El DIODO LASER

Física del Estado Sólido
El DIODO LASER
Alumnos: Besada Martín
Longueira Sebastian
Ortega Damian
¿Qué es un Diodo Láser?
• El diodo láser es un dispositivo
semiconductor que bajo condiciones
adecuadas emite luz láser.
¾Diodo
¾Luz láser
Láser
“light amplification by stimulated emission
of radiation”.
•
•
•
•
•
Radiación electromagnética
Emisión estimulada
Monocromaticidad
Coherencia espacial
Haz colimado
Emisión y absorción
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
Inversión de población
Al producirse la inversión de población la emisión estimulada predomina por
sobre la emisión espontánea generando la acción lasérica
Esquema general de un láser
Láser de rubí
(Primer láser fabricado 1960)
Láser de Helio-Neón
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.
Diagrama de bandas para
distintos tipos de materiales
• Eg Si = 1.1ev (semiconductor)
• Eg Diamante = 5ev (aislante)
¿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
¿Cómo se construye?
Diferentes estructuras del láser
Tipos de láser según la longitud de onda
TIPO DE LASER
LONGITUD DE ONDA [uM]
Cianuro de Hidrógeno (HCN)
773
Infrarrojo
Vapor de agua (H2O)
118,6
Infrarrojo
Dióxido de Carbono (CO2)
10,6
Infrarrojo
Fluoruro de Hidrógeno (HF)
3,1
Infrarrojo
Granate de Ytrio y Aluminio (Nd:YAG)
1,064
Infrarrojo
Cristal (Nd:Cristal)
1,06
Infrarrojo
Arseniuro de Galio (GaAs)
0,91
Infrarrojo
Kripton (K)
0,7525
Visible
Rubí (Al2O3)
0,6943
Visible
Helio-Neon (HeNe)
0,6328
Visible
Rodamio (6G)
0,59
Visible
Argón (Ar)
0,5145 / 0,4880
Visible
Helio-Cadmio (HeCd)
0,4416
Visible
Xenón Molecular (Xe2)
0,17
Ultravioleta
Hidrógeno (H2)
0,16
Ultravioleta
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
Mas diferencias entre Led y el Diodo Láser
VS.
Láser
•
Luz emitida en forma
unidireccional
Led
•
Luz emitida en múltiples
direcciones
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
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.
Encapsulado de un Diodo Láser
comercial
Ensamblaje de Fibra Óptica
¿Para que se utiliza?
•
•
•
•
•
CD – DVD
Impresora Láser
Soldadura Láser
Usos medicinales
Usos Militares
FIN DE LA PRESENTACION
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).
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.
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).
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.
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.
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
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.