Dr. Ángel Pérez del Pino Grupo de Procesado Láser Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, ICMAB - CSIC

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1 JUGANDO CON FOTONES Dr. Ángel Pérez del Pino Grupo de Procesado Láser Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona, ICMAB - CSIC

2 ÍNDICE - Naturaleza de la luz - Interacción luz materia - Aplicaciones de la luz > Estudio de materiales > Astronomía > Electrónica > Energía > LÁSER: funcionamiento y aplicaciones

3 NATURALEZA DE LA LUZ

4 Refracción / Reflexión Difracción Interferencia

5 ONDA ELECTROMAGNÉTICA Experimento de Michelson Morley (1887) - Velocidad: c = m/s - Límite absoluto - Relatividad Especial - Einstein

6

7 PARTÍCULA: FOTÓN Einstein: cuantos de energía Fotón E fotón = hν = hc /λ h = 6,62 x J s Efecto fotoeléctrico (Hertz 1887, Einstein 1905)

8 DUALIDAD ONDA-CORPÚSCULO: PROPIEDAD CUÁNTICA

9 INTERACCIÓN LUZ - MATERIA

10 ÁTOMO Neutrones Energía cuantizada Protones

11 E 2 E fotón = hν = E 2 E 1 E 1

12 MOLÉCULA

13 ORBITALES MOLECULARES Estados energéticos

14 SÓLIDOS Banda de conducción Banda prohibida Banda de valencia Bandas de energía

15 APLICACIONES DE LA LUZ

16 ESTUDIO DE MATERIALES

17 ESPECTROSCOPIAS Espectroscopia atómica Espectro atómico

18 Espectroscopia molecular FTIR

19 Espectroscopias en sólidos XPS: espectroscopia de fotoelectrones Espectroscopia Raman

20 DIFRACCIÓN DE RAYOS X Ley de Bragg 2d Sen θ = nλ

21 TÉCNICAS CON LUZ SINCROTRÓN Sincrotrón ALBA Haces intensos de luz IR- RX

22 ASTRONOMIA

23 TELESCOPIOS Observación desde ondas de radio a rayos γ

24 Espectro visible

25 Rayos X - γ

26 Radiofrecuencia - microondas

27 ESPECTROSCOPIA Composición de las estrellas y nebulosas

28

29 Fotometría(magnitud aparente): Distancia Ley de Wien (longitud de onda máximo): Temperatura λ max T = m K

30 EFECTO DOPPLER Expansión del universo

31 ELECTRÓNICA

32 FOTODIODO DIODO LED

33 OLED (PANTALLAS FLEXIBLES)

34 COMUNICACIONES ÓPTICAS

35 COMUNICACIÓN CUÁNTICA Teleportación Superposición de estados cuánticos, entrelazamiento y acción a distancia

36 ORDENADOR ÓPTICO Cristales fotónicos, materiales fotoactivos no lineales

37 METAMATERIALES Antenas, filtros, ocultación

38 ENERGÍA

39 ENERGÍA SOLAR FOTOVOLTAICA

40 - Células solares de concentración - Celulas solares infrarrojas

41 ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Captación cilindro-parabólica Torre central Motor Stirling

42 PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLE SOLAR - Fotodisociación del agua: Hidrógeno - Producción de hidrocarburos a partir de agua y CO 2

43 LÁSER: FUNCIONAMIENTO Y APLICACIONES

44 LASER AMPLIFICACIÓN DE LUZ POR EMISIÓN ESTIMULADA DE RADIACIÓN

45 CARACTERÍSTICAS DE LA RADIACIÓN LÁSER - Monocromática - Coherente - Muy poco divergente (direccional) - Continua / Pulsada (fs ms) - Intensidad hasta TW/cm 2 (T = ) Intensidad = Energía Area* tiempo TEM

46 INTERACCIÓN LÁSER - MATERIA Calentamiento Fusión LASER - Propagación del calor - Difusión de especies químicas - Reacciones químicas - Movimientos hidrodinámicos - Difusión - Convección Vaporización LASER VAPOR - Formación de cráter - Redepósito - Bubbling Formación de plasma LASER PLASMA - Plasma de retroceso - Ondas de choque

47 FOTOPOLIMERIZACIÓN DE RESINAS

48 TRATAMIENTO DE MATERIALES Corte láser Marcado láser

49 MICROMECANIZADO LÁSER Lente Fresnel Microfluidica Ablación con láser de femtosegundo (10-15 s): Absorción multifotón, plasma electrónico, mínima zona afectada térmicamente

50 NANOESTRUCTURAS Interferencias Black silicon Irradiación en líquidos Dewetting

51 DEPÓSITO POR PULSOS LASER (PLD)

52 Epitaxias Superredes µ-estructuras

53 OTRAS APLICACIONES EN DESARROLLO Ignición inducida por láser en motor de explosión Armamento láser Rayos lluvia inducidos por láser

54 EXTREME LIGHT INFRASTRUCTURE (ELI-EU) EUROPEAN XFEL - Attosecond laser, fast dynamics & ultrahigh intensity Szeged (Hungary) - PW femtosecond laser, nuclear physics Bucharest (Romania) - Compact laser plasma accelerators Prague (Czech Republic) - XFEL: Láser de rayos X km longitud - Imágenes atómicas 3D de virus, moléculas, nanomateriales, etc

55 LÁSERES DE PULSOS ULTRACORTOS - Pulso attosegundo (10-18 s) - Espectroscopias ultra-rápidas - Evolución temporal de electrones

56 PULSOS LÁSER ULTRAINTENSOS - Intensidad ultra alta: hasta ~10 25 W/cm 2 - Particulas de alta energía ~100 GeV - Flujos elevados de rayos X y γ - Reacciones nucleares: transmutación, fotofisión - Medicina nuclear e imagen, aceleradores de partículas

57 Vacío cuántico Intensidad > W/cm 2 Agujeros negros, dimensiones extra

58 FUSIÓN NUCLEAR INDUCIDA POR LÁSER

59

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