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Construccion y Configuracion de unReflectometro Angular Automatizado
Daniel Ricardo Montana Parra
Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas
Facultad de Ciencias y Educacion
Bogota, Colombia
2018
Construccion y Configuracion de unReflectometro Angular Automatizado
Daniel Ricardo Montana Parra
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al tıtulo de:
Licenciado en Fısica
Director:
Cesar Aurelio Herreno Fierro, Ph.D.
Profesor Asociado Proyecto Curricular de Licenciatura en Fısica
Grupo de Instrumentacion Cientifica & Didactica
Semillero Grupo de Optica de Materiales
Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas
Facultad de Ciencias y Educacion
Bogota, Colombia
2018
A MI FAMILIA
Contenido
1. Introduccion 2
2. Conceptos sobre Optica Fısica 4
2.1. Intensidad de Radiacion Electromagnetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2. Modos de Polarizacion Electromagnetica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3. Coeficientes de Fresnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3. Generalidades de Medicion y Automatizacion 9
3.1. Sistema Generalizado de Adquisicion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2. Sistemas de Control y Automatizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.3. LabVIEW - Software de Instrumentacion, Control y DAQ . . . . . . . . . . 12
3.4. Tratamiento Estadıstico y de Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4. Construccion y Configuracion del Instrumento de Medida 15
4.1. Esquema Estructural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2. Adquisicion de Datos de Intensidad Electromagnetica . . . . . . . . . . . . . 16
4.3. Automatizacion y Control del Goniometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.4. Interfaz Grafica de Usuario y Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
5. Pruebas Preliminares de Funcionamiento 21
5.1. Medidas Adquiridas de Reflectancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
5.2. Impacto de resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
6. Conclusiones 25
A. Anexo A: Manual de Usuario:
Adquisicion de Datos y Control del Reflectometro Angular 26
B. Anexo B: Principios Fısicos y Especificaciones Tecnicas de los componentes
Usados 30
B.1. Sistema de Adquisicion de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
B.2. Sistema Automatizado de Movimiento Angular . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
B.3. Instrumentos Opticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Bibliografıa 36
1. Introduccion
El estudio de materiales como rama de las ciencias exactas, ha tenido gran auge y aceptacion
en la comunidad cientıfica colombiana, factor que no solo ha permitido comprender mejor
las propiedades de los materiales, sino tambien aprovecharlas con fines tecnologicos. En las
ultimas decadas han surgido campos especıficos que se encargan de usar la optica como
un medio de analisis de materiales, al estudiar fenomenos de interaccion radiacion materia,
surgiendo ramas y metodos especializados de estudio como la plasmonica, magneto optica,
elipsometrıa, rayos X y espectroscopia Ramman.
Respondiendo entonces a esta demanda investigativa, y con el animo de fortalecer el desarro-
llo cientıfico, la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas desde el proyecto curricular de
Licenciatura en Fısica, ha creado el semillero de investigacion del Grupo de Optica Fısica de
Materiales (SemGOMa), un grupo encaminado al estudio de materiales desde la optica fısica
especialmente en campos como la plasmonica, magnetoplasmonica y elipsometrıa, donde se
han venido desarrollando estudios teoricos al respecto. Sin embargo, para que este proceso
sea integral, se hace estrictamente necesaria la adquisicion e implementacion de equipos de
laboratorio especializado, que permitan complementar experimentalmente los diversos pro-
yectos propuestos.
Ahora bien, estudiar las propiedades fısicas de los materiales por medio de la optica, impli-
ca el uso de diferentes metodos y tecnicas experimentales en donde la reflectometrıa, es de
forma general uno de los metodos mas usado, dado que, a traves del analisis de la reflexion
de la luz sobre la superficie de algun material, y su relacion con la incidencia de la misma
(reflectancia) es posible estudiar diversos fenomenos y propiedades opticas que caracterizan
un sistema. El montaje usado es conocido como reflectometro, el cual consiste principalmen-
te en una fuente de luz laser, una configuracion de distintos filtros que permiten ajustar la
polarizacion e intensidad del haz, y diversos detectores (fotodiodos) que miden la intensidad
de los haces incidente y reflejado. La muestra en la cual se refleja la luz, descansa sobre un
goniometro automatizado que posiciona dicha muestra en un angulo de incidencia sobre el
cual se desee trabajar.
Particularmente en plasmonica el uso del reflectometro es importante dado que la reflectancia
en un sistema plasmonico se relaciona con la resonancia de plasmones superficiales (SPR),
que teoricamente esta en funcion de diferentes parametros, como lo son los coeficientes de
3
Fresnel que a su vez relacionan un angulo de incidencia y nos permite determinar bajo que
condiciones la resonancia plasmonica es optima [1].
En este trabajo se presenta la construccion, configuracion y automatizacion de un reflectome-
tro angular en la Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas, como parte del proyecto
institucionalizado de Optica de Multicapas Homogeneas en el CIDC (Centro de Investigacio-
nes y Desarrollo Cientıfico), ademas de ayudar en la implementacion de nuevos recursos para
la investigacion experimental en el semillero del Grupo de Optica de Materiales (SemGOMa).
Dicha configuracion se basa principalmente en la automatizacion de un goniometro (OSMS-
60YAW-W) de resolucion angular del orden de decimas de mili radian y el desarrollo de un
sistema de adquisicion de datos que permite hacer medidas de intensidad lumınica mediante
el uso de fotodetectores (DET100A/M), todo esto bajo un sistema de control desarrollado
en LabVIEW-NI c© National Instruments Corporation.
2. Conceptos sobre Optica Fısica
La construccion de un reflectometro angular, requiere entender algunos conceptos generales
referentes a la optica fısica, pues es en este campo donde tiene aplicacion directa. Este
capıtulo tratara conceptos de intensidad de radiacion electromagnetica y propagacion de la
luz, especificando terminos de reflexion y reflectancia, lo que pondra en contexto el objetivo
de este trabajo.
2.1. Intensidad de Radiacion Electromagnetica
La optica fısica, de forma general, se encarga de estudiar la luz desde su naturaleza electro-
magnetica. Estudio que se fundamenta en un analisis de las cuatro ecuaciones de Maxwell,
la cuales describen los fenomenos electromagneticos de una forma compacta y general. En el
estudio de materiales, generalmente se consideran estructuras caracterısticas porque sus pro-
piedades fısicas no dependen de la direccion en que se estudien (isotropicos), su respuesta a
diversos fenomenos fısicos mantiene una proporcionalidad (lineal) y son capaces de conducir
la electricidad (conductores), para estos materiales las ecuaciones de Maxwell son:
~∇ · ~E =ρfε
~∇ · ~B = 0
~∇× ~E = −∂~B
∂t
~∇× ~B = µ ~Jf + µε∂ ~E
∂t,
(2-1)
las cuales mediante un desacoplamiento vectorial, nos dan razon del comportamiento elec-
tromagnetico de la luz , al deducirse una ecuacion de onda caracterıstica:
∇2E = εµ∂2E
∂t2y ∇2B = εµ
∂2B
∂t2(2-2)
cuya velocidad de propagacion es 1v2
= εµ ; donde v = 1√εµ
= cn, lo que denota un elemento
importante en el estudio de los materiales, la constante optica n conocido como ındice de
refraccion.
2.1 Intensidad de Radiacion Electromagnetica 5
Ahora bien, el analisis de este tipo de ondas se centra en las funciones de onda que dan so-
lucion a las ecuaciones diferenciales (2-2) y que satisfacen las ecuaciones de Maxwell. Dichas
funciones muestran el comportamiento de los campos electrico (E) y magnetico (B) en el
espacio y tiempo. Por tanto, podemos decir que de forma indirecta la optica fısica se encarga
de estudiar los campos E y B.
Las ondas electromagneticas, se caracterizan por tener la capacidad de transportar energıa
de un punto a otro, particularidad que se puede profundizar mediante el teorema de Poyn-
ting [2], que usa el principio de conservacion de energıa y expresa la disminucion de energıa
electromagnetica en una region determinada. La ecuacion caracterıstica es:
dW
dt= − d
dt
∫1
2(ε0E
2 +1
µ0
B2)dτ −∮
(E ×Bµ0
) · da (2-3)
en su primer termino indica una perdida de energıa electromagnetica por disipacion de
potencia y en su segundo termino perdidas por un flujo de energıa hacia el fuera de una
region, es decir que existe un flujo de potencia por unidad de area (P/A), este ultimo se
denomina vector de Poynting:
S =1
µ0
(E ×B) = E ×H (2-4)
el cual se encuentra en funcion de las funciones de E y H. Si E = Eo cos (kx− ωt)j y
H = H0 cos (kx− ωt)z, tenemos que el vector de Poynting tiene la misma direccion de
propagacion de la onda (x):
S = E0H0 cos2 (kx− ωt)x (2-5)
Si analizamos una onda electromagnetica en el espectro visible (400 a 700 nm), su frecuencia
de oscilacion es del orden de 1014Hz, por tanto, si se desea conocer el flujo de energıa en un
instante determinado con algun instrumento de deteccion (camara, fotodetector, ojo) este
no es capaz de seguir la frecuencia de oscilaciones dada su magnitud y lo que hace es percibir
un promedio temporal de la onda. Entonces la magnitud del vector de Poynting esta definida
por el promedio temporal e indica la intensidad de radiacion electromagnetica:
〈S〉 = E0H01
π
∫ π
0
cos2 (kx− ωt)xdt
= E0H01
π
π
2
(2-6)
teniendo en cuenta que H0 = E0
cµ0, obtenemos:
6 2 Conceptos sobre Optica Fısica
I = 〈S〉 =1
2cε0E
20 (2-7)
Vemos entonces como la intensidad de la onda electromagnetica es proporcional al cuadrado
de la magnitud del campo electrico. Obtenemos ası, una variable fısica que podemos medir
en el laboratorio de una manera mas comoda, dado que medir directamente la magnitud
del campo electromagnetico de una onda de este tipo resulta ser demasiado complicado
experimentalmente.
2.2. Modos de Polarizacion Electromagnetica
Una onda electromagnetica puede propagarse de dos modos especıficos de polarizacion, los
cuales estan representados en la figura 2-1. Un primer modo donde la direccion del campo
E es paralela al plano de incidencia y la direccion del campo B es transversal al mismo,
modo que es conocido como transversal magnetico (TM) o tipo P ; y un segundo modo
de propagacion donde la direccion del campo E es transversal al plano de incidencia y la
direccion del campo B es paralela al mismo, modo conocido como transversal electrico (TE)
o tipo S.
(a) (b)
Figura 2-1.: Onda electromagnetica polarizada (a). Tipo P (b). Tipo S
2.3. Coeficientes de Fresnel
La interaccion de una onda electromagnetica con la materia, puede generar un fracciona-
miento en la intensidad de la misma, y cambios en su direccion de propagacion. La figura
2-2, muestra una onda polarizada linealmente con un modo tipo p, que se propaga en un
2.3 Coeficientes de Fresnel 7
medio 1 con un ındice de refraccion n1 e incide en un medio 2 con ındice de refraccion n2
a un angulo θi respecto a la normal de su superficie, una parte se refleja (reflexion) y otra
pasa a traves del material (transmision).
Figura 2-2.: Onda electromagnetica incidente, reflejada y transmitida en una interfase
Las ondas reflejadas y trasmitidas son portadoras de un porcentaje de la intensidad de la
onda incidente, en concordancia con el principio de conservacion. Sabiendo que la intensidad
de la onda esta relacionada con la amplitud de sus campos electromagneticos, las ecuaciones
de Fresnel, detallan el comportamiento de los mismos expresando cuantitativamente el por-
centaje de reflexion y transmision en sistemas como el representado en la figura 2-2, para
una onda incidente polarizada en modo TM, mediante los denominados coeficientes reflexion
(r) y transmision (t) de Fresnel [1, 3]:
rp =ErEi
=n1 cos(θt)− n2 cos(θi)
n1 cos(θt) + n2 cos(θi)(2-8)
tp =EtEi
=2n1 cos(θi)
n1 cos(θt) + n2 cos(θi)(2-9)
Teniendo en cuenta esta relacion de los campos EM reflejado, transmitido e incidente, se
puede relacionar tambien la intensidad de radiacion reflejada y transmitida por medio de las
ecuaciones de reflectancia (R) y transmitancia (T ) que parten de la ecuacion 2-7 y son:
Rp =IrIi
=
∣∣∣∣ErEi∣∣∣∣2 = |rp|2 (2-10)
8 2 Conceptos sobre Optica Fısica
Tp =ItIi
=
∣∣∣∣EtEi∣∣∣∣2 = |tp|2 (2-11)
La suma de las dos ecuaciones dara como resultado el valor de la intensidad incidente, sin
embargo, al tratarse de valores normalizados el valor de incidencia ha de ser la unidad. En-
tonces los valores de reflectancia y transmitancia dan razon de que fraccion de intensidad
incidente se distribuye en la reflexion y transmision.
3. Generalidades de Medicion y
Automatizacion
Ademas de entender los principios generales del campo de accion de un reflectometro, tam-
bien se hace necesario comprender de que forma pueden medirse cierto tipo de variables de
manera tal que pueda facilitarse un proceso de experimentacion. Este capıtulo presentara el
esquema general de un sistema de adquisicion de datos como pauta para la configuracion de
un reflectometro angular, ası como la configuracion general de un sistema de control.
3.1. Sistema Generalizado de Adquisicion de Datos
Un sistema de adquisicion de datos (DAQ) permite medir y registrar senales por medio de
una serie de elementos que permiten su registro y analisis de forma rapida y eficaz. Dichas
senales representan variables fısicas especıficas (voltaje, corriente, masa, presion, tempera-
tura, intensidad de luz, etc) que bien pueden ser senales electricas directas u originadas por
mecanismos de conversion (transductores) [4]. La figura 3-1 muestra el esquema general de
un sistema DAQ:
Figura 3-1.: Elementos generales de un sistema de adquisicion de datos
Transductores
Un transductor es un mecanismo que convierte una senal fısica en una senal de salida bien
sea mecanica (desplazamiento, presion) o electrica (voltaje, corriente, resistencia) que pueda
medirse. Sin embargo, debido a un mejor tratamiento de la informacion, la implementacion
de transductores de tipo electrico es mas comun.
10 3 Generalidades de Medicion y Automatizacion
Acondicionamiento y Procesamiento de Senales
Las senales recibidas por los transductores, en ciertos casos suelen ser ruidosas, muy pe-
quenas en magnitud, o incluso muy potentes como para medirse directamente. Es por esto
que la senal requiere ser acondicionada para una optima medicion. El acondicionamiento
de la senal se realiza mediante un circuito especıfico que puede incluir amplificadores, ate-
nuadores, filtrado y aislamiento segun sean las caracterısticas y tipo de senal de salida del
transductor.
Ahora bien, generalmente la senal de salida de un transductor es de tipo analogica, ca-
racterıstica que no es util para su manipulacion y procesamiento desde un PC, dado su
funcionamiento estrictamente digital. Es por esto que se hace necesaria la conversion digital
de las senales adquiridas, mediante circuitos de AD. El funcionamiento de este tipo de cir-
cuitos, comprende tres tareas especıficas, en primer lugar se realiza un muestreo periodico
de la senal dada su variacion continua en el tiempo (por ejemplo una senal sinusoidal de
voltaje), en segundo lugar tales muestras se cuantifican numericamente para finalmente ser
codificadas de forma binaria [5].
Figura 3-2.: Muestreo, cuantificacion y codificacion de una senal analogica
Procesamiento y Registro de Datos
Una vez digitalizadas las senales obtenidas por el transductor, estas son transferidas a una
PC a traves de protocolos de comunicacion tales como USB, PCI, RS232 entre otros [6] La
senal codificada es procesada por un software de control, que interactua con los dispositivos
antes mencionados. Ahora bien, el registro, visualizacion, analisis y almacenamiento de da-
tos es determinado por las intenciones particulares del usuario, a traves de un software de
aplicacion que permite realizar un tratamiento personalizado de los datos.
Algunos ejemplos de software capaces de crear interfaces de procesamiento de datos son
LAbVIEW-NI , LabWindows, MyOpenLab LogicBUS, DASYLAB, Visual Basic, ToolBOX,
ROOT, C++, Phyton entre muchos otros.
3.2 Sistemas de Control y Automatizacion 11
3.2. Sistemas de Control y Automatizacion
Cuando nos referirnos a sistemas automatizados, hablamos de sistemas capaces de realizar
algun proceso (por ejemplo, controlar una variable fısica) donde la intervencion humana es
mınima o en ocasiones nula, caracterıstica que permite optimizar y mejorar el desarrollo
y efectividad de muchas tareas a nivel industrial o cientıfico. Lograr que un mecanismo o
sistema desarrolle un proceso de forma automatica, requiere de un sistema de control, que
dependiendo de la finalidad del proceso, puede clasificarse como sistema de control de lazo
abierto o lazo cerrado [7].
Sistema de control de lazo Abierto
Un sistema de control de lazo abierto se caracteriza por controlar un proceso directamente
y no tener alguna retroalimentacion al respecto, esto se clarifica teniendo en cuenta los
elementos que componen el sistema, los cuales son presentado en la figura 3-3.
Figura 3-3.: Esquema de un sistema de control de lazo abierto
Son tres los elementos generales en un sistema de este tipo, en primer lugar debe existir
una senal de entrada que basicamente es la orden que se proporciona para que un proceso
pueda realizarse, dichas senales pueden ser digitales, electricas o mecanicas, dependiendo del
sistema que quiera controlarse.
Las senales de entrada son leıdas por un controlador, que determina el comportamiento del
sistema, pues brinda instrucciones previamente programadas a los diferentes mecanismos de
proceso. Los controladores mas usados son microprocesadores, microcontroladores, o dispo-
sitivos PLC (controladores logicos programables) [7].
Ahora bien, los controladores generan ordenes que se transmiten al proceso por medio de
actuadores, que transforman dichas ordenes en magnitudes o cambios fısicos en el sistema
y permiten realizar finalmente un proceso, accion o tarea determinada. El sistema conclu-
ye entonces con la realizacion del proceso, sin tener en cuenta algun tipo de evaluacion o
retroalimentacion de la efectividad del mismo.
12 3 Generalidades de Medicion y Automatizacion
Sistema de Control de lazo cerrado
Ahora bien, un sistema de lazo cerrado, constituye los mismos elementos del sistema de
lazo abierto, pero en este caso existe una retroalimentacion al respecto y constituye un
flujo continuo de informacion. Estas caracterısticas son definidas por algunos componentes
adicionales, como se muestra en la figura 3-3.
Figura 3-4.: Esquema de un sistema de control de lazo cerrado
El sistema funciona de la misma forma a un sistema abierto desde la senal de entrada hasta
el proceso como tal, lo que diferencia este sistema es una evaluacion del proceso mismo, el
cual proporciona una senal de salida de acuerdo al estado del mismo, senal que es captada
por medio de una serie de captadores, que por lo general son sensores que envıan esta senal
de salida a un comparador ubicado en un punto intermedio entre la senal de entrada y el
controlador, que contrasta dicha senal con la de entrada y determina si es necesario variar
esta ultima para que el proceso se lleve a cabo segun la finalidad del sistema.
3.3. LabVIEW - Software de Instrumentacion, Control y
DAQ
LabVIEW-NI c© National Instruments Corporation, es un software de instrumentacion, con-
trol y adquisicion de datos basado en un lenguaje de programacion grafica, caracterıstica que
permite un aprendizaje eficaz dado que la programacion se basa en una relacion logica de
herramientas y funciones por medio de paletas interactivas, cajas de dialogo, arreglos, confi-
gurados como iconos graficos en una interfaz dinamica llamada Instrumento Virtual (VI).
Un VI esta formado principalmente por dos ventanas: el panel frontal (front panel) y el dia-
grama de bloques (Block diagram) [8].
El panel frontal es la interfaz grafica donde le usuario puede interactuar con la aplicacion,
insertando comandos, manipulando objetos como perillas o botones que controlan el instru-
mento virtual. Relaciona ademas, indicadores, tablas, graficas que permiten presentar los
resultados de la ejecucion del instrumento.
3.4 Tratamiento Estadıstico y de Error 13
Figura 3-5.: Panel Frontal del Instrumento Virtual (VI).
El diagrama de bloques es la ventana donde se desarrolla el codigo que controla el funcio-
namiento de la aplicacion. Consta de funciones representadas por iconos, lıneas de conexion
entre bloques, estructuras de ciclo (while, for, if) entre otros elementos, que funcionan me-
diante el concepto de programacion de flujo de datos.
Figura 3-6.: Diagrama de Bloques del Instrumento Virtual (VI).
3.4. Tratamiento Estadıstico y de Error
Cuando se realizan n medidas de un mismo valor (desconocido) de una magnitud fısica,
por ejemplo una serie de datos de x (x1, x2, x3, ..., xn), el experimentador puede reducir la
cantidad a una forma util y definir el valor que representa mejor la medida, por medio de
un analisis estadıstico, que aborda dos conceptos pertinentes, un valor medio y una des-
viacion estandar [4].
14 3 Generalidades de Medicion y Automatizacion
El valor medio se refiere principalmente al valor alrededor del cual se distribuyen los datos
de un conjunto xi. La media aritmetica, es la herramienta estadıstica mas utilizada para
determinar dicho valor, tambien llamado promedio, y que esta definida como:
x =1
n
n∑i=1
xi (3-1)
Ahora bien, la desviacion estandar nos indica que tan dispersos se encuentran los datos
respecto al valor medio, es decir, si los valores estan proximos entre sı o demasiado alejados.
Este valor es definido como:
σ =
√∑ni=1(xi − x)2
n− 1(3-2)
Cuando el valor de la dispersion es pequeno, los datos se encuentran distribuidos muy cerca
al valor medio indicando que este es un valor muy representativo. Sin embargo, si el valor
es grande, los datos se encuentran bastante dispersos y la medida del valor medio no es
confiable.
4. Construccion y Configuracion del
Instrumento de Medida
Una vez entendidas las variables fısicas que se desean medir y las consideraciones generales
para desarrolar un sistema automatizado y de medida, este capıtulo abordara el proceso de
construccion y configuracion del reflectometro angular automatizado.
4.1. Esquema Estructural
La construccion de un instrumento de medicion, debe responder a las necesidades requeridas
por un experimentador que basa sus requerimientos en aspectos teoricos previamente desa-
rrollados. Por tanto, partiendo de los conceptos establecidos en el Capitulo 1, se determina
la necesidad del instrumento desarrollado el cual se enfoca en cumplir dos tareas fundamen-
tales. En primer lugar, realizar la medicion de intensidad de un haz de luz que incide
en la superficie de un material caracterıstico y relacionarla con la intensidad que se refleja
(reflectancia), intensidad que varıa en funcion del angulo de incidencia sobre el mismo, por lo
que en segundo lugar se debe garantizar dicha variacion mediante un movimiento angular
del material.
Figura 4-1.: Esquema general del sistema de automatizacion y DAQ del Reflectometro
Angular
16 4 Construccion y Configuracion del Instrumento de Medida
La figura 4-1 muestra el esquema general del reflectometro angular, que consiste en primer
lugar en una fuente de luz laser que garantiza un haz de luz coherente, colimado y mono-
cromatico, el cual sigue un camino optico hacia dos espejos de alineacion que le permiten
confinarse en un plano que asegura una correcta incidencia perpendicular en la muestra; en
segundo lugar un divisor - beam splitter (ver Anexo B.3) - separa el haz en dos, un haz que
se refleja a un angulo de 90o con un modo de polarizacion Tipo S y es dirigido hacia un
fotodetector, y otro que se transmite con un modo de polarizacion Tipo P que es colimado
con un lente plano-convexo el cual permite definir un punto de incidencia adecuado sobre
la muestra. Dicho haz incidente se refleja sobre la superficie del material y se dirige a un
segundo fotodetector que en conjunto con el primero reciben una senal de entrada la cual
es tratada por medio de una tarjeta de adquisicion de datos (DAQ) y analizada mediante
un computador personal. La muestra sobre la que incide el haz de luz se posiciona sobre un
goniometro automatizado que controla la posicion angular de la misma.
4.2. Adquisicion de Datos de Intensidad Electromagnetica
El sistema de medida y adquisicion de datos de la intensidad de luz laser que se emplea como
fuente lumınica, contempla los componentes de la estructura descrita en la fıgura 3-1, por
tanto se planteo un sistema concreto como se muestra en la figura 4-2.
Figura 4-2.: Diagrama de bloques de adquisicion de datos de intensidad electromagnetica
Como transductor se hace uso de un fotodetector - ThorLabs DET100A/M - o fotodiodo, que
convierte intensidad de radiacion electromagnetica en una senal de corriente electrica (ver
Anexo B.1). Dada la configuracion electronica del fotodiodo (ver figura 4-3a), cuando sobre
este no incide luz, existe una corriente caracterıstica del dispositivo, denominada corrien-
te oscura (dark), por lo que la corriente de salida general esta determinada como la suma
de corriente oscura (idark) y una corriente (ie) generada especificamente por la incidencia
lumınica, isalida = idark + ie.
4.3 Automatizacion y Control del Goniometro 17
(a) (b)
Figura 4-3.: (a). Circuito basico de un fotodiodo. (b). Circuito para lectura de Voltaje.
Ahora bien, en segundo lugar como mecanismo de acondicionamiento y procesamiento de
senales, se implementa una tarjeta de adquisicion de datos - NI 6211 USB (ver Anexo B.1)-
por su multifuncionalidad y facilidad de tratamiento de senales, gracias a que tiene inte-
grado un amplificador y posee multiples entradas analogicas, apropiadas para la lectura de
senales de corriente. Sin embargo, las lecturas de corriente resultan complicadas, dado que
la magnitud de salida es demasiado pequena, a pesar de los amplificadores integrados, pero
lecturas de voltaje resultan mas eficientes.
Para que la tarjeta DAQ realice correctamente mediciones de voltaje, es necesario colocar
una resistencia electrica de valor conocido en serie con la corriente y medir el voltaje que pasa
a traves de ella como lo muestra la figura 4-3b, entonces mediante la Ley de Ohm I = V/R,
se puede calcular la corriente de salida y por tanto el voltaje de salida sera Vsalida = Vdark+Ve.
Finalmente, para que el sistema DAQ sea completo, se procesan los datos obtenidos mediante
el uso del software LabVIEW-NI c© National Instruments Corporation, que mediante el
complemento NI-DAQmx permite una comunicacion serial con la tarjeta DAQ, y visualizar
los datos medidos por esta en una aplicacion desarrollada a conveniencia del experimentador.
4.3. Automatizacion y Control del Goniometro
El sistema de automatizacion y control del goniometro considera la estructura de control de
lazo abierto presentada en la figura 3-3, dado que no se considera retroalimentacion para el
movimiento del goniometro, la eficiencia del movimiento se determina de forma especıfica en
la programacion del aparato controlador.
En primer lugar, como proceso de control del sistema se considera el movimiento angular de
una muestra de un material especıfico, por lo que como maquina de proceso se implementa el
uso de dos plataformas rotatorias - OSMS-60YAW-W (ver Anexo B.2) - capaces de moverse
18 4 Construccion y Configuracion del Instrumento de Medida
Figura 4-4.: Diagrama de bloques de adquisicion de datos de intensidad electromagnetica
continuamente a un angulo de 360o y sobre las cuales descansa la muestra. El mecanismo
cuenta con dos plataformas, una superior donde se ubica la muestra y una inferior que ex-
tiende un brazo sobre el cual se acopla un fotodetector, que hace las mediciones para el haz
reflejado. Es importante tener en cuenta que la configuracion de las plataformas debe estar
acorde con la ley de reflexion, es decir, si la plataforma superior se mueve un angulo x la
plataforma inferior debe moverse un angulo 2x como se muestra en la figura 4-1 (ver Anexo
B.2 que muestra su principio de funcionamiento).
En segundo lugar como controlador del sistema se implementa el driver inteligente - GSC-02
OptoSigma (ver Anexo B.2) - previamente programado por el proveedor, que por medio de un
software de control y automatizacion, para este caso LabVIEW-NI c© National Instruments
Corporation, puede ser operado a conveniencia dirigiendo senales de entrada basadas en
comandos preestablecidos por el controlador, mediante un protocolo de comunicacion RS232
[6, 8], y que usa el complemento NI-VISA que facilita la programacion entre el hardware y
la aplicacion desarrollada por el usuario.
4.4. Interfaz Grafica de Usuario y Control
Establecidos entonces los dos procesos anteriores, se determina un diagrama de flujo que
permite configurar e interconectar secuencialmente las tareas de forma automatica, median-
te una aplicacion desarrollada en LabVIEW-NI c© National Instruments Corporation. La
figura 4-5 presenta el diagrama de flujo de la aplicacion desarrollada que permite al usuario
controlar los procesos de forma secuencial y automatica, ademas de visualizar los daros ob-
tenidos.
El diagrama consiste principalmente en un ciclo while, que cumple una condicion establecida
por el valor del rango de movimiento angular sobre el cual se hara una toma continua de
datos de intensidad, que el usuario ha definido previamente.
4.4 Interfaz Grafica de Usuario y Control 19
Figura 4-5.: Diagrama de Flujo de la aplicacion desarrollada en LabVIEW-NI c© para el
Reflectometro Angular. *Automatizacion y Control del Goniometro. **Adqui-
sicion de Datos de Intensidad Electromagnpetica.
Se agregan tres procesos adicionales a los establecido en la seccion anterior, en primer lugar,
se fija un estado donde se estima el valor medio y el error de 100 medidas de intensidad elec-
tromagnetica para cada haz, tomadas a una frecuencia de 10kH en el proceso de adquisicion
de datos, con el fin de mejorar y estimar valores optimos en la medicion. En segundo lugar
se define un proceso de normalizacion de las medidas de intensidad respecto a la magnitud
medida del haz incidente, en concordancia con la ecuacion 2-10. Finalmente se establece un
estado donde se grafican estos datos ya normalizados como funcion del angulo de incidencia
el cual es determinado por un contador correlacionado con el numero de pasos dado por las
plataformas.
Figura 4-6.: Panel Frontal de la aplicacion desarrollada.
20 4 Construccion y Configuracion del Instrumento de Medida
Figura 4-7.: Diagrama de Bloques de la aplicacion desarrollada.
Figura 4-8.: Fotografıas del Montaje.
5. Pruebas Preliminares de
Funcionamiento
5.1. Medidas Adquiridas de Reflectancia
Para comprobar el funcionamiento y confianza del sistema de adquisicion de datos y auto-
matizacion realizado, se toman datos de reflectancia para dos sistemas especıficos, sobre el
cual se incide un haz laser de 638 nm de longitud de onda - CPS635R (ver Anexo B.1)
En primer lugar, se considera una estructura simple que consiste en un cristal de BK7
(ver Anexo B.3), con ındice de refraccion 1.517, y se realizan las respectivas mediciones de
reflectancia. La grafica presentada en la figura 5-1, muestra la curva de reflectancia obtenida,
la cual es contrastada con una curva teorica obtenida con la ecuacion 2-10. Se observa que
los resultados experimentales se aproximan bastante con la prediccion teorica, lo que denota
una confianza en el instrumento de medicion.
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 900,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Ref
lect
anci
a %
Angulo de Incidencia
Datos Teoricos Datos Experimentales
Figura 5-1.: Resultados experimentales (esferas) y prediccion teorica (lınea) de reflectancia
para un cristal BK7.
En segundo lugar, y como respuesta a la lınea de investigacion central del semillero, se consi-
dera una estructura multicapa que brinda las condiciones necesarias para producir resonancia
22 5 Pruebas Preliminares de Funcionamiento
plasmonica. Dicha estructura se conoce como configuracion de Kretschmann-Reather (ver
figura 5-2), que consiste principalmente en un arreglo de tres materiales, dielectrico-metal-
dielectrico [1, 3, 9–11].
(a) (b) (c)
(d)
Figura 5-2.: (a) Esquema de la configuracion de Kretschmann-Reather (b) Fotografıa fron-
tal de la configuracion usada (c) Fotografıa posterior (d) Disposicion de la
configuracion en el reflectometro angular
Dada esta configuracion, se usa un prisma de BK7 (dielectrico) sobre el cual se deposi-
tan diferentes pelıculas delgadas de Au (metal) con sustratos de SiO de espesores variables
(dielectrico), quedando la superficie en contacto con el ambiente. Las muestras de Au son ad-
quiridas del laboratorio de superconductividad y preparacion de muestras de la Universidad
de los Andes proporcionados por Paola Quiroga, miembro del semillero de investigacion que
desarrolla su trabajo de grado [12] en dichos laboratorios mediante un convenio de coopera-
cion interinstitucional.
Se usaron cuatro muestras cada una de 38 nm de Au de espesor con sustratos de SiO de
espesores variables para cada una. Los valores exactos de los espesores de SiO se desco-
nocen, debido a circunstancias imprevistas en la organizacion y obtencion de las muestras.
Sin embargo, dada la falta de informacion para cada muestra, los resultados obtenidos de
reflectancia son bastante significativos.
5.1 Medidas Adquiridas de Reflectancia 23
30 35 40 45 50 55 60 65 70 750,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Re
fle
cta
nc
ia %
Angulo de Incidencia (°)
(a)
30 35 40 45 50 55 60 65 70 750,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Re
fle
cta
nc
ia %
Angulo de Incidencia (°)
(b)
30 35 40 45 50 55 60 65 70 750,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Re
fle
cta
nc
ia %
Angulo de Incidencia (°)
(c)
30 35 40 45 50 55 60 65 700,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Re
fle
cta
nc
ia %
Angulo de Incidencia (°)
(d)
Figura 5-3.: Graficas de reflectancia para cuatro peliculas delgadas de oro (Au) de 38 nm de
espesor, con sustratos de monoxido de silico (SiO) variables en cada pelıcula.
24 5 Pruebas Preliminares de Funcionamiento
La figura 5-3 muestra las curvas experimentales obtenidas para cada una de las pelıculas, las
cuales son contrastadas con estudios teoricos y experimentales desarrollados por miembros
del semillero de investigacion en el campo de la plasmonica en estructuras multicapa [1,9–11],
y a partir de los cuales se evidencia una correspondencia en el comportamiento de los datos
adquiridos, estableciendo que estos resultados indican existencia de resonancia plasmonica
para la configuracion de Kretschmann-Reather.
Partiendo entonces de los resultados obtenidos para ambos sistemas, se da razon del fun-
cionamiento y confianza del instrumento de medicion, a pesar de factores de calibracion
instrumental que requieren accion humana, o circunstancias externas como vibraciones o
iluminacion excesiva en el ambiente de trabajo.
5.2. Impacto de resultados.
Los resultados de este trabajo y la confiabilidad del instrumento de medicion desarrollado,
ayudaran en gran medida en los futuros proyectos de investigacion a desarrollar en el Grupo
de Optica de Materiales (GOMa), cuyos lineamientos se centran en estudios de plasmonica y
magnetoplasmonica en sistemas multicapas, dado que el Reflectometro Angular es el primero
de tres instrumentos especializados que conformaran el laboratorio de caracterizacion optica
de la Universidad, en conjunto con un elipsometro y un espectrometro Ramman, los cuales
seran elementos de peso en estudios experimentales e implicaran un gran avance tanto en el
desarrollo investigativo del programa de licenciatura en fısica, como en la formacion cientıfica
de sus estudiantes.
6. Conclusiones
Se construyo y configuro un reflectometro angular automatizado para la caracterizacion opti-
ca de materiales. Como dispositivos de medida de intensidad electromagnetica, se usaron dos
fotodiodos Thorlabs conectados a una tarjeta de adquisicion de datos National Instruments
lo que dio lugar a un analisis de datos por medio de un computador personal; y como me-
canismo de control angular, se usaron dos plataformas rotatorias OptoSigma conectadas a
un controlador del mismo proveedor, lo que permitio la automatizacion y control digital de
las mismas. Dichos componentes fueron programados por medio LabVIEW-NI c© National
Instruments Corporation, un software especializado que proporciona un lenguaje de progra-
macion facil de entender.
El funcionamiento y confianza del instrumento se evaluo con la medicion de reflectancia en
dos sistemas especıficos, un cristal de BK7 y una configuracion particular de tres materiales
conocida como configuracion de Kretschmann-Reathe. Los resultados obtenidos fueron con-
trastados con resultado teoricos reportados, y se observo una gran correlacion entre ambos,
lo que garantiza de algun modo un optimo desempeno y confianza del instrumento de medi-
cion elaborado
Se elaboro un manual de usuario (ver Anexo A), que permite al experimentador contro-
lar el instrumento de medicion dpor medio una interfaz grafica de usuaruo desarrollada en
LabVIEW-NI c© National Instruments Corporation.
El montaje desarrollado ayudara en gran medida a los futuros proyectos de investigacion
a desarrollar en el Grupo de Optica de Materiales (GOMa), dado que el Reflectometro
Angular es el primero de tres instrumentos especializados que conformaran el laboratorio
de caracterizacion optica de la Universidad y ayudaran en la formacion cientıfica de los
estudiantes del proyecto curricular de licenciatura en Fısica.
A. Anexo A: Manual de Usuario:
Adquisicion de Datos y Control del
Reflectometro Angular
El sistema de adquisicion de datos y control del reflectometro angular, se configura en una
aplicacion desarrollada en LabVIEW-NI c© National Instruments Corporation. En esta guıa
de usuario se da una vision general de las caracterısticas de la aplicacion y se brindan
instrucciones generales que se deben seguir para realizar medidas de reflectancia en cualquier
sistema. Su manejo es simple dada la sencillez de su interfaz grafica.
Requisitos del Sistema
Antes de realizar cualquier tarea en la aplicacion, cerciorese que en la computadora se en-
cuentre instalado el software LabVIEW-NI con los siguientes controladores, con el fin de
evitar errores o problemas en el arranque de la aplicacion.
NI-VISA - permite la comunicacion serial con la plataformas rotatorias
NI-DAQmx - permite la comunicacion serial con la tarjeta de DAQ
Configuracion de la ventana de inicio
Para abrir la interfaz grafica dirıjase al archivo <Reflectometro> ubicado en la carpeta
<Reflectometro 1.0>. 1
1Nota: El correcto funcionamiento de la aplicacion desarrollada, requiere de todos los archivos encontrados
en la carpeta, por lo tanto no los borre o manipule.
27
Una vez abierto el archivo aparecera una ventana como la siguiente:
Para ejecutar la aplicacion haga click en la flecha blanca ubicada en la parte
superior izquierda de la ventana.
El control de la aplicacion se centra el manejo e introduccion de parametros en el panel
ubicado en la parte izquierda de la ventana.
En primer lugar aparece la casilla de control Puerto serial . despliegue
la casilla y apareceran los diferentes puertos activos en el computador y seleccione el
puerto asociado al cable RS232 (que comunica las plataformas).
Si no conoce que puerto es el correcto, dirıjase al menu de Inicio y busque < Admi-
nistracion de Equipos >; en dicha ventana selecciona la opcion Administrador
de dispositivos, aparecera en el panel derecho una lista de configuraciones, seleccione
Puertos (COM y LPT) y apareceran los puertos asociados al sistema y el dispositivo
vinculado.
En segundo lugar, aparecen cuatro casillas que configuran el intervalo de rotacion en
el que se desea analizar medidas de reflexion. Las casillas Inicial y Final definen el
intervalo general de rotacion, mientras que la casilla Intervalo Menor, define cada
cuanto el sistema debe realizar las medidas de reflexion e implıcitamente define la
cantidad de datos a tomar.
La casilla Angulo Actual indicara la posicion de las plataformas mientras el sistema
esta es funcionamiento.
28A Anexo A: Manual de Usuario:
Adquisicion de Datos y Control del Reflectometro Angular
En tercer lugar, aparece la casilla Codigo de Salida, que indica las instrucciones y
comandos que reciben las plataformas para poder moverse.
Finalmente ya establecidos los intervalos angulares se da inicio al sistema dando click
en el boton INICIAR. Si surgen problemas en la medicion por calibracion o factores
fısicos, puede detener el sistema con el boton STOP.
Importante: Antes de dar inicio al sistema,
cerciorese que la posicion de las plataformas
concuerde con la imagen. Las plataformas
deben encontrarse en un angulo de 180o en el
costado sobre el cual incide el laser. En esa
posicion la plataforma inferior debe ubicar el
brazo que soporta el fotodiodo en el costado
de incidencia laser.
Si por alguna razon cualquier elemento falla y no se detiene la aplicacion de click en el boton
rojo ubicado en la parte superior izquierda .
Calibracion de Posicion de Plataformas
Para controlar las plataformas, sin necesidad de poner en funcionamiento todo el sistema,
en la carpeta <Reflectometro 1.0>., seleccione al archivo < Calibracion>. Aparecera la
siguiente ventana:
29
Esta aplicacion permite mover las plataformas simultaneamente, y verificar el posicionamien-
to del laser reflejado en el fotodiodo acoplado a la plataforma inferior. Su funcionamiento es
similar a la aplicacion general.
Se introduce un intervalo general, con las casillas Inicial y Final; y un intervalo menor con la
casilla Intervalo. Tambien hay un boton de STOP para cualquier inconveniente presentado.
Ahora bien, si desea controlar las plataformas de forma individual, en la carpeta<Reflectome-
tro 1.0>., seleccione al archivo < Calibracion Individual>. Aparecera la siguiente ven-
tana:
La ventana se compone de dos paneles, uno para cada plataforma, y al igual que las aplica-
ciones anteriores, puede determinar un intervalo de movimiento, sin embargo esta aplicacion
no define un intervalo menor, simplemente funciona como posicionamiento general.
B. Anexo B: Principios Fısicos y
Especificaciones Tecnicas de los
componentes Usados
B.1. Sistema de Adquisicion de Datos
Diodo Laser - Thorlabs CPS635R
Dimension del Haz Ø2,9 mm
Longitud de Onda (λ) mınimo 630 nm
Longitud de Onda (λ) tıpico 635 nm
Longitud de Onda (λ) maximo 645 nm
Voltaje de Operacion 4.9V a 5.2V
Temperatura de operacion -10o a 50oC
Figura B-1.: Espectro del laser CP635R. para diversas temperaturas, medidas to-
madas con Thorlabs OSA201 Spectrum Analyze. Imagen tomada de:
https://www.thorlabs.com/drawings/98a60e1332dc844b-CB9528D8-093F-
F772-41E96D342D6EF115/CPS635R-SpecSheet.pdf
B.1 Sistema de Adquisicion de Datos 31
Fotodetectores - Thorlabs DET100A/M
Material Silicio (Si)
Area activa Ø9.8 mm (75.4 mm2)
Rango de Lectura (λ) 350 a 1100 nm
Voltaje de Salida 0 a 10 V
Baterıa A23, 12 VDC, 40 mAh
Temperatura de operacion 10 a 50oC
La razon de usar un fotodiodo como mecanismo medida de intensidad lumınica es su prin-
cipio de funcionamiento, el cual toma la luz no desde su naturaleza electromagnetica sino
cuantica donde se considera compuesta por pequenos paquetes de energıa, llamados foto-
nes [13]. En concordancia con la intensidad electromagnetica como un flujo de energıa por
unidad de area y por unidad de tiempo, se tiene la misma connotacion para los fotones,
donde dicho flujo esta determinado por la cantidad de fotones que atraviesan un area en un
tiempo determinado.
Teniendo en cuenta esto, el principio de funcionamiento se basa en lo que se conoce como
teorıa de bandas [14] que a modo general explica como se distribuyen los electrones en el
atomo en niveles energeticos denominados bandas. Ahora bien, los fotones en interaccion con
la materia provocan que los electrones ganen energıa, la cual excede la energıa caracterıstica
de la banda en la que se encuentran, provocando ası un desprendimiento del electron el cual
que pasa a una banda superior y deja un ”hueco’ de carga positiva en la banda primaria, se
dice entonces que el foton genera un par electron-hueco. Estos pares pueden ser desplazados
bajo la influencia de un campo electrico y aplicando una diferencia de potencial, generando
una corriente nombrada fotocorriente (ie).
La fotocorriente Ie, dependera de la cantidad de fotones que incidan sobre el fotodiodo, y
sera directamente proporcional a la potencia optica recibida:
ie = RλP (B-1)
donde el factor de proporcionalidad Rλ, se conoce como responsividad e indica basicamente
la eficiencia del fotodiodo para generar pares electron-hueco, eficiencia que varıa en funcion
de la longitud de onda (λ) laser que sea incidida. (ver Anexo B.1). Sin embargo, si partimos
de la definicion de la ecuacion 2-4 en adelante, la potencia optica estarıa determinada como:
P = I ·A, que reemplazando y despejando en B-1, se halla una relacion de proporcionalidad
entre la intensidad (I) y la fotocorriente:
I =1
RλAie (B-2)
32 B Anexo B: Principios Fısicos y Especificaciones Tecnicas de los componentes Usados
donde A indica el area eficaz con que el haz incide sobre el fotodiodo. Esta relacion se conoce
como la curva de calibracion caracterıstica del fotodiodo.
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 12000.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
Res
pons
ivid
ad (A
/W)
Longitud de Onda (nm)
Figura B-2.: Curva de Responsividad del Fotodiodo. Datos tomados de:
https://www.thorlabs.com
Tarjeta DAQ - NI c© 6211
Numero de Canales 8 diferenciales- 16 de unica salida
Resolucion ADC 16 bits
Frecuencia de Muestreo Maxima 250 kS/s
Tiempo de Resolucion 50 ns
Tiempo de Precision 50ppm por frecuencia de muestreo
Tension maxima de trabajo ±10.4 V of AI GND
de entradas analogicas.
Impedancia de Entrada >10GΩ en paralelo
B.2 Sistema Automatizado de Movimiento Angular 33
B.2. Sistema Automatizado de Movimiento Angular
Plataformas Rotatorias - OptoSigma OSMS-60YAW-W
Rango de rotacion En direccion CCW hasta ∞y en direccion CW hasta -2.5o
Resolucion angular 0.0025o/pulso
Capacidad de Carga 3.0 kgf
Mecanismo de Reduccion 1:144
(tornillo- corona)
Estas plataformas se componen de dos motores a pasos los cuales se caracterizan por ser
motores capaces de realizar avances angulares muy precisos, de forma discreta, mediante el
control de los impulsos electricos que alimentan sus bobinas [15]. Es por esto que el proceso
de automatizacion y control se fundamenta en estos motores.
Un motor electrico se compone generalmente de un rotor y un estator y su funcionamiento es
justificado por fuerzas de repulsion y atraccion de dos campos magneticos, uno caracterıstico
del rotor y otro generado por una bobina donde circula corriente electrica ubicada en el
estator. Para un motor a pasos se usan bobinas independientes, como lo muestra la figura
B-3, con el fin de alternar la corriente entre las bobinas a frecuencias determinadas, lo que
permite generar movimientos discretos en el rotor y cada paso dado por el motor equivale a
un movimiento angular determinado.
(a) (b)
Figura B-3.: (a). Esquema del movimiento discreto de el rotor en un motor a pasos de
cuatro bobinas. (b). Tornillo sin fin y corona, mecanismo de resolucion
La plataformas - OSMS-60YAW-W - tienen una resolucion angular de 0,0025o/paso, la cual
es lograda gracias a que cuenta con un sistema de tornillo sin fin y corona como mecanismo
de trasmision de movimiento entre dos ejes perpendiculares [16]. Dicho sistema (ver figura
B-3b), trasmite el movimiento angular del eje de rotacion del motor al eje de rotacion de las
34 B Anexo B: Principios Fısicos y Especificaciones Tecnicas de los componentes Usados
plataformas, el cual se vera disminuido en la transmision a razon de la cantidad de dientes que
posea el tornillo y la corona, lo que denota entonces una disminucion en el angulo desplazado.
Ahora bien, los pulsos de corriente de circulacion para cada bobina, son controlados por
una tarjeta de control, como la especificada mas adelante, que da instrucciones de salida de
corriente secuencialmente.
Controlador - OptoSigma GSC-02
Salida PC RS232
Salida Plataformas D-sub 15pin / tipo macho
Salidas de Control 2 salidas
Acciones de Control M: Configura numero de pulsos/pasos
G: Mueve Plataformas
L: Detiene y Desacelera
D: Configura Velocidad
B.3. Instrumentos Opticos
Prisma BK7 - Thorlabs LJ1622L1-A
Material N-BK7
Indice de Refraccion 1.517
Distancia Focal 25.4 mm - para 587.6 nm
Distancia Focal Posterior 17.6 mm
Radio de Curvatura 13.1 mm
Lente Colimador - Thorlabs LA1484-A
Material N-BK7
Diametro 1 pulgada
Distancia Focal 300.0 mm
Dioptria +3.3
Radio de Curvatura 154.5 mm
B.3 Instrumentos Opticos 35
Polarizador y Beamsplitter - Thorlabs PBS121
Material N-BK7
Eficiancia de Reflexion Rs > 99.5 %
Eficiencia de transmision Tp > 90 %
Desviacion del Haz Reflejado 90o ± 5 arcmin
Desviacion del haz transmitido <5 arcmin
Un divisor de este tipo esta compuesto generalmente por dos prismas de vidrio triangulares
N-BK7 en este caso particular, que estan unidos en su base con una resina especial. El espesor
de la capa de resina varıa dependiendo de la longitud de onda de luz que se desee incidir de
tal manera que la mitad de la luz incidente se refleje y otra sea trasmitida. Para garantizar
que los haces tengan modos de polarizacion diferentes se usan materiales birrefringentes, que
de forma general tienen la propiedad de que la luz pasa a traves de ella con dos velocidades
diferentes.
Figura B-4.: Transmision (Tp) y Reflexion (Rs) en Thorlabs PBS121
Bibliografıa
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epoxicas para evaluar su desempeno. Tesis de pregrado, Universidad Tecnologica de
Pereira, Pereira, 2015.
