José Angel Nieves Vázquez FISICA DE LÁSERES LÁSER DE ESTADO SÓLIDO BOMBEADO CON DIODO (DPSS) PRESENTA: José Ángel Nieves Vázquez Coordinación de óptica

José Angel Nieves VázqueJosé Angel Nieves Vázquezz

FISICA DE LÁSERESFISICA DE LÁSERES

LÁSER DE ESTADO SÓLIDO LÁSER DE ESTADO SÓLIDO BOMBEADO CON DIODO BOMBEADO CON DIODO

(DPSS)(DPSS)

PRESENTA:PRESENTA:

José Ángel Nieves VázquezJosé Ángel Nieves VázquezCoordinación de ópticaCoordinación de óptica


CONTENIDOCONTENIDO

ANTECEDENTES.ANTECEDENTES.

INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.

ESTRUCTURA INTERNA.ESTRUCTURA INTERNA.

CARACTERÍSTICAS DE ENTRADA SALIDA.CARACTERÍSTICAS DE ENTRADA SALIDA.

TIEMPO DE VIDA DEL DIODO.TIEMPO DE VIDA DEL DIODO.

CONTROL TÉRMICO.CONTROL TÉRMICO.

APLICACIONES.APLICACIONES.

CONCLUSIONES.CONCLUSIONES.

REFERENCIAS.REFERENCIAS.


• En el verano de 1960 T. Maiman reporto en En el verano de 1960 T. Maiman reporto en Nature la primera operación de un maser óptico, Nature la primera operación de un maser óptico, más tarde llego a ser llamado láser.más tarde llego a ser llamado láser.

• Unos años más tarde, Keyes y Quist en los Unos años más tarde, Keyes y Quist en los Laboratorios Lincoln demostraron los primeros Laboratorios Lincoln demostraron los primeros laseres de estado sólido bombeado por diodo.laseres de estado sólido bombeado por diodo.

• En 1978 se realizo la demostración del arreglo En 1978 se realizo la demostración del arreglo multibanda lineal del diodo realizado por D. R. multibanda lineal del diodo realizado por D. R.

Cifres, R. D. Burnham y W. Streifer .Cifres, R. D. Burnham y W. Streifer .

ANTECEDENTES.


INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN

• El bombeo con diodos láser permite mayor El bombeo con diodos láser permite mayor eficiencia en los láseres de estado sólido.eficiencia en los láseres de estado sólido.

• Aunque en la actualidad, el bombeo con diodos Aunque en la actualidad, el bombeo con diodos láser es más caro que el bombeo con lámparas láser es más caro que el bombeo con lámparas de flash, el bombeo con diodo láser es el método de flash, el bombeo con diodo láser es el método de elección donde la eficiencia es una de elección donde la eficiencia es una característica muy importante, como es el caso característica muy importante, como es el caso de las aplicaciones militares.de las aplicaciones militares.

• El diodo láser esta limitado por el pico de energía El diodo láser esta limitado por el pico de energía que ellos pueden generar, la energía total de que ellos pueden generar, la energía total de salida necesariamente decrementa con la salida necesariamente decrementa con la duración de un pulso de bombeo corto.duración de un pulso de bombeo corto.


ESTRUCTURA INTERNAESTRUCTURA INTERNA

N P



Ev

Ec

Tipo N Tipo P

Huecos

Electrones

Regiónactiva

Al inyectar electrones en la banda de conducción y huecos en la banda de valencia, es posible crear una inversión de población.Los electrones y huecos se inyectan por medio de un circuito externo.El exceso de electrones y huecos en la región activa produce la acción láser.



• Esta tecnología ha sido posible gracias al crecimiento de técnicas sofisticadas tales como MOCVD (MetallOrganic Chemical-Vapor Deposition) y a la MBE (Molecular Beam Epitaxy).

• El diseño más utilizado para bombear láseres de estado sólido, es el Single Quantum Well Separate Confinement Heterostructure (SQW-SCH)



La Figura muestra la estructura básica de un láser de diodo.

• Los diodos láser actuales contienen un número de diferentes capas con la región activa en forma de sándwich entre ellas.


CARACTERÍSTICAS DE ENTRADA CARACTERÍSTICAS DE ENTRADA SALIDASALIDA

En la figura se muestra un ejemplo de la potencia de salida de un láser de diodo en función de la corriente inyectada.



• La potencia de salida de un diodo láser incrementa La potencia de salida de un diodo láser incrementa linealmente con el ancho de unión.linealmente con el ancho de unión.

Perfil de la radiación de un láser simple de diodo


• Una limitante en la salida del diodo láser es la Una limitante en la salida del diodo láser es la temperatura de la unión y asociado a la condición temperatura de la unión y asociado a la condición de escape térmico que eleva la temperatura de escape térmico que eleva la temperatura local.local.

• La máxima potencia de salida promedio para este La máxima potencia de salida promedio para este tipo de dispositivos es (20-40) W.tipo de dispositivos es (20-40) W.



TIEMPO DE VIDA DEL DIODO LÁSERTIEMPO DE VIDA DEL DIODO LÁSER..

• Es muy susceptibles a daños por descargas Es muy susceptibles a daños por descargas electrostáticas o transcientes de alto voltaje.electrostáticas o transcientes de alto voltaje.

• La falta de refrigerante en combinación con La falta de refrigerante en combinación con corrientes altas puede fundir la soldadura de corrientes altas puede fundir la soldadura de unión o vaporizar la conexión del alambre dentro unión o vaporizar la conexión del alambre dentro de la estructura del diodo.de la estructura del diodo.

• Para cada incremento de 10ºC en la temperatura Para cada incremento de 10ºC en la temperatura el tiempo de vida disminuye por un factor de 2.el tiempo de vida disminuye por un factor de 2.

• El tiempo de vida de un diodo láser en la región El tiempo de vida de un diodo láser en la región de 1W es del orden de 10exp4 h.de 1W es del orden de 10exp4 h.


• La reducción de corriente incrementa el tiempo de La reducción de corriente incrementa el tiempo de vida.vida.

• En degradación de 100W en el modo cuasi cw las En degradación de 100W en el modo cuasi cw las barras del diodo láser fueron evaluadas por la NASA.barras del diodo láser fueron evaluadas por la NASA.

• Una barra fue operada en 500 Hz a un pulso de Una barra fue operada en 500 Hz a un pulso de bombeo de 200 microsegundos. bombeo de 200 microsegundos.

• La energía en la salida del diodo decayó por 22.8% La energía en la salida del diodo decayó por 22.8% después de 7 billones de disparos. Similarmente la después de 7 billones de disparos. Similarmente la prueba en otros 3 dispositivos de 100W mostraron una prueba en otros 3 dispositivos de 100W mostraron una degradación del 20% después de 5 billones de degradación del 20% después de 5 billones de disparos.disparos.



• El tiempo de vida en los diodos operando en el El tiempo de vida en los diodos operando en el modo cuasi cw puede agrupar rangos de 150 modo cuasi cw puede agrupar rangos de 150 millones a 15 billones de disparos. millones a 15 billones de disparos.

• En los sistemas instalados en los helicópteros. Los En los sistemas instalados en los helicópteros. Los cuales están sujetos a muchos ciclos de cuales están sujetos a muchos ciclos de encendido y apagado durante cada misión.encendido y apagado durante cada misión.

• Muestran una disminución en la salida después Muestran una disminución en la salida después de 1000 horas de operación lo cual representa de 1000 horas de operación lo cual representa alrededor de 150 millones de disparos.alrededor de 150 millones de disparos.

• El arreglo de diodos opera típicamente en el 75% El arreglo de diodos opera típicamente en el 75% de su nivel de potencia.de su nivel de potencia.



CONTROL TÉRMICOCONTROL TÉRMICO

La Figura muestra el cambio de la longitud de onda del diodo láser con la temperatura.


• Recientemente, el desarrollo de arreglos de diodos Recientemente, el desarrollo de arreglos de diodos los cuales pueden operar a temperaturas altas ha los cuales pueden operar a temperaturas altas ha eliminado la necesidad de utilizar lazos eliminado la necesidad de utilizar lazos refrigerantes. El diodo láser puede a hora ser refrigerantes. El diodo láser puede a hora ser utilizado a temperaturas tan altas como 75ºC.utilizado a temperaturas tan altas como 75ºC.

• Hay una ligera reducción en la eficiencia de Hay una ligera reducción en la eficiencia de operación del diodo (cerca del 0.2%/ºC) en operación del diodo (cerca del 0.2%/ºC) en temperaturas elevadas. Sin embargo esta temperaturas elevadas. Sin embargo esta reducción en la eficiencia del diodo es pequeña reducción en la eficiencia del diodo es pequeña comparada con la potencia que pagaríamos por un comparada con la potencia que pagaríamos por un sistema de enfriamiento.sistema de enfriamiento.



Tabla 1. Disipación de potencia de un Láser DPSSTabla 1. Disipación de potencia de un Láser DPSS

Salida del sistemaSalida del sistema 160 W160 W

Arreglo de diodosArreglo de diodos 1300 W1300 W

Cristal láserCristal láser 160 W160 W

Electrónica/ otros componenteElectrónica/ otros componente 380 W380 W

Entrada eléctrica totalEntrada eléctrica total 2000 W2000 W

El uso del refrigerante líquido es, en el presente, el método más simple y el mejor costo efectivo para remover el calor de los sistemas láseres bombeados con diodos.



APLICACIONES.APLICACIONES.

Compact Compact • Excellent performance-Excellent performance-

to-price ratio to-price ratio • Low noise Low noise • Excellent beam quality Excellent beam quality

Laser, Diode-Pumped, CW, Green, 532 Laser, Diode-Pumped, CW, Green, 532 nmnmKey FeaturesKey Features

ApplicationsApplications Biotechnology Biotechnology Semiconductor Semiconductor instrumentation instrumentation General instrumentation General instrumentation


CONCLUSIONESCONCLUSIONES

• Los láser DPSS ofrecen ventajas en el Los láser DPSS ofrecen ventajas en el procesamiento y el costo sobre otros láseres. procesamiento y el costo sobre otros láseres.

• La eficiencia en el consumo de potencia es tres La eficiencia en el consumo de potencia es tres veces más alta que en los sistemas bombeados por veces más alta que en los sistemas bombeados por lámparas.lámparas.

• Los intervalos de mantenimiento son 20 veces más Los intervalos de mantenimiento son 20 veces más prolongados. prolongados.

• Poseen una eficiencia eléctrica mayor que las Poseen una eficiencia eléctrica mayor que las lamparas de flash, reduciendo sustancialmente el lamparas de flash, reduciendo sustancialmente el calor.calor.


CONCLUSIONESCONCLUSIONES

• Los láseres DPSS son pequeños y compactos, se Los láseres DPSS son pequeños y compactos, se pueden integrar facilmente en los procesos de pueden integrar facilmente en los procesos de producción y equipos.producción y equipos.

• Ofrecen alta calidad en el haz.Ofrecen alta calidad en el haz.• El láser DPSS, junto con la conversión de El láser DPSS, junto con la conversión de

frecuencia no lineal, podrían encontrar un amplio frecuencia no lineal, podrían encontrar un amplio uso en la proyección de imágenes de color de alta uso en la proyección de imágenes de color de alta definición en cines y casas del futuro.definición en cines y casas del futuro.

• El láser bombeado por diodos llegara a ser barato El láser bombeado por diodos llegara a ser barato en el futuro cuando se realice un incremento en en el futuro cuando se realice un incremento en la producción del diodo.la producción del diodo.


REFERENCIAS.REFERENCIAS.

• R. Waynant and M. Ediger ELECTRO-OPTICS R. Waynant and M. Ediger ELECTRO-OPTICS HADBOOK, Optical and Electro-Optical HADBOOK, Optical and Electro-Optical Engineering Series, 5.5, 1994.Engineering Series, 5.5, 1994.

• M. Inguscio, Solid State Lasers, New M. Inguscio, Solid State Lasers, New Developments and Aplications, pp 99, 1993.Developments and Aplications, pp 99, 1993.

• W. Koechner, Solid-State Laser Engineering, W. Koechner, Solid-State Laser Engineering, Optical Science, pp 312, 1999.Optical Science, pp 312, 1999.

• http://www.um.es/LEQ/laser/Ch-6/F6s3p1.htmhttp://www.um.es/LEQ/laser/Ch-6/F6s3p1.htm• http://www.jdsu.com/index2.cfm/NAVCID/5/CID/http://www.jdsu.com/index2.cfm/NAVCID/5/CID/

5/ACT/Default/G_ID/12/C_ID/342/?5/ACT/Default/G_ID/12/C_ID/342/?PageName=Solid-State%20Lasers.PageName=Solid-State%20Lasers.

http://www.um.es/LEQ/laser/Ch-6/F6s3p1.htm


GRACIAS POR SU ATENCIÓNGRACIAS POR SU ATENCIÓNY POR SIERTO EL GATO LE DIJO A ALICIA AHORA NO Y POR SIERTO EL GATO LE DIJO A ALICIA AHORA NO

ES EURECA LO ENCONTRE, SINOES EURECA LO ENCONTRE, SINOESTA RARO.ESTA RARO.

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