Montaje de módulo láser y arreglo óptico.

El montaje del módulo láser, que se fabricó anteriormente, es de gran importancia para preservar la seguridad, tanto del diodo, como de los demás dispositivos electrónicos que ayudan a la construcción del láser. Es necesaria la utilización de un gabinete rígido que soporte impactos considerables. Por lo tanto se utilizo una estructura tubular metálica, como la que se muestra en la figura 3.7.

Figura 3.7. Estructura tubular encargada de guardar el módulo láser.

La estructura tubular está construida de acero inoxidable. De esta manera se brinda resistencia ante impactos y a la corrosión que provoca el medio ambiente. Figura 3.8.

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Figura 3.8. Aspecto físico de la estructura tubular y el disipador de calor del láser semiconductor.

El módulo láser debe quedar perfectamente fijado en el interior de la estructura, con el fin de que no sufra desacomodo a causa de movimientos bruscos.

Las características de salida de los láseres de diodo son fuertemente dependientes de la temperatura de funcionamiento, por ello es necesario agregar disipadores de calor que se encuentren estrechamente ligados con el diodo láser para mantener su temperatura en condiciones óptimas de operación. A medida que aumenta la temperatura, la corriente de umbral va cambiando de manera típica en los láseres de diodo, tal como se muestra en la figura 3.8.

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Por lo anterior, es indispensable la colocación de disipadores de calor de cobre o aluminio junto a la estructura metálica del diodo láser, para mantenerlo a baja temperatura y evitar que surjan variaciones inesperadas de la corriente de umbral durante el tiempo de trabajo.

Figura 3.10. Diodo láser con disipador de calor.

3.4.1. Colimación

Una característica indeseable del haz de luz emitido por un diodo láser, es la alta difracción, debido a la longitud, relativamente pequeña de su resonador óptico y al tamaño de la unión, que es de

aproximadamente 1 m. Esto produce un perfil espacial elíptico como se muestra en la figura 3.11.

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Figura 3.11. Distribución espacial del haz de luz emitido por un láser de diodo.

En la dirección perpendicular a la unión, el haz se limita por la unión estrecha y originado por la difracción del haz, se forma un ángulo de varias decenas de grados. Mientras que en la dirección paralela a la unión, el haz se extiende menos, a unos diez grados aproximadamente. El efecto anterior se puede apreciar en la figura 3.12.

Figura 3.12. Luz divergente proveniente de un láser semiconductor sin colimar.

Entonces, se requiere que el haz láser sea colimado para aprovechar al máximo sus propiedades que serán de gran apoyo para la obtención de mejores resultados al momento de implementar el arreglo óptico de espejos del detector de ondas sísmicas que ofrece éste trabajo.

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La colimación de un haz de luz consiste en la optimización de la luz divergente emitida por una fuente. Esto se logra cuando los rayos de luz u ondas provenientes de una fuente luminosa, en éste caso la luz láser, son transportados en una dirección específica, haciendo que todas ellas viajen paralelamente una con otra. Se requiere de un arreglo óptico conformado por lentes que servirán para colimar, en la medida de lo posible, el haz de luz láser. El sistema utilizado se muestra en la figura 3.13.

Figura 3.13. Haz láser colimado y enfocado.

Se observa como el lente biconvexo hace que, en el haz láser, todas las ondas se propaguen de manera paralela una con otra. A esto también se le llama unificación del haz. Más adelante, opcionalmente se coloca otra lente biconvexa que tiene la función de concentrar la intensidad del haz, y una lente cóncava para enfocar. De forma general, es así como se concentra la potencia de un láser de diodo para diferentes aplicaciones, como pueden ser de corte, soldado, grabado, e incluso aprovechar su alta colimación para realizar trabajos con el paso óptico, tal y como se propone en éste trabajo. El sistema óptico, como el que se muestra en la figura 3.14, es colocado en una estructura tubular, que permite variar la distancia entre los lentes.

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Figura 3.14. Sistema óptico utilizado para la colimación del haz láser.

Cabe mencionar que los dispositivos ópticos utilizados en éste arreglo son microlentes de aproximadamente 5 mm de diámetro, por lo que su manipulación debe ser con máximo cuidado, tratando de no golpearlas, pues pueden rayarse y romperse con facilidad.

Mediante la unificación de los módulos anteriormente construidos, se obtiene un láser de diodo con longitud de onda de 660 nm y potencia óptica de salida de 200 mW, altamente colimado y protegido por una estructura tubular, como el que se muestra en la figura 3.15.

Figura 3.15. Aspecto físico del láser de diodo terminado.

Después de la construcción del láser de diodo, se midió la potencia óptica de salida del haz y la corriente consumida por el diodo láser. Se obtuvieron los valores mostrados en la tabla 3.4.

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Tabla 3.4. Valores medidos de la corriente consumida por el diodo láser y su potencia de salida.

I (mA) P (mW)

De la tabla 3.4 se obtiene la gráfica de la figura 3.16, donde se observa el comportamiento de la salida del diodo láser. Se muestra que cuando se alcanza la corriente de umbral a los 120 mA, aumenta en mayor medida la potencia de salida y alcanza su valor máximo en 195 mW.

Figura 3.16.Gráfica de la potencia de salida del diodo láser con respecto a la corriente.

0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 P (m W) I (mA)

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CAPÍTULO 4

APLICACIÓN DEL LÁSER DE DIODO PARA