líquidos [1]:
1. Láseres de gas
El medio de un láser de gas puede ser un gas puro, una mezcla de gases o incluso un
vapor metálico, y suele estar contenido en un tubo cilíndrico de vidrio o cuarzo. En el
exterior de los extremos del tubo se sitúan dos espejos para formar la cavidad del láser.
Los láseres de gas son bombeados por luz ultravioleta, haces de electrones, corrientes
eléctricas o reacciones químicas. El láser de helio-neón (He-Ne) resalta por su elevada
estabilidad de frecuencia, pureza de color y mínima dispersión del haz. Los láseres de
bióxido de carbono son muy eficientes, y son los láseres de onda continua (CW, siglas
en inglés) más potentes. En la Tabla 2.1 se muestran diferentes tipos de láseres de gas
con sus principales características [5].
19
Sistema
Elemento
Región
Forma de
Potencia
activo
espectral o
operación
típica
continua
10 mW
color
He-Ne
neón
rojo, 632.8
nm, verde,
infrarrojo
He-Cd
cadmio
violeta, UV
continua
10 mW
He-Se
selenio
verde
continua
10 mW
Ar+
argón
verde, azul
continua o
10 W
pulsada
Kr+
kriptón
rojo
continua o
10 W
pulsada
CO2 -N2 -He
bióxido de
infrarrojo,
continua o
carbono
10600nm
pulsada
100W
Tabla 2.1. Diferentes tipos de láseres de gas.
Láser de Helio-Neon (He-Ne)
El láser de He-Ne fue el primer láser de gas que se construyó. Actualmente sigue siendo
muy útil y se emplea con mucha frecuencia. Los centros activos de este láser son los átomos de neón, pero la excitación de éstos se realiza a través de los átomos de helio. Una
mezcla típica de He-Ne para estos láseres contiene siete partes de helio por una parte de
neón.
Funcionamiento del láser de He-Ne
El bombeo del láser de He-Ne se realiza por medio de las colisiones que realizan los
electrones de una descarga eléctrica, principalmente con los átomos de helio. Como
resultado de estas colisiones, los átomos de helio son excitados.
20
Figura 2.10 Esquema del láser de He-Ne.
La figura 2.10 muestra la estructura básica de un láser de He-Ne. Las ventanas de Brewster instaladas en los extremos del tubo consisten en láminas de vidrio colocadas en un
ángulo específico (llamado ángulo de Brewster) para disminuir al máximo reflexiones de
luz no deseada.
Generalmente estos láseres operan a una longitud de onda de 632.8 nm, y las potencias
típicas de salida son de 1 a 50 mW de potencia continua.
Algunas aplicaciones
Este láser es sin duda alguna uno de los más ampliamente utilizados tanto en investigación básica como para fines didácticos o industriales que no requieran altas potencias
luminosas.
Sus principales aplicaciones se presentan en el campo de la metrología, la holografía
y la interferometría holográfica, por ejemplo, en la realización de pruebas mecánicas
no destructivas para verificar el estado de fatiga de tanques de alta presión, estructuras
mecánicas y llantas de avión. De este modo, utilizando una simple prueba óptica se
puede saber la resistencia y confiabilidad que un elemento mecánico puede tener. En
la industria naval y aeroespacial, entre algunas otras, este tipo de pruebas introducen un
factor de seguridad nunca antes imaginado [1].
21
Los láseres de He-Ne han sido también utilizados con éxito en algunas aplicaciones
médicas; en dermatología para el tratamiento de manchas en la piel, o como auxiliares
para estimular la regeneración de tejido en cicatrices [1].
Dentro de sus muy amplias aplicaciones científicas, basta mencionar que el uso de este
tipo de láseres es necesario en la alineación de cualquier experimento o sistema óptico
de precisión [1].
Láser de carbono (CO2 )
El láser de bióxido de carbono (CO2 ) es el ejemplo más importante de los láseres moleculares. El medio activo en este láser es una mezcla de bióxido de carbono (CO2 ), nitrógeno
(N2 ) y helio (He), aunque las transiciones láser se llevan a cabo en los niveles energéticos
del CO2 .
Funcionamiento de un láser de CO2
Aunque todos los láseres de CO2 funcionan debido a los mismos principios, es conveniente analizar por separado los diferentes tipos de láseres de CO2 , los cuales pueden ser
clasificados por la manera en que se hace circular la mezcla gaseosa y por los métodos de
producir la descarga eléctrica. A continuación se escribirán los láseres de CO2 de flujo
axial y de flujo y excitación transversal.
a) Láser de CO2 de flujo axial
Estos láseres, también conocidos como ”láseres longitudinales de CO2 ”, constan
básicamente de un tubo enfriado por medio de agua (o algún otro refrigerante) en
cuyos extremos se colocan los espejos del resonador. La mezcla de gas se hace
fluir por el tubo al mismo tiempo este se excita eléctricamente utilizando dos electrodos. La simplicidad de estos aparatos y la facilidad con que pueden construirse
los hacen muy atractivos para aplicaciones que requieren potencias bajas y medianas (menores de 500 watts continuos.)
22
La eficiencia de un láser de CO2 puede aproximarse al 25%; esto los sitúa entre los
láseres más eficientes.
b) Láser de flujo y excitación transversal de CO2
Para los láseres de flujo axial existe un límite en la potencia máxima que pueden
proporcionar. Esto se debe a que gran parte de la potencia eléctrica que consumen
es disipada en forma de calor. En estos láseres, el calor se elimina por difusión del
centro del tubo hacia las paredes, las cuales son enfriadas. Una forma más eficiente
de realizar el enfriamiento consiste en hacer que el gas fluya perpendicularmente a
la descarga.
Si el flujo es lo bastante rápido, el calor se elimina por convección más que por
difusión, y la excitación es realizada por una descarga perpendicular al eje del
resonador. El flujo de gas y de corriente eléctrica de descarga puede aumentarse
considerablemente (en relación con un láser de flujo axial) y por tanto la potencia de salida también aumenta. Potencias continuas de 3 kW y aún mayores son
fácilmente alcanzables.
Debido a que estos láseres operan a presiones de gas más elevadas que las de los
láseres de excitación longitudinal, se tiene una mayor potencia de salida debido al
incremento de la cantidad de centros activos por unidad de volumen en la región de
excitación.
La figura 2.11 muestra el esquema de un láser de CO2 .
Algunas aplicaciones
Las altas potencias proporcionadas por estos láseres han difundido su aplicación a varios
procesos de manufactura y se ha logrado hacer eficiente la producción bajando al mismo
tiempo los costos.
Algunas de las principales aplicaciones de este tipo de láseres están en la industria metalmecánica, plástica y textil, entre muchas otras. Son usados en el endurecimiento de metales así como en corte, soldadura y perforación. En la figura 2.12 se ilustra la aplicación
23
Figura 2.11 Esquema de láseres longitudinales de CO2 .
de este tipo de láseres en el corte de diversos materiales. En la mayoría de estas aplicaciones el uso del láser está sincronizado con elementos automáticos o computarizados
tales como robots. De esta forma el corte de complicados diseños en diversos materiales
puede realizarse en forma rápida y precisa. Hoy en día, son ya innumerables las industrias que utilizan robots-láser en sus líneas de producción, como la industria electrónica
y la automotriz.
Además de estas aplicaciones industriales, destacan las aplicaciones médicas del láser
de CO2 . Esto es debido a que la radiación láser emitida de 10600 nm es fuertemente
absorbida por las moléculas de agua. Dado que el cuerpo humano está compuesto en
más del 80% por estas moléculas, al hacer incidir dicha radiación en el tejido humano
ésta es rápidamente absorbida. Al focalizar esta radiación en un tejido se produce una
fina quemadura, cuya profundidad (para un sistema de focalización dado) puede controlarse variando la potencia del láser, lo cual constituye el principio de operación del
bisturí láser. Las aplicaciones de este instrumento en cirugía general están ampliamente
difundidas en la actualidad. Una importante ventaja que tiene sobre los bisturíes convencionales radica en que con el láser al mismo tiempo que se corta se está cauterizando; de
este modo, es posible realizar complicadas intervenciones quirúrgicas sin gran pérdida
de sangre y con mayor rapidez.
24
Figura 2.12 Corte de materiales con el láser de CO2 .
25
Aparte de las aplicaciones quirúrgicas del láser de CO2 destacan sus aplicaciones en
dermatología, ginecología, proctología y recientemente, odontología [1].
2. Láseres sólidos
Los medios más comunes en los láseres de estado sólido son varillas de cristal de rubí
o vidrios y cristales con impurezas de neodimio. Los extremos de la varilla se tallan
de forma que sus superficies sean paralelas y se recubren con una capa reflectante no
metálica. Los láseres de estado sólido proporcionan las emisiones de mayor energía.
Normalmente funcionan por pulsos, generando un destello de luz durante un tiempo
breve. El bombeo se realiza mediante luz de tubos de destello de xenón, lámparas de
arco o lámparas de vapor metálico. La gama de frecuencias se ha ampliado desde el
infrarrojo (IR) hasta el ultravioleta (UV) al multiplicar la frecuencia original del láser
con cristales de dihidrogenofosfato de potasio, y se han obtenido longitudes de onda aún
más cortas, correspondientes a rayos X, enfocando el haz de un láser sobre blancos de
itrio. En la Tabla 2.2 se muestran algunos de los pricipales láseres sólidos [5].
Sistema
Rubí
Elemento
Región
Forma de
Potencia
activo
espectral
operación
típica
cromo
rojo 694.3
pulsada
—
infrarrojo
continua o
1W
1060nm
pulsada
nm
Nd3+ YAG
neodimio
Nd-vidrio
neodimio
infrarrojo
pulsada
—
Ga-As
arsenuro
infrarrojo
continua o
1W
de galio
840nm
pulsada
silicio
infrarrojo
continua o
600-
pulsada
Semiconductor
900nm
Tabla 2.2. Diferentes tipos de láseres sólidos.
.5 W
26
Láser semiconductor
Los láseres semiconductores son los láseres más eficientes, baratos y pequeños que es
posible obtener en la actualidad. Desde su invención en 1962 se han mantenido como
líderes en muchas aplicaciones científico-tecnológicas y su continua producción masiva.
Diseñando una unión P-N de forma adecuada, podemos formar una cavidad láser, cuya
región activa está formada por la región de unión de los materiales P y N. La realización
práctica de un láser semiconductor se muestra esquemáticamente en la figura 2.13.
Figura 2.13 Esquema de un láser semiconductor.
Algunas Aplicaciones
Debido a su solidez y a sus reducidas dimensiones, estos láseres encuentran aplicación en
cualquier área tecnológico-científica que demande un láser de no muy alta potencia. Hoy
en día, una de las aplicaciones principales de estos láseres se encuentra en los sistemas
electro-ópticos de comunicación, en los cuales las líneas de transmisión por medio de cables eléctricos son sustituidas por fibras ópticas que tienen la ventaja de poder transmitir
bastante más información que los cables eléctricos convencionales, además de ser prácticamente insensibles a perturbaciones eléctricas exteriores. En la figura 2.14 se ilustra
la idea básica de estos sistemas de comunicación. En la actualidad es posible transmitir
hasta 50 000 conversaciones telefónicas simultáneamente, por medio de una sola fibra
óptica. Estos revolucionarios avances logrados en sistemas de comunicación que utilizan
fibras ópticas y diodos láser eran inimaginables hace unas cuantas décadas [8].
27
Figura 2.14 Sistema de comunicación con un láser semiconductor.
Otra aplicación actual muy importante de los diodos láser se encuentra en los sistemas
de lectura de discos ópticos compactos, mejor conocidos como discos láser o discos
compactos. Estos discos contienen cierta información grabada digitalmente por medio de
perforaciones cortas o largas en una laminilla metálica que es encapsulada en el plástico
que constituye el disco compacto.
Láser de rubí
Históricamente éste fue el primer láser que funcionó en el mundo. Como se dijo en el
capítulo anterior fué construido por Maiman en 1960, quién usó como medio activo un
cristal de rubí sintético. El rubí es una piedra preciosa formada por cristales de óxido
de aluminio (Al2 O3 ), que contiene una pequeña concentración de alrededor de 0.05%
de impurezas de óxido de cromo (Cr2 O3 ) (el óxido de aluminio puro, Al2 O3 , se llama
zafiro). La presencia del óxido de cromo hace que el cristal puro de óxido de aluminio se
torne rosado y llegue a ser hasta rojizo si la concentración de óxido de cromo aumenta.
La forma geométrica típica que adopta el rubí usado en un láser es la de unas barras
cilíndricas de 1 a 15 mm de radio y algunos centímetros de largo, como se muestra en la
figura 2.15.
Algunas aplicaciones
Este láser ha sido utilizado con éxito en aplicaciones industriales, militares, médicas y
científicas. No obstante, hay que mencionar que debido a lo costoso y la complicada
28
Figura 2.15 Esquema de un láser de rubí.
fabricación de sus barras sintéticas de rubí, desde hace algunos años este tipo de láser ha
sido desplazado por láseres similares en concepción y diseño que utilizan como centros
activos iones de neodimio. La diferencia básica entre ambos láseres está en la longitud
de onda de emisión: en el láser de rubí es de 694.3 nm y en el de neodimio de 1064 nm.
Por lo tanto, prácticamente en todas las aplicaciones se debe tener en mente que se puede
usar indistintamente un láser de rubí o uno de neodimio.
Entre sus aplicaciones industriales destaca su uso en la microperforación, así como en la
producción de componentes electrónicos de precisión, como por ejemplo resistencias, en
las cuales es necesario volatilizar muy pequeñas cantidades de material para fabricar resistencias de muy alta precisión. Otra importante aplicación de estos láseres se encuentra
en el mercado de productos de venta con logotipos comerciales.
En el campo de la industria militar, estos láseres han sido utilizados como "marcadores
de blanco". Con un láser de baja potencia de este tipo se apunta hacia el objetivo que
se desea destruir; en seguida un misil o cohete con un sensor adecuado, diseñado para
identificar el lugar en donde el láser está siendo apuntado se dirige a dicho lugar y logra
así la destrucción del objetivo.
Entre las aplicaciones médicas se puede mencionar su uso en el tratamiento de problemas dermatológicos y tumores cancerosos, y su uso como cauterizador o bisturí láser.
Ya que la radiación producida por este láser puede propagarse a través de fibras ópticas,
es posible realizar en forma simple, segura y sin muchas molestias para el paciente, intervenciones en el estómago para el tratamiento de úlceras, o en las venas para destruir
29
obstrucciones que podrían causar serios problemas circulatorios. En ambos casos dichas
operaciones pueden realizarse en cuestión de minutos, y no requieren hospitalización ni
cirugía mayor. Una de las aplicaciones actuales más espectaculares y prometedoras de
este tipo de láseres consiste en obtener energía por medio de microexplosiones termonucleares de fusión que puedan ser utilizables para fines civiles [1].
3. Láseres líquidos
Los materiales más comúnmente utilizados como medio activo en los láseres líquidos
son tintes orgánicos contenidos en recipientes de vidrio, como la rodamina 6G, disuelta
en un líquido. Se bombean con lámparas de destello intensas -cuando operan por pulsoso por un láser de gas -cuando funcionan en modo continuo como se muestra en la figura
2.16. La frecuencia de un láser de colorante sintonizable puede modificarse mediante un
prisma situado en la cavidad del láser [5].
Figura 2.16 Esquema de un láser de soluciones líquidas.
Algunas aplicaciones
En la actualidad hay más de 200 líquidos orgánicos que pueden ser usados como medio
activo para este tipo de láser. Se pueden obtener longitudes de onda de emisión desde el
30
ultravioleta hasta el infrarrojo, y con estos láseres se realizan varias aplicaciones científicas en espectroscopía y excitación o absorción selectiva, entre muchas otras. Asimismo
su uso en el problema de la separación isotópica ha sido objeto de amplia investigación,
principalmente en el desarrollo de los programas nucleares de varios países. El Uranio
natural U238 contiene aproximadamente el 0.7% del isótopo más ligero U235 , que es requerido por la industria nuclear [1].
Hoy en diá existe una gran variedad de empaquetados de todo tipo de láseres, de gas,
sólidos, líquidos de diferentes compañías dedicadas a la construcción y el diseño de éstos. En
la figura 2.17 se muestran algunos tipos de láseres ya existentes en el mercado.
31
Figura 2.17 Encapsulados de algunos láseres comerciales.
Capítulo 3
Láser de Argón Ionizado
3.1
Introducción
En el presente capítulo se estudiará detalladamente características, funcionamiento, esquemas y aplicaciones de un tipo de láser específico: el láser de argón ionizado, con la finalidad
de comprender y analizar el comportamiento de dicho láser, potencias generadas, frecuencias
en las que emite, características eléctricas que maneja, etc. y así trabajar con seguridad con el
láser.
3.2
Funcionamiento
Este tipo de láser entra en la clasificación de los láseres de gas, ya que su medio activo
consiste de un gas noble llamado Argón. Las transiciones radiactivas entre niveles altamente
excitados de gases nobles se conocen desde hace largo tiempo, y la oscilación láser en este
medio activo data desde la década de los sesenta. Entre estos láseres, el de argón ionizado es el
que más se utiliza, debido a sus intensas líneas de emisión en la región azul-verde del espectro
electromagnético (figura 3.1) y a la relativa alta potencia continua de hasta 100W que se puede
obtener de él, y que además puede también operarse de manera pulsada.
El bombeo se realiza por una descarga eléctrica cuya corriente típica es entre 15 y 50
amperes, que al pasar por el tubo de descarga puede producir densidades de corriente del orden
de 1 000 Amperes/cm2 , y gracias a estas corrientes tan elevada es necesario el enfriamiento
con agua o aire.
33
Figura 3.1 Frecuencias de emisión del láser de argón ionizado.
34
En la figura 3.2 se muestra el esquema de un láser de argón ionizado [8].
El bombeo, necesario tanto para ionizar el argón como para lograr la inversión de población
de los niveles energéticos superiores de éste, se realiza por medio de colisiones múltiples entre
electrones producidos por la descarga eléctrica con iones y átomos activos.
Para evitar que los electrones de excitación pierdan energía al colisionar con las paredes
del tubo de descarga se utiliza una bobina que produce un campo magnético para limitar el
movimiento de los electrones en la dirección longitudinal del tubo.
Debido a la alta corriente, el movimiento de los iones hacia el cátodo y de los electrones
hacia el ánodo producirá una diferencia en la distribución de iones y de presión en el tubo, la
cual puede interrumpir la oscilación del láser. Para solucionar este problema, una conexión de
retorno para el gas se coloca entre el cátodo y el ánodo cuidando la trayectoria de la columna
de descarga en el tubo para evitar que la descarga eléctrica se realice en la conexión de retorno.
Para poder seleccionar una sola longitud de onda de oscilación en el láser, dentro de la
cavidad óptica se introduce un ”elemento dispersor”, como por ejemplo un prisma. De este
modo sólo retornará a lo largo del eje óptico del láser radiación de una sola longitud de onda.
3.3
Algunas aplicaciones
Dado que estos láseres pueden proporcionar potencias continuas de hasta 100 watts y también ser operados en forma pulsada, se les ha encontrado diversas aplicaciones médicas, técnicas y científicas.
Su uso en fotoimpresión y litografía está muy difundido, así como en el mercado de logotipos comerciales.
Estos láseres también han sido extensamente utilizados en el estudio de la cinética de reacciones químicas y en la excitación selectiva de éstas. Hay algunas reacciones químicas que sólo
se producen en presencia de radiación láser o cuya rapidez puede incrementarse notablemente
cuando los reactivos son irradiados con luz láser de longitud de onda apropiada. En el primer
caso se pueden obtener sustancias que de otro modo sería difícil obtener y en el segundo caso
se tiene la posibilidad de incrementar la productividad de algunas industrias químicas.
35
Figura 3.2 Esquema del láser de argón ionizado.
36
Otro importante campo de aplicación de estos láseres está en el área médica. En particular
destacan sus aplicaciones en oftalmología para la fotocoagulación y ”soldadura” de pequeñas
áreas. El ojo es transparente a la luz entre aproximadamente 0.38 y 1.4 mm. A menores
longitudes de onda el cristalino y la córnea absorben la radiación y a mayores longitudes de
onda son las moléculas de agua presentes en el ojo las que absorben la luz. Por medio de
radiación láser es posible en la actualidad tratar casos de desprendimiento de retina.
Finalmente, cabe mencionar que además de las aplicaciones anteriores, este tipo de láser
es ampliamente utilizado (en algunos casos en forma bastante peligrosa e irresponsable) en
”discotecas” y en laser-shows. En la figura 3.3 se muestran algunos empaquetados de este tipo
de láseres ya existentes en el mercado [1].
37
Figura 3.3 Láseres comerciales de argón ionizado.
Capítulo 4
Láser de Argón y resultados experimentales
4.1
Introducción
En el presente capítulo se presentan los resultados que se obtuvieron en la caracterización
del sistema láser de argón ionizado de la serie Melles Griot, modelo 35-LAP-431-220, mostrado
en la figura 4.1, del cual se obtuvieron esquemas, gráficas y ecuaciones con la finalidad de observar el funcionamiento y rendimiento que presenta el dispositivo. Además, se dan los pasos
a seguir para armar, encedender y apagar el láser.
4.2
Transformador de 127/220VCA
Como primer paso se diseñó un transformador elevador de 127/220V con laminaciones delgadas y núcleo de hierro para una potencia de 3KVA, ya que la fuente de poder del dispositivo
láser requería de alimentación de 220V y una capacidad de corriente máxima de 11A. Dada la
potencia y el voltaje de cada uno de los extremos del transformador se determina la capacidad
de corriente del secundario con la ecuación 4.1 y posteriormente del primario con la ecuación
4.2.
Isec =
3000V A
P
=
= 13.63Amps
V
220V
(4.1)
39
Figura 4.1 Sistema láser de argón ionizado de la serie Melles Griot.
Iprim =
P
3000V A
=
= 23.62Amps
V
127V
(4.2)
Para el montaje de este transformador elevador de voltaje fueron tomados en cuenta los
resultados de las ecuaciones anteriores. El material utilizado es:
• Cable del número 10
• Cable del número 12
• 1 Interruptor
• 1 Fusible de 30A
• 2 Toma corrientes
• 1 Led indicador de encendido
• 1 Transformador de 127/24V.
• 4 Diodos 1N514 a 3A.
40
• 1 Capacitor de 3300µF
• 1 Resistencia de 1.8KΩ de 1/4Watts
El primario del transformador de 127/220V se conecta a la línea de 127 con el cable del
número 10, en donde en uno de sus extremos es colocado el interruptor y el fusible. En el
secundario se conectan los toma corrientes para obtener los 220VCA.
En la figura 4.2 se muestra el esquema del montaje del transformador. El transformador de
127/24 se conecta al primario del transformador antes mencionado y en el secundario se coloca
un puente de diodos para la rectificación de la señal y posteriormente se conecta el capacitor
como filtro para la obtención de corriente directa y alimentar al led indicador de encendido que
se conecta posteriormente con la resistencia.
Figura 4.2 Esquema del montaje del transformador de 127/220V.
Al tener todos los cálculos, el diagrama del regulador y el material adecuado, se procedió
al armado de éste. En la figura 4.3 se muestra el transformador armado.
41
Figura 4.3 Montaje del transformador
42
4.3
Armado del sistema
Todo el sistema del láser de argón consta de 4 elementos principalmente: un transformado,
una fuente de poder, tarjeta adaptadora de pruebas y la cabeza del láser, los cuales deber ser
conectados:
1. Primeramente se conecta el cable del láser a la fuente de poder en el conector P1. El
conector es redondo como lo muestra la figura 4.4 a).
2. Se coloca uno de los anillos de seguridad, unido al conector de la fuente de poder usando
una llave de 1/16" que se provee con el equipo como se muestra en la figura 4.4 a).
3. Conectar el otro extremo del cable a la cabeza del láser, de igual manera uniendo el otro
anillo de seguridad como se muestra en la figura 4.4 b).
4. Se remueve el conector remote P2 y se inserta la tarjeta adaptadora de pruebas ( figura
4.4 a) ).
5. Se conecta el cable de corriente a la fuente de poder como se muestra en la figura 4.4 a).
6. Por último se conecta el cable de corriente al transformador como se muestra en la figura
4.4 c).
Todo el sistema armado se muestra en la figura 4.5.
4.4
Encendido del láser
Una vez armado el láser, éste no debe encenderse de forma arbitraria, se debe hacer siguiendo las siguientes instrucciones:
I.- Presionar el interruptor ubicado en la parte posterior del transformador mostrado en la
figura 4.6 a).
II.- Presionar el interruptor de la fuente de poder mostrado en la figura 4.6 b).
43
Figura 4.4 Uniones del sistema
Figura 4.5 Sistema conectado
44
III.- Para visualizar el rayo es preciso deslizar la apertura de disparo del láser hacia arriba que
se encuentra en la parte frontal de la cabeza del láser mostrado en la figura 4.6 c).
IV.- Girar la llave mostrada en la figura 4.6 b) hacia la dirección de las manecillas del reloj, en
ese momento el ventilador empezará a funcionar y el rayo se observará aproximadamente
en 35 segundos.
4.5
Apagado del láser
Es importante no apagar el láser de forma arbitraria, sino más bien apagarlo siguiendo el
procedimiento inverso al encendido, es decir:
I.- Se girar la llave al contrario de las manecillas del reloj mostrada en la figura 4.7 a).
II.- Se espera a que se apague el ventilador.
III.- Se presiona el interruptor de la fuente de poder.
IV.- Y por último se apaga el transformador.
Nota: No se debe pasar a los puntos III y IV si el ventilador del láser no ha dejado de
funcionar.
4.6
Micrómetro
Una vez conectado correctamente todo el sistema, se verifican cada una de las longitudes
de onda a las que emite, dichas longitudes son: violeta(457nm), azul(488nm) y verde(514nm).
Se utiliza un micrómetro para sintonizar cada una de las longitudes de onda, las cuales
están en escala de mm, como lo muestra la figura 4.8.
El micrómetro está compuesto de 3 áreas: en el área 1 se mide en unidades de milímetro,
en el área 2 en décimas de milímetro y en el área 3 en centésimas de milímetro. El total de la
suma de estas tres áreas (obtenida en mm) se relaciona con la longitud de onda (violeta, azul o
verde).
45
Figura 4.6 Pasos de encendido
46
Figura 4.7 Pasos de apagado
47
Figura 4.8 Esquema del micrómetro del láser
48
Figura 4.9 Emisiones y relación del micrómetro con la longitud de onda
Como se puede ver en la figura 4.9 a) la primera área tiene 2 líneas + 0 líneas en la segunda
área + 0.27 líneas en la tercer área, esto es igual a: 2.0 + 0.0 + 0.27 = 2.27mm. Con esta
calibración se tiene una longitud de onda de 457nm que corresponde al violeta.
En la figura 4.9 b) y c) se muestra la calibración del micrómetro para las longitudes de onda
del azul y del verde, para la cual el micrómetro debe estar a 2.42mm y 2.63mm, respectivamente.
4.7
Modo de control de luz y corriente
El modo de control de luz y corriente son dos maneras de operar el sistema, ya sea controlado por la corriente que se suministra al láser, o el control de variación de la luz.
Normalmente los láseres ionizados, ya sea de argón o kriptón, operan en modo de onda
continua lo que los hace más susceptibles para operarlos en modo de control de luz. Con este
tipo de modo de operación, como lo muestra la figura 4.10, el rayo del láser es monitoreado por
un circuito realimentador que controla la corriente del tubo del láser. Un decrecimiento en la
luz de salida es proporcional a un crecimiento en la corriente del tubo y viceversa manteniendo
la salida de luz en un valor único.
49
Figura 4.10 Diagrama de bloques del circuito por control de luz.
En modo de control de corriente, la corriente del tubo se mantiene constante todo el tiempo,
y la salida de luz es a la que se le permite variar, en otras palabras, manteniendo la salida de
luz constante, en modo de control de luz reduce significativamente el ruido de alta frecuencia,
particularmente por encima de los 10Khz.
En este tipo de láser en particular opera en modo de control de luz, ya que permite una vida
del tubo más prolongada, sin embargo si se desea es posible cambiar de modo de control de
luz a modo de control de corriente, simplemente insertando la tarjeta adaptadora de pruebas
(test adapter board), mostrada en la figura 4.11 ( para más información consultar la sección 4.2
del manual de usuario [11] ). Este tipo de modo de control es usualmente usado para verificar
la eficiencia y obtener información de diagnóstico, como se verá más delante, pero se puede
hacer en ambos modos.
4.8
Medida de corriente del tubo y potencia de salida
Cada uno de los pasos e instrucciones que se presentarán en esta sección harán referencia
a la hoja de datos y al manual de usuario respectivamente [11, 12].
50
Figura 4.11 Tarjeta adaptadora de pruebas.
Para la medición de la corriente y potencia de salida del tubo se realizaron los siguientes
pasos .
1. Asegurarse de tener cerrado el interruptor de emisión (llave), mostrada en la figura 4.12.
2. Remover el conector remoto P2 e insertar la tarjeta adaptadora de pruebas en la fuente
de poder del láser.
3. Encender el sistema descrito en los pasos anteriores.
4. Localizar CURRENT, COM y OUTPUT POWER, en la tarjeta adaptadora de pruebas (
figura 4.12).
5. Con un voltímetro digital medir la corriente del tubo observando el voltaje entre los
puntos de prueba CURRENT y COM, el factor de calibración está dado por: 0.1V por
un Ampere de corriente del tubo.
6. Con un voltímetro digital medir la potencia de salida observando el voltaje entre los
puntos de prueba OUTPUT POWER y COM. El factor de calibración está dado en la
fuente de poder para cada una de las longitudes de onda.
51
Figura 4.12 Pruebas de diagnóstico.
Una vez seguidas las instrucciones anteriores se procede a realizar las mediciones. Primeramente para la longitud de onda de 514nm (verde) se determina la potencia de emisión del láser
y posteriormente la corriente del tubo.
La información fue extraída de manera gradual, es decir, se fue aumentando de la mínima
potencia del botón de ajuste hasta la máxima, obteniendo la Tabla 4.1, donde la potencia va de
1.18 a 43.13mW presentando el sistema un exceso de calentamiento a los 10 minutos de estar
a la máxima potencia, debido a que sólo poseé el ventilador de extracción de aire caliente y no
del sistema de enfriamiento. El calentamiento se presentó en la medida en que se aumenta el
botón de ajuste, apreciándose en la medición un lento aumento de potencia y alta temperatura
alrededor del sistema, ya que la demanda de corriente se seguía elevando.
La figura 4.13 muestra la gráfica para la potencia de salida con respecto al factor de calibración presentado en la ecuación 4.3, así como también se determinó la Tabla 4.2 y la gráfica
para la corriente del tubo ( figura 4.14 ), siendo 0.1V por Ampere con respecto al voltaje medido, obteniendo una medición de corriente un poco arriba respecto a lo que se indica en la
hoja de datos del láser.
52
VERDE
Voltaje (V)
Potencia (mW)
0.045
1.18
0.045
1.18
0.051
1.34
0.074
1.95
0.400
10.53
0.540
14.21
0.670
17.63
0.800
21.05
0.860
22.63
0.950
25.00
1.008
26.53
1.080
28.42
1.160
30.53
1.215
31.97
1.260
33.16
1.460
38.42
1.464
38.53
1.639
43.13
Tabla 4.1. Voltaje vs potencia para λ = 514nm.
Pmw =
V
0.038
(4.3)
53
Figura 4.13 Gráfica del voltaje vs potencia para λ = 514nm.
54
VERDE
Voltaje (V)
Corriente (A)
0.512
5.12
0.512
5.12
0.616
6.16
1.023
10.23
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
Tabla 4.2. Voltaje vs corriente para λ = 514nm.
La mínima y máxima potencia que fueron obtenidas bajo estas condiciones de operación
se muestran en la tabla 4.3, así como la corriente mínima y máxima en la Tabla 4.4.
VERDE
Voltaje (V)
Potencia (mW)
0.098
2.57
2.138
56.23
Tabla 4.3. Voltaje vs potencia inicial y final para λ = 514nm.
55
Figura 4.14 Gráfica del voltaje vs corriente para λ = 514nm.
56
VERDE
Voltaje (V)
Corriente (A)
0.512
5.12
1.108
11.08
Tabla 4.4. Voltaje vs corriente inicial y final para λ = 514nm.
Para las mediciones de la longitud de onda de 488nm (azul), se sigue el mismo procedimiento de medición que en la longitud de onda anterior. La Tabla 4.5 muestra el voltaje vs la
potencia con el factor de calibración de la ecuación 4.4.
AZUL
Voltaje (V)
Potencia (mW)
0.206
6.24
0.317
9.61
0.890
26.97
1.379
41.79
1.380
41.82
1.390
42.12
1.404
42.55
1.415
42.88
1.430
43.33
1.450
43.94
1.465
44.39
1.480
44.85
1.495
45.30
1.505
45.61
1.514
45.88
1.540
46.67
1.550
46.97
Tabla 4.5. Voltaje vs potencia para λ = 488nm.
57
Pmw =
V
0.033
(4.4)
Al igual que en el caso anterior se presenta un exceso de calentamiento a los 10 minutos
de estar operando, más sin embargo se obtienen datos un poco diferentes, como se observa en
la figura 4.15. La Tabla 4.6 muestra los datos del voltaje vs corriente, siendo también 0.1V
(medido) por un Ampere de corriente del tubo, se obtiene la gráfica del voltaje vs corriente
como se muestra en la figura 4.16.
AZUL
Voltaje (V)
Corriente (A)
0.512
5.12
0.596
5.96
0.899
8.99
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
Tabla 4.6. Voltaje vs corriente para λ = 488nm.
58
Figura 4.15 Gráfica del voltaje vs potencia para λ = 488nm.
59
Figura 4.16 Gráfica del voltaje vs corriente para λ = 488nm.
60
Cuando el láser se calienta en exceso, las mediciones se realizan de otra forma: el botón
de ajuste se mantiene en su mínima potencia de emisión, al sistema se le permite operar por
dos horas durante las cuales no presentó exceso de calentamiento, observándose una intensidad
de rayo láser aceptable. La Tabla 4.7 muestra los datos obtenidos del voltaje inicial y final y
potencia inicial y final, así como la Tabla 4.8 muestra el voltaje inicial y final con la corriente
inicial y final.
AZUL
Voltaje (V)
Potencia (mW)
0.259
7.84
1.600
48.48
Tabla 4.7. Voltaje vs potencia inicial y final para λ = 488nm.
AZUL
Voltaje (V)
Corriente (A)
0.512
5.12
1.108
11.08
Tabla 4.8. Voltaje vs corriente inicial y final para λ = 488nm.
Por último se procede a realizar las mediciones para la longitud de onda de 457nm (violeta).
La Tabla 4.9 muestra los datos obtenidos del voltaje y la potencia con el factor de calibración de la ecuación 4.5.
61
VIOLETA
Voltaje (V)
Potencia (mW)
0.044
1.42
0.055
1.77
0.130
4.19
0.425
13.71
0.0422
13.61
0.0419
13.52
0.413
13.32
0.411
13.26
0.410
13.23
0.409
13.19
0.409
13.19
0.409
13.19
0.408
13.16
Tabla 4.9. Voltaje vs potencia para λ = 457nm.
Pmw =
V
0.031
(4.5)
En este caso se presenta un exceso de calentamiento del sistema obteniendo una operación
del sistema no mayor a 15 minutos.
Se obtiene la gráfica del voltaje vs potencia de emisión ( figura 4.17 ).
Así también se obtienen los datos del voltaje y la corriente siendo 0.1V por un Ampere de
corriente, como se muestra en la Tabla 4.10.
62
Figura 4.17 Gráfica del voltaje vs potencia para λ = 457nm.
63
VIOLETA
Voltaje (V)
Corriente (A)
0.512
5.12
0.630
5.96
0.807
8.99
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
1.108
11.08
Tabla 4.10. Voltaje vs corriente para λ = 457nm.
Se obtiene la gráfica correspondiente a los valores de voltaje vs corriente, como lo muestra
la figura 4.18.
La intensidad en la potencia mínima no es apreciable hasta aumentar un poco la potencia
como lo muestra la figura 4.17, se tendrá un punto de emisión en ese instante.
Se obtiene la mínima y máxima potencia y corriente observadas en estas condiciones de
operación como se muestra en la Tabla 4.11 y 4.12 respectivamente.
VIOLETA
Voltaje (V)
Potencia (mW)
0.056
1.80
0.400
12.90
Tabla 4.11. Voltaje vs potencia inicial y final para λ = 457nm.
64
Figura 4.18 Gráfica del voltaje vs corriente para λ = 457nm.
65
VIOLETA
Voltaje (V)
Corriente (A)
0.659
6.59
1.108
11.08
Tabla 4.12. Voltaje vs corriente inicial y final para λ = 457nm.
Es importante tomar en cuenta que no se tiene un sistema de enfriamiento, sólo el ventilador de la cabeza del láser y las pruebas se realizaron en estas condiciones evitando el desgaste
o posible daño por el calentamiento del sistema, además se hace una comparación con lo presentado en la hoja de datos y lo obtenido experimentalmente, la Tabla 4.13 presenta los datos
descritos en la hoja de datos, y la Tabla 4.14 presenta los datos medidos y calculados. Ya que
se tienen los datos de cada una de las longitudes de emisión de este dispositivo, en el siguiente
capítulo se procede a dar una interpretación con respecto a lo presentado en la hoja de datos y
manual de usuario.
Longitud de onda
Potencia (mW)
Corriente del tubo (A)
514nm
130
< 10
488nm
130
< 10
457nm
20
< 10
Tabla 4.13. Datos descritos en la hoja de datos y manual de usuario.
Longitud de onda
Potencia (mW)
Corriente del tubo (A)
514nm
43.13
11.08
488nm
46.97
11.08
457nm
13.16
11.08
Tabla 4.14. Datos medidos y calculados.
Capítulo 5
Conclusiones.
Después de haber obtenido un amplio conocimiento tanto teórico como práctico acerca de
los láseres durante el desarrollo de este trabajo, se procede a describir las conclusiones que se
obtuvieron.
• Se presentaba exceso de calentamiento en el láser cuando se aumenta la potencia por
medio del botón de ajuste, ésto debido a que no se cuenta con un sistema de enfriamiento.
• El sistema operando a una mínima potencia, funciona 2 horas sin calentamiento, y con
un rayo láser de buena intensidad.
• El sistema presenta gran sensibillidad a cualquier movimiento que se genere, descalibrándose el micrómetro.
• La longitud de onda que presenta mayor sensibilidad al movimiento es el violeta, perdiendose facilmente la calibración y al encender nuevamente se recomienda calibrar en
la potencia máxima y nuevamente disminuir al mínimo valor de potencia.
• El manual del láser presenta varias incongruencias con respecto al láser, las caules son:
– La forma de encender el láser, el led verde no enciende con el encendido del transformador.
– Las longitudes de onda no se encuentran exactamente donde indica el manual.
67
• Los números que se obtuvieron en cada una de las longitudes de onda del láser que se
analizó experimentalmente, no concuerdan con las hojas de datos, ya que se pretendía
encontrar resultados muy cercanos a éstas.
• Es importante tomar en cuenta la operación de un sistema con la máxima seguridad y
confiabilidad para obtener un alto desempeño y eficiencia del equipo, el sistema trabaja
adecuadamente a la mínima potencia de emisión de cada una de las longitudes de onda
y puede operarse en estas condiciones, sin embargo conforme se aumenta la potencia
sufre calentamiento excesivo bajando su rendimiento, y es conveniente reafirmar que la
implementación de un sistema de enfriamiento es lo necesario para que el sistema opere
a su máxima eficiencia.
68
Referencias
[1] IV
Los
láseres.
http://omega.ilce.edu.mx:3000/sites/ciencia
men2/ciencia3/084/htm/sec _ 7.htm, 2006.
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[2] Láser. http://es.wikipedia.org/wiki/L% C3% A1ser, 2006.
[3] Mario Marconi. Láseres de rayos X. Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de
la Asociación Ciencia Hoy,http://www.cienciahoy.org.ar/hoy33/laser01.htm, pp 11, 2006.
[4] Roberta Conlan, T.A. Heppenheimer Las comunicaciones modernas: La revolución del
láser y la fibra óptica. http://www7.nationalacademies.org/spanishbeyonddiscovery/tec_
007520.html, 2006.
[5] El laser. http://mx.encarta.msn.com/encyclopedia_ 761578658/L% C3% A1ser.html,
2006
[6] El láser. http://100cia.com/monografias/fisica/el_ laser.html, 2006.
[7] Láser y piel. http://www.mdr.es/lapiel/portal/laserypiel/novedades.htm, 2006.
[8] V. Aboites. Láseres una introducción. Centro de investigaciones en óptica, A.C., Ed.
Fondo de cultura económica, pp 133, 1991.
[9] Wilson J. John, I. Hawkes óptoelectrónica, Ed. Prentice-Hall,1983.
[10] Luz Coherente. http://es.wikipedia.org/wiki/Luz_coherente,2006.
[11] Melles Griot Laser GroupArgón Ion Laser System, Noviembre 1999.
[12] Melles Griot Laser Group Ion Laser: Technical Specification Sheet, Agosto del 2006.