Diodo láser, fotones – operación láser en electrónica
Diodo láser, fotones – operación láser en electrónica
Diodo láser, fotones – operación láser en electrónica
La tecnología láser se usa comúnmente en muchos equipos industriales y médicos, así como en los que se pueden encontrar en casi todos los hogares. Redes de fibra óptica, impresoras láser, termómetros láser, Unidades de CD-ROM/DVD, lectores de código de barras: cada uno de estos dispositivos utiliza los beneficios de un láser. En el día a día, preferimos no preguntarnos cómo funciona y de dónde viene el láser colocado en su interior, y este es un tema que merece atención.
¿De dónde vino el láser?
La historia del rayo láser comenzó en 1960, aunque el modelo teórico de este tipo de fenómenos se creó mucho antes, en 1917. En ese momento, el famoso científico Albert Einstein afirmó que una de las partículas más pequeñas de la materia, es decir, los átomos excitados, son capaces de emitir luz. Sin embargo, en ese momento, los científicos aún no tenían la tecnología para confirmar la teoría de Einstein. El gran avance se produjo muchos años después, en 1954, cuando tres científicos estadounidenses (Charles Towneson, James Gordon y Herbert Zeiger) lograron que un átomo emitiera microondas. De esta manera, se crea el primer máser (amplificación de microondas por emisión estimulada de radiación), un dispositivo que emite un haz de microondas fuerte y controlable. Este logro estimuló a la comunidad científica, lo que llevó a más experimentos. El láser (el nombre es un acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) se desarrolló 6 años después. El primero en hacer que un átomo emitiera luz visible fue el científico estadounidense Theodore Maiman. Con el destello de una potente lámpara de destellos, en cuyo interior se colocó un cristal de corindón dopado con cromo (rubí), comenzó la era de los láseres.
¿Cómo funciona el láser?
La respuesta más simple, pero también imprecisa, a la pregunta es que el láser brilla. Dado que el láser está brillando, ¿por qué, cuando usamos el puntero láser conocido en las escuelas y salas de conferencias, veremos solo un punto en la pantalla y el láser no iluminará la habitación? La diferencia entre una bombilla ordinaria y un láser es principalmente el foco de la luz. En los primeros fotones se dispersan, se mueven en todas direcciones, es por eso por lo que una bombilla puede iluminar una habitación oscura. En el láser es todo lo contrario, la luz se enfoca en un punto, creando un haz en el que los fotones se mueven casi paralelos entre sí. Gracias a esta propiedad, cuando encendemos el láser, veremos solo un pequeño punto, iluminado por la luz enfocada que incide sobre él.
Podemos visualizar el funcionamiento del láser imaginando una pequeña caja cubierta de espejos en su interior, en la que hemos encerrado unos fotones. Estas partículas viajarán constantemente por el interior de la caja, rebotando en los espejos. Con cada impacto, se liberará una porción de energía, que es una copia exacta de un fotón. Con cada reflexión, la cantidad de partículas de luz aumentará hasta llegar a un punto crítico. Luego, los fotones perforarán la pared de la caja, creando un haz de luz con propiedades muy interesantes.
Los láseres de hoy en día se basan principalmente en diodos láser basados en el fenómeno de reflexión de la luz descrito anteriormente. Los diodos láser recuerdan un poco a los clásicos diodos LED, excepto que entre las dos áreas hay un semiconductor tipo N y P en una especie de caja de resonancia para los fotones liberados. Está construido con muchas capas que pueden reflejar total o parcialmente las partículas de luz para finalmente enfocarlas en un solo haz.
Láser en electrónica
El láser, debido a sus propiedades, es muy utilizado en electrónica. Una gran cantidad de dispositivos y elementos basan su funcionamiento en el fenómeno de la reflexión múltiple de la onda luminosa, y algunos de ellos se presentan brevemente:
Diodos láser
Cuando pensamos en un láser, generalmente pensamos en un diodo láser ordinario. Ya se mencionó su construcción, pero vale la pena saber que cada elemento de este tipo está determinado por el parámetro de potencia, que determina qué tan brillante será el láser dado. Podemos encontrar diodos con potencias desde 5mW hasta incluso 115.000mW, pero debes recordar que incluso los láseres de baja potencia pueden ser peligrosos para la salud. Bajo ninguna circunstancia debe brillar en los ojos, puede provocar daños permanentes en los ojos.
Diodo láser: ADL-63102TL-3
Los diodos láser generalmente emiten luz roja, pero también se pueden encontrar diseños infrarrojos. Por lo general, se fabrican en carcasas TO9, TO18 y TO56, que están diseñadas para montaje de orificio pasante.
Módulos láser
Módulo láser: FP-D-650-1-C-F
Los módulos prefabricados que emiten un haz de este tipo de luz están relacionados con los diodos láser ordinarios. En el interior, hay un diodo con electrónica adicional que le permite controlar el módulo. Los módulos láser generalmente se fabrican en forma cilíndrica de igual tamaño. Además, se debe prestar atención a parámetros como la potencia, la tensión de alimentación, el color e incluso el tipo de haz emitido. Gracias al uso de cabezales ópticos, el módulo láser puede emitir un haz de luz recto clásico, pero también elipses, cruces y líneas de luz. Este tipo de elementos se utilizan comúnmente en la automatización industrial, en particular para crear barreras de luz.
Módulos láser en el catálogo de TME »
Fibra óptica
También podemos asociar la fibra óptica con la tecnología láser. Esto no es sorprendente, porque ambas soluciones funcionan con principios similares. La fibra óptica que en realidad es una estructura semitransparente hecha de fibra de vidrio, permite la transmisión de luz como portadora de información. La fuente de luz en la que se almacenará la información podrá ser el citado diodo láser, o en algunos casos también un clásico diodo LED. A la hora de elegir fibra óptica conviene saber que no se trata de un diseño totalmente universal, pues se adapta a un tipo de transmisión concreto.
Latiguillo de fibra: FIBRAIN-PIG-001
Patchcords y latiguillos de fibra óptica »
Sensores láser
Sensor de distancia: HG-C1200-P
Otro tipo de dispositivos que basan su funcionamiento en un rayo láser son todo tipo de sensores láser de distancia. Estas pequeñas estructuras son de uso común en el sector industrial, donde actúan como elementos de control de conjuntos de máquinas. El principio de funcionamiento de dicho sensor es bastante simple. Emite un haz de luz que, si es reflejado por el objeto detectado, incidirá en el fotoelemento, que enviará la señal adecuada a, por ejemplo, un controlador PLC. Por lo general, el emisor y el receptor de luz se colocan en una misma carcasa, pero también hay construcciones en las que son dos elementos separados. Gracias a esta solución, es posible, por ejemplo, detectar un módulo LCD que, mientras se mueve en la línea de producción, se cruzará con el rayo láser emitido por el transmisor..
Los sensores láser se caracterizan por una serie de parámetros, que incluyen rango, configuración de salida, modos de funcionamiento, tipo de carcasa, frecuencia, clase de hermeticidad o material del que está hecha la carcasa. Al elegir el sensor correcto, vale la pena considerar cada uno de estos aspectos
Fotoelementos
Los elementos que pueden detectar un haz de luz son, por ejemplo los fotodiodos. Estos pequeños elementos semiconductores se colocan en carcasas en las que una de las paredes es transparente, gracias a lo cual la luz láser puede incidir directamente sobre el núcleo de silicio del elemento. Al igual que otros diodos, el fotodiodo se basa en la unión P-N, que absorbe la luz que cae sobre él. Como resultado, los electrones se filtran a la banda de conducción, aumentando la corriente que fluye a través del elemento.
Fotodiodos: BPW20RF
Fotoelementos disponibles en TME »
Los fotodiodos se fabrican tanto en carcasas diseñadas para montaje THT de orificio pasante como SMD de superficie. Vale la pena distinguir varios parámetros importantes para los LED de este tipo, estos son: sensibilidad (longitud de onda en puntos), ángulo de visión, velocidad de encendido y apagado y potencia.
Medidores de temperatura
Pirómetro: FLK-62MAX
Al discutir el tema del uso del láser en la electrónica, además de los módulos y componentes electrónicos, también vale la pena prestar atención a los dispositivos listos para usar basados en tecnología láser. Estos son, por ejemplo, los pirómetros láser, es decir, medidores de temperatura sin contacto. Su funcionamiento consiste en medir la longitud de onda de la radiación infrarroja emitida por el objeto ensayado, cuyo valor se convierte posteriormente en temperatura. Además, los dispositivos de este tipo suelen estar equipados con un láser rojo adicional, cuyo haz apunta al punto a medir.
Pirómetros en el catálogo de TME »
Telémetros láser
Otro ejemplo de un dispositivo de medición que utiliza tecnología láser son los telémetros láser. Este tipo de dispositivo le permite medir fácilmente la distancia desde el objeto que nos separa, lo que los convierte en una solución popular en la construcción, la geodesia, pero también en los departamentos de mantenimiento. El dispositivo emite un haz de luz, que después de la reflexión regresa y golpea el fotoelemento. Luego, el telémetro, basado en el cambio de fase entre la luz transmitida y la recibida, determina la distancia. En su funcionamiento, es algo similar a los sensores de distancia láser.
Telémetro: LM50A
Tacómetros láser
Tacómetro: RPM33
Un tacómetro es un dispositivo que le permite medir de manera fácil y precisa la velocidad de rotación RPM (Rotary Per Minute). La medición es sin contacto y también se basa en tecnología láser. El funcionamiento es similar al que ya se ha descrito en el caso de los dispositivos mencionados anteriormente: el haz de luz incide en el elemento giratorio y regresa parcialmente cuando se refleja en el elemento reflectante. El dispositivo cuenta el número de reflejos y en base a ellos determina la velocidad de rotación.
Tacómetros en el catálogo de TME »
Lectores de códigos de barras
El dispositivo que nos podemos encontrar tanto en tiendas como en almacenes o plantas de producción son los lectores de códigos de barras. También basa su operación en un láser. Cada escáner de este tipo se basa en dos elementos: un diodo láser o LED de alto brillo y un fotodetector. El diodo emite un haz de luz que golpea la lente de dispersión. Cuando hay un código de barras en el camino de la luz dispersa, la luz se reflejará, pero solo por las partes blancas del código, las barras oscuras absorberán toda la luz. Se puede decir que en los códigos de barras se detectan los espacios entre las barras. El haz de luz reflejado y triturado por el código de barras pasa al fotodetector que, junto con la electrónica que lo acompaña, convierte la luz reflejada en impulsos eléctricos, que luego se envían, por ejemplo, a la computadora que opera la caja registradora.
Lector de códigos de barras: QOLTEC-50860
Lectores de códigos de barras »
Por supuesto, los dispositivos y elementos enumerados no son todos los productos del catálogo de TME relacionados con la tecnología láser. Sin embargo, este fragmento de nuestra oferta ya muestra cuán versátil es su uso y en cuántos aspectos resulta útil.