Practica de laboratorio de optica

Características de un laser

Formación de imágenes.

Viridiana Jiménez Martínez

Departamento de Ciencias Básicas, Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Azcapotzalco

Av. San Pablo 180, 02200 México, D.F., México

Email del autor: viri5_8@hotmail.com

Resumen

Se  realizo la observación de distintos dispositivos de láseres con diferentes actividades, Para los cuales se observan la mono cromaticidad, el esparcimiento, la divergencia y la intensidad de ambos láseres para de cierta manera observar sus características y poder comprender mucho mejor la función y la definición de un laser.

        Introducción

Un laser con un modo longitudinal oscila produciendo un tren de ondas extremadamente largo. A causa de esto a este tipo de laser se le conoce también como laser de frecuencia simple. Un laser de modo simple se puede construir:

Disminuyendo la longitud de la cavidad hasta que la separación entre los modos se haga mayor que el ancho Doppler que la curva de ganancia. En un laser de helio-neón típico esto se obtiene si la longitud de la cavidad es de 10 cm, lo que corresponde a una separación de 1 500 Mhz. La potencia de salida es muy pequeña debido a la pequeñez del laser.

La longitud de coherencia de los láseres de frecuencia simple puede llegar a varias decenas de kilómetros.

La coherencia espacial de los láseres depende de la estructura de los modos transversales. La máxima coherencia se obtiene cuando el modo transversal es el TEM0,0 que es el que tiene un frente de onda unifase.

Un gran número de sistemas laser con propiedades muy variadas han sido inventados. Se podrían clasificar de muchas maneras, según la característica que se escoja. Por ejemplo, las emisiones de los láseres pueden estar en el visible o en el infrarrojo, y pocas en el ultravioleta, y pueden ser continuas o pulsadas. De acuerdo al material pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos.

Tabla 1.- Laser He-Ne

La tabla 1 nos muestra al laser de gas He-Ne con sus principales características, donde el helio tiene como función ayudar en el proceso del bombeo óptico, el elemento activo es el neón. La eficiencia de los láseres, definida como la potencia eléctrica que consumen, es muy baja, del orden de 0.1%.

Todos los láseres de diodo están construidos con materiales semiconductores , bajo las condiciones adecuadas emite luz láser y tienen las propiedades características de los diodos eléctricos. Por esta razón reciben nombres como:

• Láseres de semiconductor
• Láseres de diodo
• Láseres de inyección

En los diodos láser, para favorecer la emisión estimulada y generación de luz láser, el cristal semiconductor del diodo puede tener la forma de una lámina delgada con un lado totalmente reflectante y otro sólo reflectante de forma parcial, lográndose así una unión Positivo-Negativo de grandes dimensiones con las caras exteriores perfectamente paralelas y reflectantes. Es importante aclarar que las dimensiones de la unión PN guardan una estrecha relación con la longitud de onda a emitir. Este conjunto forma una guía de onda similar a un resonador de tipo Fabry-Perot. En ella, los fotones emitidos en la dirección adecuada se reflejarán repetidamente en dichas caras reflectantes, lo que ayuda a su vez a la emisión de más fotones estimulados dentro del material semiconductor y consiguientemente a que se amplifique la luz mientras dure el bombeo derivado de la circulación de corriente por el diodo. Parte de estos fotones saldrán del diodo láser a través de la cara parcialmente transparente la que es sólo reflectante de forma parcial. Este proceso da lugar a que el diodo emita luz, que al ser coherente en su mayor parte debido a la emisión estimulada, posee una gran pureza espectral.

El esparcimiento angular está dado por:

                                                                                                                                                                         [pic 1]

Metodología

a) Color

1.- Se arma el equipo correspondiente para realizar la actividad de color

2.-  Se enciende el laser, tomando en cuenta que las luces del laboratorio deben de estar apagadas.

3.-  se colocan papel celofán  de color verde, azul, amarillo y rojo, en la trayectoria del haz del laser

4.- Se observan los cambios que tiene el haz de laser con los colores de celofán antes mencionados

5.- Se proyecta el haz del laser a la hoja de papel, y se observa los colores  proyectados en el papel.

5. Se combinan varios filtros al mismo tiempo, y nuevamente se observan los colores resultantes en pizarrón

b) Esparcimiento

1.- Se colocó un plástico grande en el piso, se enciende el laser, se deben de tener las luces apagadas del laboratorio.

2.- Se procede a rociar agua con un atomizador para poder  observar la trayectoria del haz del laser.

c) Expandiendo el haz laser.

1.- Se armó el equipo necesario para realizar la actividad, se mide de 1 a 1m hasta llegar hasta los 15 m

2.- se enciende el laser y desde las distancia de 0m se toma el diámetro en una hoja milimétrica.

3.- Se medirá el diámetro del haz de laser mediante la hoja milimétrica por cada metro hasta llegar a los 15m

4.- Finalmente se medirá el diámetro del haz hasta la distancia del CCIF.

5.- Se repiten los paso 1 a 5 para los dos siguientes láseres.

d) Intensidad de haz.

1.- Se armó el equipo para realizar la actividad,  se apago la luz del cuarto óptico y se prendió el laser

2.- Se midió la intensidad del haz del laser mediante dos potenciómetros.

3.- Se observa el comportamiento del haz de laser.

[pic 2]

Figura 1.- Montaje de equipo para actividad d

Análisis de Datos      

a) Color

El laser que ocupamos para realizar la actividad produjo un solo color que fue rojo, por lo cual la potencia se concentra en una sola longitud de onda, por lo que se puede decir que es monocromática.

b) Esparcimiento

Como podemos darnos cuenta el haz del laser no es observable a simple vista, por lo cual se tuvo que rociar agua a su trayectoria del haz, lo que ocurrió fue que se pudo observar el haz de manera rápida ya que las partículas del agua no permanecen en el aire por mucho tiempo por su densidad, se puso observar que la trayectoria del haz es rojo, también no se pudo observar como tal una línea recta si no que punteada por lo mismo de las partículas.

Lo antes mencionado se debe a la dispersión de Reyleigh que  es la dispersión de la luz visible o cualquier otra radiación electromagnética por partículas cuyo tamaño es mucho menor que la longitud de onda de los fotones dispersados, por lo tanto al rociar agua el tamaño de sus partículas son menores  que la longitud de onda y la luz se separa y todas las longitudes de onda son esparcidas.

c) Expandiendo el haz de laser

En esta actividad se trabajo con tres láseres: 1 Laser de Diodo y 2 Láseres de He-Ne. Al presentar los datos obtenidos se obtiene las siguientes graficas:

Calculamos el esparcimiento angular para cada diámetro para cada uno de los láseres.

Tabla 2.- Datos obtenidos para cada uno de los láseres

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