S

Desarrollo de un

método de sensado

de deflexión de luz

para luz no colimada

Resumen

Se pretende desarrollar un método nuevo de sensado de deflexión de luz que no dependa del grado de colimación de un haz óptico. Para justificar la necesidad del desarrollo propuesto, se realizaron mediciones de sensibilidad a deflexiones de un haz óptico con el llamado “método de la navaja” con un diodo Láser y un diodo LED.

Justificación

Hasta donde sabemos, todos los métodos desarrollados hasta ahora para sensar deflexiones ópticas requieren un haz de luz colimado, una de sus limitaciones de estos métodos, es que sólo la luz láser se puede colimar eficientemente. La luz proveniente de otras fuentes como son los diodos LED, no pueden ser colimados sin tener pérdidas muy considerables en su intensidad.

Sería conveniente entonces explorar nuevos métodos ópticos de deflectometría que no dependan del grado de colimación de la luz, de manera que puedan ser utilizados con luz proveniente de LEDs.

Objetivo General

Proponer e investigar un nuevo método de alta sensibilidad de sensado de deflexión de luz no colimada.

Objetivos particulares

Demostrar experimentalmente la perdida de sensibilidad en la detección en la deflexión de un haz óptico al aumentar la divergencia angular de este.

Desarrollar un nuevo método para detectar la deflexión de luz no colimada de alta sensibilidad.

Aplicar el método desarrollado al sensado de la vibración de un piezoeléctrico.

Antecedentes

A la fecha se han desarrollado métodos ópticos para medir deflexiones de piezas mecánicas o de la luz misma basados en el uso de un haz óptico colimado. Pueden ser de muy alta sensibilidad y comúnmente alcanzan resoluciones en el orden de nanoradianes. Existen una gran variedad de aplicaciones donde se utilizan estos métodos. En particular se utilizan para sensar vibraciones mecánicas y gradientes de temperatura o de concentración de algún químico.

Antecedentes

El método de deflexión de un haz óptico, esta técnica es muy sencilla y eficaz, la cual se puede utilizar para medir una variedad de parámetros físicos.

Por ejemplo para medir la amplitud de vibración del orden de fracciones de angstroms deben ser detectadas con precisión, y entre otras aplicaciones como en técnicas de deflexión foto-térmica en el que el ángulo de desviación de un haz óptico es inducido por un gradiente de índice de refracción debido a un gradiente térmico.

Antecedentes

La deflexión de un haz óptico se suele realizar con sensores de posición, estos están basados en el centrado y enfoque de un haz de luz para poder detectar su punto de incidencia.

Un ejemplo del uso del método de deflexión de un haz óptico es el de monitorear la vibración de una superficie.

Existen dos tipos de detectores de posición, el detector de cuadrantes y el de efecto lateral.

Antecedentes

El método de la navaja, es un detector de silicio en el cual se le coloca una navaja, cubriendo la mitad del detector.

Metodología

La estrategia que seguiremos es buscar un método que utilice el fenómeno de interferencia múltiple en la reflexión de la luz en una película delgada. La reflectancia de luz monocromática de una película delgada presenta máximos u mínimos como función del ángulo de reflexión.

Metodología

Intentaremos diseñar un método que utilice estos máximos y mínimos para sensar deflexión de luz independientemente de si la luz esta colimada o no. Propondremos un método y lo pondremos a prueba con luz láser no colimada. Esa se obtiene fácilmente enfocando un haz láser con una lente simple. La razón de hacerlo con luz láser es que las franjas de interferencia en la reflectancia de películas delgadas pueden ser vistas y diagnosticadas a simple vista. Si el método funciona con luz láser se harán pruebas con luz LED.

Infraestructura

El trabajo se realiza en el Laboratorio del grupo de Sensores Ópticos y Eléctricos del Departamento de Instrumentación y Medición del CCADET. El equipo de laboratorio utilizado se enlista a continuación: Generador de funciones, Stanford Research

Systems, Modelo DS345 Osciloscopio, Tektronix TDS 210 Láser de longitud de onda de 532nm (Color Verde) Piezoeléctrico

Infraestructura

Detector con una navaja Preamplificador de bajo ruido (Low – noise

preamplifier), Stanford Research Systems, Modelo SR560

Lente con enfoque de 15 cm Lentes atenuadoras Fuente de energía de ± 12V Pilas de 9V

Arreglo experimental

Señal obtenida

Resultados obtenidosDiodo Láser

Resultados obtenidos

5 cm25

cm45

cm65

cm85

cm105

cm125

cm145

cm165

cm185

cm205

cm225

cm245

cm265

cm285

cm305

cm325

cm345

cm0

50

100

150

200

250

300

Vpp, Vrms Vs Distancia

VppVrms

Distancia (cm)

Ampl

itud

(v)

Resultados obtenidos

Resultados obtenidos

3 cm

4 cm

5 cm

6 cm

7 cm

8 cm

9 cm

10 cm

11 cm

12 cm

13 cm

14 cm

15 cm

16 cm

17 cm

020406080

100120140160180

Vpp, Vrms Vs Distancia

VppVrms

Distancia (cm)

Ampl

itud

(v)

Resultados obtenidosDiodo Led

Resultados obtenidos

5 cm 10 cm

15 cm

20 cm

25 cm

30 cm

35 cm

40 cm

45 cm

50 cm

55 cm

60 cm

65 cm

70 cm

75 cm

0

5

10

15

20

25

30

Vpp, Vrms Vs Distancia

VppVrms

Distancia (cm)

Ampl

itud

(v)

Resultados obtenidos

Resultados obtenidos

3 cm 4 cm 5 cm 6 cm 7 cm 8 cm 9 cm 10 cm

11 cm

12 cm

13 cm

14 cm

15 cm

16 cm

17 cm

0

5

10

15

20

25

30

35

Vpp, Vrms Vs Distancia

VppVrms

Distancia (cm)

Ampl

itud

(v)

Arreglo experimental a investigar

Bibliografía

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