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Física de Láseres PowerPoint PPT Presentation


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Física de Láseres. Láseres de Aislantes. Alumno: Gabriel A. Añorve Zeferino Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios. CONTENIDO. -Introducción Se describen las 4 partes constituyentes de todo sistemas láser: -Medio activo -Sistema de Bombeo -Cavidad -Extracción Parcial.

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Física de Láseres

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Física de Láseres

Láseres de Aislantes

Alumno: Gabriel A. Añorve Zeferino

Profesor: Dr. Carlos G. Treviño Palacios


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CONTENIDO

-Introducción

Se describen las 4 partes constituyentes de todo sistemas láser:

-Medio activo

-Sistema de Bombeo

-Cavidad

-Extracción Parcial


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Características Generales

-Eficiencias de trabajo desde el 1% hasta e 25%

-Más numerosos e importantes en aplicaciones generales

-pulsados o continuos

-miden desde cm, hasta m, e incluso del tamaño de un estadio de fútbol.

-Potencias que van desde W hasta GW

-Bombeados ópticamente

-Emiten en el IR principalmente. También en el visible

-Luz polarizada y No-polarizada

-Sistema de enfriamiento

-De manejo delicado, tienen altos riesgos de operación.


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Medio Activo

-Anfitrión y especies activadoras: aislante-dopante

Activadores:

-cristal: óxido, fluoruro

-vidrio: silicato, fosfato, calciginato

-ocasionalmente se utilizan polímeros

Anfitrión: (concentración típicas son del 0.05%)

-tierras raras: Nd+3,Er+3,Yb+3

-metales de transición: Cr+3,Ti+3

-ocasionalmente la ausencia de un ión : centros de color


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Medio Activo

nm

Rubí

649.3

Nd:YAG

1064

Nd:YVO4

1064

Nd:LSB

1062

Nd:Vidrio

1060

Nd:YLF

1053

Nd:NiNbO3

1084 y 1092

Ho:YAG

2060

Ho:YLF

2100

Er:Vidrio

1540

Er:YAG

2840

DPSS a frecuencia doblada

532

Medios Activos y Longitud de Onda en la que Emiten

Además de estos sistemas no exísten muchos más que sean ampliamente utilizados comercialmente o en aplicaciones

La mayoría emiten en el infrarrojo, a menos que se les multiplique la frecuencia.


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El Dúo Dinámico

-El láser de rubí: primer sistema láser. Theodore H. Maiman 1960, Hughs Research Laboratories. 3 Niveles

-El láser de Nd:YAG es el SSL más utilizado, se espera que para este año abarque el 75% del mercado en aplicaciones de procesado de materiales. 4 Niveles. J.E. Geusic 1964, Bell Labs

-Aunque en el futuro puede ser desplazado por el de Nd:YVO4 que al parecer tienen mejores propiedades


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Comparación con Otros Láseres:

Donde se nota que los SSL tienen:

-secciones eficaces mucho más pequeñas

-tiempos de vida mucho más largos

-intensidades de saturación mucho más elevadas

-defectos cuánticos significativamente

más pequeños

-espectro de ganancia mucho más grande

-el tiempo de vida atómico es mucho mayor

que el tiempo de vida en la cavidad

-densidades numéricas mucho más elevadas


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BOMBEO

La mayoría utiliza un bombeo óptico:

-Lámpara de centelleo (flashlamps) de Xe

-Lámparas de arco continuo

-Arreglos de Láseres de Diodo (DPSS)

-Lámparas de Halógenos

-¡Luz Solar!


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Lámparas de Centelleo de Xe

-Distintas configuraciones

Miden desde 1in hasta varios metros

-Tubo de cuarzo sellado. Electrodos. Gas a presiones de 300-400 torr.

-Necesitan sistema de enfriamiento

-Láseres pulsados.

Se utilizan cuando se requieren láseres de ALTA POTENCIA (>MW)


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Lámparas de arco continuo

-Se utilizan en láseres de CW

-Se necesitan remover varios KW de calor residual

-Están siendo rápidamento por los arreglos de diodos láser como método de bombeo.

Sol

-Eficiencia baja

-Alimentación gratis. 

-Tecnología en desarrollo, cara y no puede competir


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DIODOS LÁSER

-Son más eficientes (casi 10 veces más)

-No tienen problemas tan graves de disipación de

Calor

-Se puede diseñar el bombeo

-baratos ($10USD/W)

-compactos, operan a 115VAC


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Nd:YAG

Sistema de 4 niveles:

El bombeo se realiza a 808nm, se obtiene emisión láser no polarizada a 1064nm (IR).


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CAVIDAD RESONANTE

-Desde varios centímetros hasta varios varios metros

-Fabry-Perot

Contiene:

-medio activo

-espejos

-lámparas de bombeo

-sistema de enfriamiento

-cavidad reflectoras de bombeo

-sistema de conmutación Q

-cristales multiplicadores de frecuencia

-OPO, etc.


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ESPEJOS

-HR: materiales dieléctricos, con cubierta metálica, reflectores de esquina o media esquina

-OC: (Output Coupler) por lo regular se utilizan espejos dieléctricos o de óptica resonante, es decir un etalón.

-Sustrato: BK7

-Tienden a ser muy planos y grandes: pueden no tener problemas de alineación detallada

-Se concentra mucho calor en ellos

-Pueden ser externos o estar en los extremos del medio activo

-Umbral de daño: 1 J/cm2 a 1064nm, 10ns, 10Hz


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-HR: >99.8% @ 1604, 1053 y 1047nm

-OC:R=50%, 60%, 70%, 80%, 90%, 94% o 98%)

-$35-50 USD (D:25.4mm, t=6.35mm)

La energía de salida depende de la reflectividad del OC


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Conmutación-Q

-Mecánica (rubí:3ms), pasiva y optoelectrónica(Nd:YAG:230us)

-MW hasta GW, ns, ps, <

-pulsados y CW-> pulsados->kWz

-Si la cavidad no está perfectamente alineada y se utiliza conmutación Q se puede dañar el láser

MULTIPLICADORES DE FRECUENCIA

-SHG, THG, QHG

-KTP (KTiOPO4)


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OSCILADORES PARAMÉTRICOS ÓPTICOS

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN:

-gas-líquido, pequeños-grandes, baja potencia-alta potencia

-aire, nitrógeno, agua, glicol etileno

-líquido: cavidad inundada, y sistema con revestimientos

-menor temperatura mayor eficiencia, pero

-Evitar temperaturas muy bajas para evadir la condensación


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APLICACIONES

Industriales:

-Procesamiento de materiales: perforar, marcar, cortar, soldar, trazar. Nd:YAG 100-400W, pulsos de 0.5 a 8ms

Militares:

Designación de blancos, componentes de telemetría, sensores remotos, iniciación de artillería, radares láser. Er:Vidrio

Láseres pirotécnicos: Nd:Vidrio, Yb:Vidrio

Estéticas: Remoción de tatuajes


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Aplicaciones Médicas

Cirugías, ablaciones y evaporaciones, coaguladores. Nd:YAG 60W y Ho:YAG


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MEDIDAS DE SEGURIDAD

-Con los láseres pulsados la defensa natural del parpadeo o reflejo de aversión no sirve de nada. Las longitudes de onda entre el UV y los 1.5 micrómetros del infrarrojo no son seguras para la visión. Una pequeña fracción de un Joule de energía puede causar daños irreversibles, incluso se puede perder la vista

-Los láseres dopados con Nd tienen longitudes de onda en el IR, no hay protección ni siquiera en CW

-Pueden quemar los tejidos

-El bombeo por Xe produce radiación UV peligrosa para la vista y los tejidos, puede quemar objetos

-Fuentes de poder. Capacitores de 400J, 400 microfaradios a 2,000V


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