Unidad IV

LÁSER

OBJETIVO• Conocerá las características específicas y

particulares, clasificaciones, sistemas y circuitos básicos de los dispositivos láser, así como términos relacionados como son la luminiscencia, holografía.

CRITERIOS DE EVALUACIÓN• Examen escrito: 35%• Resúmenes y participación: 10%• Tareas/Investigación: 15%. En este rubro

entrarán los reportes de avances del proyecto• Practica: 20%• Asistencia; Actitud*: 10% c/u

* Esta podrá afectar a participación.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE 1

• Por equipos (máximo de tres), encuentre las propiedades principales del LASER.

• Realice un mapa mental con lo que encontró y dibújelo en un acetato.

• Cuando exponga el asesor el tema enriquezca por equipo lo que se le pida.

4.1. Introducción• Láser es un acrónimo de Light

Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Emisión de luz por emisión estimulada de radiación).

• La energía generada dentro de porción óptica del espectro electromagnético.

• Luz solamente para el ámbito visible; el término radiación óptica espectro UV-IR.

• Haz Láser : efecto de la propagación concentrada (Gausiano) resultante desde un dispositivo Láser.

• Dispositivo Láser :aparato o equipo que genera el haz por medio de emisión estimulada desde un medio gaseoso, estado sólido, semiconductor, líquido u otro, siendo este aparato o equipo complejo o simple

• Rayo Láser se aplica solo si se analiza una situación de óptica geométrica.

• La energía es amplificada a extremadamente altas intensidades por el proceso atómico de emisión estimulada.– Existencia de los niveles energético en

estructura del átomo.– Excitación y desexcitación.– Energía está cuantizada.

• Estado fundamental.• Estado excitado.• Tiempo de excitación

del electrón.• ¿Resultado de

cambios de energía?

• Para muchos átomos: Densidad de Boltzman.

• Fuentes de luz térmica.

• Propiedades de un haz láser.Monocromaticidad

4.2. Amplificadores opticos

• La luz blanca cubre un ámbito particular de longitudes de onda del espectro visible.

El haz de un Láser HeNe (Helio Neón) consiste de un ámbito muy angosto de longitudes de onda alrededor de 632,8 nm. Se dice que es cuasi monocromático

láser HeNe

• Propiedades de un haz láser. Direccionalidad

Luz divergente. Difícil direccionalidad:

Ondas luminosas inician en

diferentes momentos. Ondas en diferentes

direcciones.

Haz direccional en un cono angosto de baja divergencia.

Tiende a formar un haz colimado.

• Propiedades de un haz láser. Coherencia

Radiación óptica de una fuente común.

No existe relación entre las ondas.

Luz incoherente (no hay orden interno)

Radiación óptica de un láser colimado.

Todas las ondas están en fase.

Es la propiedad mas fundamental del láser.

• Conceptos para entender la coherencia del láser.

Las características energéticas del átomo para producir fotones.

Cuando fuentes comunes liberan fotones sin control se denomina “Emisión espontánea”.

El láser es producido por una “Emisión estimulada”.

El átomo es estimulado por una influencia externa para emitir fotones de una manera particular.

El agente estimulante es un fotón con energía (E3–E2).

El fotón externo hace que el átomo emita un fotón en fase e idéntico al estimulante.

Proceso de absorción:Fotón incide sobre un

átomo en el estado E2 y es absorbido por ese átomo.

El fotón cesa de existir y su energía aparece como energía incrementada en el átomo, el cual se mueve al nivel E3.

Remueve energía desde el haz Láser y reduce su salida

Para que un Láser produzca una salida, se debe producir más luz por emisión estimulada que la que se pierde por absorción.

Más átomos deben estar en el nivel E3 que en el nivel E2, (no ocurre normalmente).

Por ejemplo, a temperatura ambiente si hay Ni átomos en el estado base del Neón (Láser HeNe) hay solo 10-33Ni átomos en el primer estado excitado, aún menos en el segundo estado excitado y así los demás.

La población de los niveles de energía ascendentes decrece exponencialmente

Una inversión de población existe cuando más átomos están en el estado excitado que en uno más bajo.

Solo se logra a través de excitación externa de la población atómica.

ACTIVIDAD: Lea el material proporcionado por el asesor y explique los cuatro elementos de un dispositivo láser para lograr la inversión de población. Exponga como mapa mental.

4.3. Clasificación y construcción del láser.

Elementos de un dispositivo láser.

TIPOS DE LASER

Los Láseres se clasifican de acuerdo al medio activo, el mecanismo de excitación y duración de la salida.

•Láser de gas: La excitación se logra por un flujo de corriente eléctrica por el gas.

•El tipo más popular es el HeNe, una mezcla de helio (He) y neón (Ne) según ilustra la figura

LASER DE GAS

• La excitación es una descarga de corriente directa por el gas que bombea átomos a estado excitado.

Láser de sólido cristalino y vidrio

• Utiliza materiales de vidrio o sólido cristalino, como ejemplo el rubí y neodimio.

• El rubí es óxido de aluminio cristalino donde algunos átomos de aluminio del arreglo se reemplazan por iones de cromo que son los elementos activos.

Láser de sólido cristalino y vidrio

• El Granate Aluminio Itrio (YAG - Yttrium aluminum garnet) es el cristal base de los Láseres Nd:YAG, a veces el aluminio se reemplaza por neodimio triplemente ionizado (Nd3+), un elemento de tierra rara.

• El vidrio también se usa como base para estos Láseres de Neodimio.

Láser de sólido cristalino y vidrio

• El medio activo es un cilindro de cristal con extremos paralelos pulidos y con recubrimiento AR para reducir pérdidas.

• El mecanismo de excitación es una lámpara de filamento de tungsteno en AC o una lámpara de arco de descarga de Kriptón para operación CW

Láser de sólido cristalino y vidrio

Láser líquido

• Usan una solución de tintes complejos como medio activo que son moléculas orgánicas grandes, con gran peso molecular, como son rhodamine 6G y sodio fluorescente.

• El tinte se disuelve en un solvente orgánico como alcohol metílico.

Láser líquido

Azul o verde

Ajustar cambiando el tinte

Láser semiconductor (diodo)

• El medio activo es la unión de semiconductores como Arsenuro de Galio (GaAs) con materiales tipo p y n.

• Al fluir una corriente eléctrica por la unión, los electrones se recombinan con los huecos y se libera energía que parece como la de un LED en el visible o en el IR.

Láser semiconductor (diodo)

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

• Lea y explique la forma de construcción de un laser de acuerdo a la información proporcionada.

• Del tema “Laser 2” explique la cavidad resonante y los modos de cavidades.

La aplicación del láser es prácticamente ilimitada, tanto en aplicaciones directas o como detonantes de fenómenos como hologramas, asi como conocer los circuitos generadores o excitadores.

Temas complementarios

Actividad:

Para conocer los temas complementarios nos reuniremos por equipos (de acuerdo a los presentes) y se realizará un mapa mental de los temas proporcionados por el asesor.

El tiempo de lectura y análisis es de 30 minutos, de realización de material de 5 y de exposición de 10 a 15 máx.

Temas complementarios

Actividad:

Los temas a realizar son:

1. Luminiscencia (4.5)

2. Circuitos de activación para diodos láser. (4.6) (archivo láser 4)

3. Holografía. (4.8)

4. Medidas de seguridad y aplicaciones. (4.9 y 4.10)

Temas complementarios