Alineación del sistema

El primer paso a dar en el montaje del laboratorio es la alineación correcta de los elementos ópticos del sistema. Esta alineación es uno de los procesos más complicados y delicados del montaje del laboratorio, debido a que cualquier mínimo desajuste (debido a golpes accidentales, o el simple asentamiento de componentes) hace que el sistema deje de ser efectivo. La alineación de los componentes ópticos, además, se hace complicada debido a que el láser utiliza una longitud de onda infrarroja, y que por lo tanto no es visible. En el laboratorio se ha usado un visor de infrarrojos para poder ver la luz emitida por el láser, pero igualmente ha sido complicado ver exactamente dónde incide la luz, ya que el visor oscurece la visión de todo lo demás. Además de esto, la luz que reflejan los blancos, en especial los cristales, es muy tenue, y por lo tanto difícil de detectar con el visor.

En este apartado se explica los pasos que se han seguido para alinear el montaje del laboratorio para el caso de la detección de un blanco. En cada punto se describe como es físicamente cada elemento del montaje, además de cuales son sus grados de libertad y cual es su posición correcta. Los elementos ópticos se han alineado en el orden que sigue la señal luminosa.

4.2.1.iLáser

El láser es una caja de unos 12x7x4cm que está montado sobre un soporte fijado a la mesa del laboratorio. Al chasis del láser se ha fijado una lente colimadora a unos 5cm de la salida de la señal luminosa. Esta lente concentra la luz proveniente del láser en un haz de rayos paralelos, con el objetivo de que la señal luminosa se expanda lo mínimo posible y así no perder potencia. Este haz luminoso ha enfocado hacia el blanco a detectar.

4.2.1.iiEspejo (blanco)

Para nuestro sistema, un blanco es cualquier objeto que refleje la señal luminosa del láser hacia el receptor óptico. Con el fin de maximizar la potencia que refleja nuestro blanco, se ha utilizado un espejo de unos 18x13cm. El soporte utilizado para fijar este espejo permite un movimiento preciso en rotación y elevación. El blanco se ha colocado a una distancia de entre 1 y 9m del emisor láser, reflejando la señal luminosa de vuelta hacia este.

4.2.1.iiiBeam splitter

La señal luminosa reflejada por el blanco vuelve al emisor láser, por lo que se debe desviar hacia el receptor óptico mediante un beam splitter. Se ha utilizado un cristal inclinado 45º respecto de la dirección emisor-blanco que está situado sobre un rail, y que permite ubicarlo a cualquier distancia en la dirección del haz luminoso proveniente del emisor láser con el fin de ajustar el reflejo a la posición del receptor óptico. Con esta configuración, aproximadamente el 85% de la potencia de la señal luminosa atraviesa el beam splitter en dirección a los blancos. Análogamente, cuando la luz vuelve tras reflejarse en los blancos, aproximadamente un 15% de su potencia es reflejada hacia la lente concentradora y el receptor óptico.

4.2.1.ivLente

Antes del receptor óptico es necesario colocar una lente que concentre la señal luminosa. Esta lente está colocada sobre un soporte fijado en la mesa de trabajo. Es posible controlar la altura y ángulo de incidencia horizontal de la lente. Para su correcta alineación, se coloca perpendicularmente a la señal luminosa que viene del

beam splitter, focalizando la mayor parte de esta luz en su foco, a unos 25cm.

4.2.1.vReceptor óptico

El receptor óptico también está montado sobre un soporte fijado a la mesa, y con libertad de movimientos en rotación y de elevación.

La entrada del receptor óptico debe estar colocada exactamente el punto donde se focaliza el haz luminoso, y así maximizar la potencia recibida de la señal luminosa reflejada en los blancos.

4.2.1.viResto del montaje y afinado

Toda esta alineación se debe afinar con el fin de maximizar la potencia del blanco detectado. Para hacer esto, se montan las restantes partes del sistema (parte eléctrica, que sólo necesita ser conectada, y la implementación del programa en LabView). Si el sistema está correctamente alineado, se detecta una sinusoide de frecuencia proporcional a la distancia del blanco en la última etapa del montaje (el PC en nuestro caso, aunque también se podría utilizar por ejemplo un osciloscopio). Tomando por objetivo la maximización de la amplitud de esta sinusoide, se deben retocar todos los elementos ópticos, afinando su alineación, y así conseguir la máxima potencia posible. Este proceso de alineación se ha tenido que repetir al principio de cada sesión de laboratorio, ya que, como los sistemas de fijación no son perfectos, pequeños desajustes en las posiciones de los elementos hace caer significativamente la potencia detectada en el sistema.

4.2.1.viiColocación de dos o más blancos

Para realizar el experimento con dos o más blancos, se han utilizado vidrios corrientes para modelar los blancos intermedios y se mantiene el espejo para el blanco más alejado del origen. Estos blancos intermedios se han alineado uno a uno empezando por el blanco más alejado. Para cada blanco, se tapan los demás más alejados para que no interfieran y se alinea correctamente. El proceso de alineación de los cristales es similar a la de los demás elementos ópticos (apuntado usando el visor, y afinado posterior para maximizar la amplitud de la sinusoide generada), pero con la particularidad de que los demás elementos ópticos no se pueden cambiar de posición, para asegurar que el sistema sigue alineado respecto al los demás blancos.