Física del Estado Sólido. El DIODO LASER. Alumnos: Besada Martín Longueira Sebastian Ortega Damian

Transcripción

1 Física del Estado Sólido El DIODO LASER Alumnos: Besada Martín Longueira Sebastian Ortega Damian

2 Qué es un Diodo Láser? El diodo láser es un dispositivo semiconductor que bajo condiciones adecuadas emite luz láser. Diodo Luz láser

3 Láser light amplification by stimulated emission of radiation. Radiación electromagnética Emisión estimulada Monocromaticidad Coherencia espacial Haz colimado

4 Emisión y absorción

5 Coefficientes de Einstein (1916) Absorción Emisión estimulada Emisión espontánea Equilibrio dinámico Distrib. de Maxwell-Boltzmann + Radiación del cuerpo negro + Cuantización de Planck La probabilidad de emisión espontánea es proporcional a la de emisión estimulada

6 Inversión de población Al producirse la inversión de población la emisión estimulada predomina por sobre la emisión espontánea generando la acción lasérica

7 Esquema general de un láser

8 Láser de rubí (Primer láser fabricado 1960)

9 Láser de Helio-Neón

10 Láser semiconductor (diodo láser) Mismo principio de funcionamiento Niveles energéticos de transición son banda de valencia y conducción Juntura PN Electrones en banda de conducción decaen y se recombinan liberando un fotón Energía de mantenimiento de inversión dada por la corriente por la juntura.

11 Diagrama de bandas para distintos tipos de materiales Eg Si = 1.1ev (semiconductor) Eg Diamante = 5ev (aislante)

12 Cómo Funciona? 1) Emisión de Luz (Aspecto Teórico) Recombinación de e- de la BC con h+ de la BV, produciendo emisión de luz hν = Eg (λ = hc/eg) Requisitos de funcionamiento: e- en BC y h+ en BV Gap directo Eg adecuada

13 Cómo se construye?

14 Diferentes estructuras del láser

15 Tipos de láser según la longitud de onda TIPO DE LASER Cianuro de Hidrógeno (HCN) Vapor de agua (H2O) Dióxido de Carbono (CO2) Fluoruro de Hidrógeno (HF) Granate de Ytrio y Aluminio (Nd:YAG) Cristal (Nd:Cristal) Arseniuro de Galio (GaAs) Kripton (K) Rubí (Al2O3) Helio-Neon (HeNe) Rodamio (6G) Argón (Ar) Helio-Cadmio (HeCd) Xenón Molecular (Xe2) Hidrógeno (H2) LONGITUD DE ONDA [um] ,6 10,6 3,1 1,064 1,06 0,91 0,7525 0,6943 0,6328 0,59 0,5145 / 0,4880 0,4416 0,17 0,16 Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo Infrarrojo Visible Visible Visible Visible Visible Visible Ultravioleta Ultravioleta

16 Diferencias entre Led y el Diodo Láser VS. Láser Más rápido Potencia de salida mayor Emisión coherente de luz Construcción es más compleja Actúan como fuentes adecuadas en sistemas de telecomunicaciones Modulación a altas velocidades, hasta GHz Led Mayor estabilidad térmica Menor potencia de salida Mayor tiempo de vida Emisión incoherente Mas económico Se acoplan a fibras ópticas en distancias cortas de transmisión Velocidad de modulación hasta 200MHz

17 Mas diferencias entre Led y el Diodo Láser VS. Láser Luz emitida en forma unidireccional Led Luz emitida en múltiples direcciones

18 Mas diferencias entre Led y el Diodo Láser VS. Láser Los fotones emitidos por un láser poseen longitudes de onda muy cercanas entre sí (Monocromática). Led Existen fotones con mayores dispersiones en cuanto a las longitudes de onda

19 Tamaño del Diodo Láser Un diodo LASER empaquetado. Atrás, una moneda de un centavo estadounidense como referencia de escala. Imagen de un chip del diodo LASER contenido en el paquete mostrado en la imagen superior. Se muestra en el orificio de una aguja que sirve de escala.

20 Encapsulado de un Diodo Láser comercial

21 Ensamblaje de Fibra Óptica

22 Para que se utiliza? CD DVD Impresora Láser Soldadura Láser Usos medicinales Usos Militares

23 FIN DE LA PRESENTACION

24 El CD-ROM El diodo láser produce un rayo, que tras rebotar por las lentes, rebota en el espejo y atraviesa el cabezal hasta el CD ROM. El cabezal se mueve a lo largo del radio del CD ROM mientras este gira a gran velocidad. Si, al chocar el disco, el rayo se dispersa entonces no se recibe lectura (superficie quemada, 1). Si rebota se dirige por el cabezal hacia los espejos. En su retorno, es desviado hacia el foto diodo que traduce la luz reflejada al codigo binario. Luz (0), no luz (1).

25 Impresora Láser El papel se introduce cubierto de pequeñas partículas con carga eléctrica. El procesador ordena encender o apagar el rayo láser que impacta sobre el papel tras rebotar en un prisma. El rayo cargado elimina la carga en las zonas de imagen. Se rocía el papel con toner que también esta cargado. Se adhiere solo a las zonas donde no hay carga (imágenes). Las zonas blancas al tener carga lo repelen. El papel pasa a la zona de fusionado donde el toner se pega definitivamente mediante presión y calor.

26 Soldadura Láser Necesitan un punto láser con una precisión geométrica (redonda) de intensidad constante. Para dirigir una energía aproximada de 30W a un punto de 0.8mm de diámetro, la luz de varios diodos debe de ser enfocada a un punto y esto solo es posible usando un juego de lentes. El estaño entra en el área del láser. La radiación directa sobre el hilo hace que se caliente cerca de su punto de fusión, no mas. No obstante la tensión superficial causa una "Gota de Estaño" a la punta del hilo. Si el Haz de luz sale de área de soldadura, quemara la placa. El Hilo de estaño, que esta cerca del punto de fusión, toca el punto de soldadura y se funde entre la pista y el terminal ya pre-calentados. El estaño esta todavía fundido. Necesita un tiempo para adquirir las propiedades físicas de una soldadura (concavidad).

27 LA CIRUGIA LASER: USOS OFTALMOLOGICOS Y OTRAS APLICACIONES Quitar tumores (especialmente de cerebro o hígado) produciendo al mínimo daño al tejido circundante, cauterizando automáticamente los vasos y produciendo una cicatriz pequeña. Sellar o cauterizar vasos sanguíneos de pequeño a mediano calibre (diámetro) con el objetivo de minimizar las hemorragias intraoperatorias evitando la pérdida de sangre vital muy util para las cirugías plasticas y generales. Cauterizar también los vasos linfáticos, de esta forma se reduce el edema al no permitir la extravasación de liquido intercelular y también evitaría la diseminación de células cancerigenas o tumorales. Actúa sobre las terminaciones nerviosas y de esta forma se reduciría el dolor postoperatorio ya que no se dañan en forma directa los sensoreceptrores. Uso cosmético en cirugía estetica o plastica para mejorar las características de la piel mediante la realización de procedimientos de lifting. La aplicación del rayo laser sobre la piel estimula la producción de fibras colágenas reduciendo la formación de arrugas cutáneas.

28 Breve explicación del uso medicinal del diodo láser Por lo general produce un aumento significativo de la temperatura debido a que es absorbido por sustancias presentes en el cuerpo (melanina, sangre, pigmento de tatuajes, etc.) generando de esta forma una lesión controlada destruyendo el tejido afectado y produciendo una cicatriz. Existen varios tipos de rayos laser: el de dióxido de carbono (CO2), el YAG laser (itrio-aluminio), entre otros. Cada laser se utiliza para cosas especificas inclusive dentro de una misma especialidad como por ejemplo la oftalmología, se utilizan 3 tipos de laseres distintos.

29 Cirugía Láser oftalmológica (uso en miopía, astigmatismo e hipermetropía) La cornea (parte transparente y mas externa del ojo) esta formada por un epitelio, un estroma y un endotelio. Su función es de protección y principalmente de "lente" ya que es la parte del ojo con mayor poder de refracción (aproximadamente 43 dioptrías). La cirugía laser refractiva o conocida como "la cirugía para no utilizar lentes o anteojos", consta en la aplicación de un haz de luz laser en un sector especifico de la cornea realizando un pulido o moldeado del estroma. De esta forma se ajusta el poder refractivo del ojo con el fin de llevar al paciente a la emetropia (visión normal sin la utilización de ningún tipo de corrección). El procedimiento se realiza utilizando colirios anestésicos locales y su duración es de aproximadamente unos 15 a 20 minutos incluyendo la preparación. Cirugía Láser Ocular

30 Tecnología militar Los sistemas de guiado por láser para misiles, aviones y satélites son muy comunes. La capacidad de los láseres de colorante sintonizables para excitar de forma selectiva un átomo o molécula puede llevar a métodos más eficientes para la separación de isótopos en la fabricación de armas nucleares. Otro uso muy común es en las miras de las armas.