MATERIALES ÓPTICOS

Son materiales ópticos aquellos materiales que se utilizan en la fabricación de lentes,

monturas para gafa y demás objetos que tengan que ver con Óptica, por

ejemplo microscopios, telescopios, etc.

La Química es la base para su fabricación, porque dependiendo de su composición los

materiales ópticos tendrán unas propiedades u otras. Todo depende del uso que se le quiera

dar una vez terminado el producto.

CLASIFICACIÓN

Químicamente,los materiales Ópticos se clasifican en inorgánicos y orgánicos.

Materiales ópticos inorgánicos: fabricados a partir de elementos químicos que no sean

compuestos del hidrógeno y del carbono.

De este grupo cabe destacar los silicatos cristalinos, formadores de los vidrios de silicato, que

son compuestos de dióxido de silicio, combinado de diferentes formas.

Materiales ópticos orgánicos: su base es la Química orgánica. Los materiales de este

tipo son fabricados a partir de compuestos de hidrógeno ycarbono, los

llamados hidrocarburos, y de los polímeros, que son estructuras orgánicas que deben sus

propiedades a las largas cadenas moleculares que los componen.

Los polímeros (del griego poly: «muchos» y mero: «parte», «segmento»)

son macromoléculas(generalmente orgánicas) formadas por la unión de moléculas

más pequeñas llamadasmonómeros.

El almidón, la celulosa, la seda y el ADN son ejemplos de polímeros naturales, entre

los más comunes de estos y entre los polímeros sintéticos encontramos el nailon,

el polietileno y labaquelita.

Otra pagina

CLASIFICACION QUIMICA DE MATERIALES OPTICOS

 

Materiales ópticos inorgánicos: fabricados a partir de elementos químicos que no sean

compuestos del hidrógeno y del carbono. De este grupo cabe destacar los silicatos cristalinos,

formadores de los vidrios de silicato, que son compuestos de dióxido de silicio, combinado de

diferentes formas.

 

Materiales ópticos orgánicos: su base es la química orgánica. Los materiales de este tipo son

fabricados a partir de compuestos de hidrógeno y carbono, los llamados hidrocarburos, y de

los polímeros, que son estructuras orgánicas que deben sus propiedades a las largas cadenas

moleculares que los componen.

 

Materiales ópticos:

 

1. Policarbonato

Debido a su índice de refracción tiene menor espesor. Este material es más liviano que

cualquier otro lente, tienen mayor resistencia a las rayas y son ultra-resistentes a los impactos,

más que las lentes orgánicas.

Es aconsejable para niños, altas graduaciones, para gafas montadas al aire o de protección

industrial, deportiva, etc. 

 

2. Orgánicos 

El peso de estas lentes es un 50% menor que las lentes tradicionales minerales, lo cual debe

tenerse en cuenta en recetas de medias y altas graduaciones donde el peso es factor crítico

para la comodidad del usuario.

Por su resistencia al impacto es aconsejable en anteojos multifocales y para niños.

 

3. Minerales 

Son los cristales tradicionales de vidrio, lo cual hace que sea más resistente a las rayas, pero

debido a su peso no es recomendable en altas graduaciones, ni para actividades dinámicas

como deportes o trabajos de riesgo.

 

4. Alto índice

El índice de refracción de un material y su capacidad de refractar la luz juega un papel crítico

en la creación de la potencia y grosor del lente. En el caso de cualquier diseño de lente,

cuanto más alto sea el índice, más planas serán las curvas anterior y posterior de las

superficies del lente para una potencia óptica dada. Como resultado de estas curvas más

planas, el grosor del lente se reduce automáticamente.

Podemos garantizar que nuestros pacientes podrán disfrutar de las ventajas ofrecidas por

lentes más delgadas, livianas y confortables.

Otra

9.4. Materiales ópticos: luminiscentes, electro-luminiscentes, cátodo-luminiscentes. La luminiscencia se puede definir como el proceso por el cual una sustancia absorbe energía y después espontáneamente emite radiación visible (1.8 eV < hν < 3.1 eV). Se puede clasificar como fluorescencia, fosforescencia, electroluminiscencia y cátodoluminiscencia. Se dice que un material es fluorescente si la emisión tiene lugar dentro de un intervalo de 10-5 a 10-8 s después de la excitación y es fosforescente si el intervalo de tiempo es mayor, entre 10-4 y 10 s (respuesta más lenta), y generalmente se da vía estados tripletes. Hay que destacar que el espectro luminiscente siempre tiene mayor longitudes de onda (menores energías) que la radiación de excitación. Los materiales fluorescentes y fosforescentes se utilizan en tubos fluorescentes y en láseres, también pueden ser sustancias orgánicas. También es muy útil como herramienta analítica. En general consiste en una matriz inerte dopada con unos cationes adecuados para que se emita la luz de λ deseada. Por ejemplo: silicato de cinc (dopado con manganeso) Zn2SiO4 / Mn emite en verde; halofosfato de calcio dopado con Sb a Mn, Ca5(PO4)3(F,Cl), emite del azul al rosa; wolframato de calcio, CaWO4, emite azul intenso (sin dopaje); e Y2O3 dopado con Eu emite en rojo. Es interesante estudiar el tubo fluorescente, donde las descargas sobre los vapores de mercurio produce luz ultravioleta eficientemente, principalmente a 185 y 254 nm. Las paredes del tubo están recubiertas de un material fosforescente (luminiscente) que la convierte en luz visible y se elige el material por su durabilidad, fácil obtención, bajo precio y poca toxicidad. Ciencia de

La electroluminiscencia consiste en la producción de luz visible por uniones rectificadores de semiconductores p-n cuando se les aplica un campo eléctrico de tal forma que los huecos y los electrones se aniquilan por recombinación. En ciertas circunstancias, la energía liberada se emite en forma de luz. Estos diodos se conocen como diodos emisores de luz (LED) del inglés “Light Emitting Diodes” que se utilizan en pantallas digitales. El color característico depende del material semiconductor que se utilice ya que depende de la anchura del intervalo de energía prohibido. LED: rojo, (AlxGa1-x)As (x~0.5) emite a 1.85 eV (670 nm); verde, (AlInGa)P “direct-gap” y GaP-dopado con N “indirect-gap”; azul, InGaN o AlGaN “direct-gap” y SiC “indirect-gap” 2.75 eV (450 nm); infrarrojo, InGaAsP que puede emitir entre 1.1-1.7 eV. Los LEDs también se utilizan en las comunicaciones por fibra óptica y para generar láseres como se verá después.

INSTRUMENTOS ÓPTICOS

ESPEJO: Dispositivo óptico, generalmente de vidrio, con una superficie lisa y pulida, que forma imágenes mediante la reflexión de los rayos de luz.

El método original para fabricar espejos de vidrio consistía en 'azogar' una lámina de vidrio, recubriéndola con una amalgama de mercurio y estaño. La superficie del vidrio se recubría de hojas de papel de estaño, que se alisaban y se cubrían de mercurio. Mediante pesos de hierro

se apretaba firmemente un paño de lana contra la superficie durante un día aproximadamente. Después se inclinaba el vidrio, con lo que el mercurio sobrante escurría y la superficie interior quedaba reluciente. El primero en intentar cubrir el reverso del vidrio con una solución de plata fue el químico alemán Justus von Liebig, en 1836; desde entonces se han desarrollado diferentes métodos que se basan en la reducción química a plata metálica de una sal de plata. En la actualidad, para fabricar espejos según este principio, se corta una plancha de vidrio del tamaño adecuado y se eliminan todos sus defectos puliéndola con rojo de joyero. El vidrio se frota y se baña con una disolución reductora como cloruro de estaño, tras lo cual se coloca el vidrio sobre un soporte hueco de hierro colado, se cubre con fieltro y se mantiene caliente con vapor. Después se vierte una disolución de nitrato de plata sobre el vidrio y se deja reposar durante aproximadamente una hora. El nitrato de plata se reduce a plata metálica, con lo que se forma gradualmente un reluciente depósito de plata que se deja secar, se cubre con goma laca y se pinta. En otros métodos de fabricación de espejos, se añade a la disolución de plata un agente reductor, como formaldehído o glucosa. Frecuentemente, los compuestos químicos para el plateado se aplican en forma de aerosol. A veces, algunos espejos especiales se recubren de metal vaporizando eléctricamente plata sobre ellos en un vacío. Muchas veces, los espejos grandes se recubren de aluminio con este mismo sistema.

Además de su uso habitual en el hogar, los espejos se emplean en aparatos científicos; por ejemplo, son componentes importantes de los microscopios y los telescopios.

PRISMA (OPTICA): Bloque de vidrio u otro material transparente que tiene la misma sección transversal (generalmente un triángulo) en toda su longitud. Los dos tipos de prisma más frecuentes tienen secciones transversales triangulares con ángulos de 60 o de 45º. Los prismas tienen diversos efectos sobre la luz que pasa a través de ellos.

Cuando se dirige un rayo de luz hacia un prisma, sus componentes de distintos colores son refractados (desviados) en diferente medida al pasar a través de cada superficie, con lo que se produce una banda coloreada de luz denominada espectro. Este fenómeno se conoce como dispersión cromática, y se debe al hecho de que los diferentes colores de la luz tienen distintas longitudes de onda, y son más o menos frenados al pasar a través del vidrio: la luz roja es la que resulta menos frenada, y la violeta la que más. El físico británico del siglo XVII Isaac Newton fue el primero en deducir, a partir de experimentos con prismas, que la luz solar ordinaria es una mezcla de los diferentes colores.

FIBRA OPTICA: Fibra o varilla de vidrio —u otro material transparente con un índice de refracción alto— que se emplea para transmitir luz. Cuando la luz entra por uno de los extremos de la fibra, se transmite con muy pocas pérdidas incluso aunque la fibra esté curvada.

El principio en que se basa la transmisión de luz por la fibra es la reflexión interna total; la luz que viaja por el centro o núcleo de la fibra incide sobre la superficie externa con un ángulo mayor que el ángulo crítico (véase Óptica), de forma que toda la luz se refleja sin pérdidas hacia el interior de la fibra. Así, la luz puede transmitirse a larga distancia reflejándose miles de veces. Para evitar pérdidas por dispersión de luz debida a impurezas de la superficie de la fibra, el núcleo de la fibra óptica está recubierto por una capa de vidrio con un índice de refracción mucho menor; las reflexiones se producen en la superficie que separa la fibra de vidrio y el recubrimiento.

La aplicación más sencilla de las fibras ópticas es la transmisión de luz a lugares que serían difíciles de iluminar de otro modo, como la cavidad perforada por la turbina de un dentista. También pueden emplearse para transmitir imágenes; en este caso se utilizan haces de varios miles de fibras muy finas, situadas exactamente una al lado de la otra y ópticamente pulidas en sus extremos. Cada punto de la imagen proyectada sobre un extremo del haz se reproduce en el otro extremo, con lo que se reconstruye la imagen, que puede ser observada a través de una lupa. La transmisión de imágenes se utiliza mucho en instrumentos médicos para examinar el interior del cuerpo humano y para efectuar cirugía con láser, en sistemas de reproducción mediante facsímil y fotocomposición, en gráficos de ordenador o computadora y en muchas otras aplicaciones.

Las fibras ópticas también se emplean en una amplia variedad de sensores, que van desde termómetros hasta giroscopios. Su potencial de aplicación en este campo casi no tiene límites, porque la luz transmitida a través de las fibras es sensible a numerosos cambios ambientales, entre ellos la presión, las ondas de sonido y la deformación, además del calor y el movimiento. Las fibras pueden resultar especialmente útiles cuando los efectos eléctricos podrían hacer que un cable convencional resultara inútil, impreciso o incluso peligroso. También se han desarrollado fibras que transmiten rayos láser de alta potencia para cortar y taladrar materiales.

La fibra óptica se emplea cada vez más en la comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la capacidad de una señal para transportar información aumenta con la frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica están separados entre sí unos 100 km, frente a aproximadamente 1,5 km en los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.

Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electro ópticos

MICROSCOPIO: Cualquiera de los distintos tipos de instrumentos que se utilizan para obtener una imagen aumentada de objetos minúsculos o detalles muy pequeños de los mismos. El tipo de microscopio más utilizado es el microscopio óptico, que se sirve de la luz visible para crear una imagen aumentada del objeto. El microscopio óptico más simple es la lente convexa doble con una distancia focal corta. Estas lentes pueden aumentar un objeto hasta 15 veces. Por lo general, se utilizan microscopios compuestos, que disponen de varias lentes con las que se consiguen aumentos mayores. Algunos microscopios ópticos pueden aumentar un objeto por encima de las 2.000 veces.

El microscopio compuesto consiste en dos sistemas de lentes, el objetivo y el ocular, montados en extremos opuestos de un tubo cerrado. El objetivo está compuesto de varias lentes que crean una imagen real aumentada del objeto examinado. Las lentes de los microscopios están dispuestas de forma que el objetivo se encuentre en el punto focal del

ocular. Cuando se mira a través del ocular se ve una imagen virtual aumentada de la imagen real. El aumento total del microscopio depende de las distancias focales de los dos sistemas de lentes.

y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los sistemas de fibra.

Cuando se envía un rayo de luz hacia un prisma con un ángulo adecuado, incide internamente sobre la cara del prisma con un ángulo mayor que el ángulo crítico por lo que experimenta una reflexión total. Esto hace que el prisma actúe como un espejo muy eficiente, un efecto que se utiliza en muchos instrumentos ópticos como periscopios y binoculares o prismáticos (de ahí este nombre).

TELESCOPIO: Instrumento con el que se consiguen imágenes amplificadas de objetos distantes.

En la actualidad, el mayor telescopio reflector del mundo es el telescopio Keck, de 982 cm, en el Observatorio Mauna Kea en Hawai. Entre la lista de reflectores de más de 254 cm de diámetro están el telescopio de 600 cm de diámetro del Observatorio Astrofísico de Rusia, cerca de Zelenchukskaya; el telescopio de 508 cm del Observatorio Monte Palomar, California, Estados Unidos; el de 420 cm del Observatorio del Roque de los Muchachos en las Islas Canarias, España; el instrumento de 401 cm del Observatorio Interamericano de Cerro Tololo cerca de La Serena, Chile; el telescopio de 389 cm del Observatorio Anglo-australiano cerca de Coonabarabran, en Australia; el de 381 cm del Observatorio Nacional Kitt Peak en Arizona, Estados Unidos, y el telescopio de 381 cm de Mauna Kea. Un telescopio estadounidense famoso, el Hooker de 254 cm, en el Observatorio Monte Wilson en Pasadena, California, fue cerrado desde 1985 a 1992, por causa de las presiones financieras, por los nuevos desarrollos tecnológicos y por el deseo de simplificar su funcionamiento.

CRISTAL: Porción homogénea de materia con una estructura atómica ordenada y definida y con forma externa limitada por superficies planas y uniformes simétricamente dispuestas. Los cristales se producen cuando un líquido forma lentamente un sólido; esta formación puede resultar de la congelación de un líquido, el depósito de materia disuelta o la condensación directa de un gas en un sólido. Los ángulos entre las caras correspondientes de dos cristales de la misma sustancia son siempre idénticos, con independencia del tamaño o de la diferencia de forma superficial.

INTERFEROMETRO: Instrumento que emplea la interferencia de ondas de luz para la medida ultraprecisa de longitudes de onda de la luz misma, de distancias pequeñas y de determinados fenómenos ópticos. Existen muchos tipos de interferómetros, pero en todos ellos hay dos haces de luz que recorren dos trayectorias ópticas distintas —determinadas por un sistema de espejos y placas— que finalmente se unen para formar franjas de interferencia. Para medir la longitud de onda (véase Movimiento ondulatorio) de una luz monocromática se utiliza un interferómetro dispuesto de tal forma que un espejo situado en la trayectoria de uno de los haces de luz puede desplazarse una distancia pequeña —que puede medirse con precisión— y varía así la trayectoria óptica del haz. Cuando se desplaza el espejo una distancia igual a la mitad de la longitud de onda de la luz, se produce un ciclo completo de cambios en las franjas de interferencia. La longitud de onda se calcula midiendo el número de ciclos que tienen lugar cuando se mueve el espejo una distancia determinada.

RED DE DIFRACCIÓN: Dispositivo óptico empleado para separar las distintas longitudes de onda (colores) que contiene un haz de luz. El dispositivo suele estar formado por una

superficie reflectante sobre la que se han trazado miles de surcos paralelos muy finos. Al incidir sobre una superficie así, un haz de luz se ve dispersado en todas las direcciones o difractado en cada surco. Las ondas de luz procedentes de los distintos surcos se refuerzan mutuamente en determinadas direcciones y se anulan en otras. Las direcciones de refuerzo y anulación son distintas para cada longitud de onda.

ESPECTROSCOPIO: En 1859, los científicos alemanes Gustav Robert Kirchhoff y Robert Wilhelm Bunsen fueron los primeros en darse cuenta de que cada elemento emite y absorbe luz de colores característicos, que componen su espectro. Desarrollaron el espectroscopio de prisma en su forma moderna y lo aplicaron al análisis químico. Este instrumento, que es uno de los dos tipos principales de espectroscopio, está formado por una rendija, un conjunto de lentes, un prisma y un ocular. La luz que va a ser analizada pasa por una lente colimadora, que produce un haz de luz estrecho y paralelo, y a continuación por el prisma. Con el ocular se enfoca la imagen de la rendija. De hecho, lo que se ve son una serie de imágenes de la rendija, conocidas como líneas espectrales, cada una con un color diferente, porque el prisma separa la luz en los colores que la componen.

ESPECTROHELIÓGRAFO: Elemento importante del equipo utilizado en astronomía para fotografiar las protuberancias del Sol, como la fotosfera (la capa interior de gases calientes más cercana a la superficie del Sol) y la cromosfera (la capa exterior más fría). El espectroheliógrafo, junto con un telescopio, fotografía el Sol en luz monocromática (con una única longitud de onda). En su forma más simple consta de un espectrógrafo con dos ranuras delante de una placa fotográfica; la ranura más cercana al Sol es más pequeña. La imagen del Sol la proyecta el telescopio en la primera ranura, que transmite la luz a la segunda ranura. Esta segunda ranura se coloca a una cierta longitud de onda para registrar la radiación de la línea espectral producida por un elemento químico como el hidrógeno (que produce la línea espectral marcada como H) o el calcio (que produce la línea marcada como K; véase Espectroscopia). En la placa fotográfica se acumula una película mixta del Sol mostrando la distribución de este elemento a medida que el Sol cruza por el cielo.

Fue inventado en 1889 por el astrónomo estadounidense George Hale, que tuvo una parte importante en el desarrollo del espectrohelioscopio; este instrumento permite la observación visual de fenómenos solares creando una visión persistente cuando las dos ranuras vibran sincrónicamente a alta frecuencia.

HOLOGRAMA: Método de obtener imágenes fotográficas tridimensionales. Las imágenes se crean sin lente alguna, por lo que esta técnica también se denomina fotografía sin lente. Las grabaciones reciben el nombre de hologramas (en griego, holos, 'todo'; gram, 'mensaje'). Los principios teóricos de la holografía fueron desarrollados por el físico británico de origen húngaro Dennis Gabor en 1947. La primera producción real de hologramas tuvo lugar a principios de los años sesenta una vez disponible el láser. A finales de los años ochenta se comenzó la fabricación de hologramas en color, así como de hologramas que cubrían desde la región del espectro de las microondas hasta los rayos X. También se crearon hologramas ultrasónicos utilizando ondas de sonido.

n láser (de la sigla inglesa Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o estimulada, para generar un haz de luz coherente tanto espacial como temporalmente. La coherencia espacial se corresponde con la capacidad de un haz para permanecer con un pequeño tamaño al transmitirse por el vacío en largas distancias y la coherencia temporal se relaciona con la capacidad para concentrar la emisión en un rango espectral muy estrecho.

El medio activo es el medio material donde se produce la amplificación óptica. Puede ser de muy diversos materiales y es el que determina en mayor medida las propiedades de la luz láser, longitud de onda, emisión contínua o pulsada, potencia, etc. El medio activo es donde ocurren los procesos de excitación (electróncica o de estados vibracionales) mediante bombeo de energía, emisión espontánea y emisión estimulada de radiación. Para que se dé la condición láser, es necesario que la ganancia óptica del medio activo sea inferior a las pérdidas de la cavidad más las pérdidas del medio. Dado que la ganancia óptica es el factor limitante en la eficiencia del láser, se tiende a buscar medios materiales que la maximicen, minimizando las pérdidas, es por esto que si bien casi cualquier material puede utilizarse como medio activo,8 sólo algunas decenas de materiales son utilizados eficientemente para producir láseres. Con mucha diferencia, los láseres más abundantes en el mundo son los de semiconductor. Pero también son muy comunes los láseres de estado sólido y en menos medida los de gas. Otros medios son utilizados principalmente en investigación o en aplicaciones industriales o médicas muy concretas.

DIODOS DE EMISION

Los ledes se usan como indicadores en muchos dispositivos y en iluminación. Los primeros

ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo

en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

Debido a su capacidad de operación a altas frecuencias, son también útiles en tecnologías

avanzadas de comunicaciones y control. Los ledes infrarrojos también se usan en unidades de

control remoto de muchos productos comerciales incluyendo equipos de audio y video.

Aplicaciones[editar]

Pantalla de ledes en el Estadio de los Arkansas Razorbacks.

Los ledes en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al

90 % a todas las tecnologías de iluminación actuales, casas, oficinas, industrias, edificios,

restaurantes, arenas, teatros, plazas comerciales, gasolineras, calles y avenidas, estadios (en

algunos casos por las dimensiones del estadio no es posible porque quedarían espacios

oscuros), conciertos, discotecas, casinos, hoteles, carreteras, luces de tráfico o de semáforos,

señalizaciones viales, universidades, colegios, escuelas, estacionamientos, aeropuertos,

sistemas híbridos, celulares, pantallas de casa o domésticas, monitores, cámaras de

vigilancia, supermercados, en transportes (bicicletas, motocicletas, automóviles, camiones

tráiler, etc.), en linternas de mano, para crear pantallas electrónicas de led (tanto informativas

como publicitarias) y para cuestiones arquitectónicas especiales o de arte culturales. Todas

estas aplicaciones se dan gracias a su diseño compacto.

La pantalla en Freemont Street enLas Vegas es la más grande.

Ledes aplicados al automovilismo, vehículo con luces diurnas de ledes.

Vestuario Led para espectáculos escénicos, creado por Beo Beyond.

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a

distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como

equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc., y, en general, para aplicaciones

de control remoto así como en dispositivos detectores, además de ser utilizados para

transmitir datos entre dispositivos electrónicos como en redes de computadoras y dispositivos

como teléfonos móviles, computadoras de mano, aunque esta tecnología de transmisión de

datos ha dado paso al bluetooth en los últimos años, quedando casi obsoleta.

Los ledes se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado

(encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tránsito, de emergencia, etc.) y en

paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y está

en Times Square, Manhattan). También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal

líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas, etc., así como en bicicletas y

usos similares. Existen además impresoras con ledes.

El uso de ledes en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es

moderado y es previsible que se incremente en el futuro, ya que sus prestaciones son

superiores a las de la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente, desde diversos

puntos de vista. La iluminación con ledes presenta indudables ventajas: fiabilidad, mayor

eficiencia energética, mayor resistencia a las vibraciones, mejor visión ante diversas

circunstancias de iluminación, menor disipación de energía, menor riesgo para el medio

ambiente, capacidad para operar de forma intermitente de modo continuo, respuesta rápida,

etc. Asimismo, con ledes se pueden producir luces de diferentes colores con un rendimiento

luminoso elevado, a diferencia de muchas de las lámparas utilizadas hasta ahora que tienen

filtros para lograr un efecto similar (lo que supone una reducción de su eficiencia energética).

Las temperaturas de color más destacadas que encontramos en los LED son:

Blanco frío: es un tono de luz fuerte que tira a azulado. Aporta una luz parecida a la de los

fluorescentes.

Blanco cálido: el tono de luz tira hacia amarillo como los halógenos.

Blanco neutro o natural: aporta una luz totalmente blanca, como la luz de día.

RGB: el LED está permitiendo en muchos productos conseguir diferentes colores. Quedan

muy luminosos ya que es el propio LED el que cambia de color, no se usan filtros.

Cabe destacar también que diversas pruebas realizadas por importantes empresas y

organismos han concluido que el ahorro energético varía entre el 70 y el 80 % respecto a la

iluminación tradicional que se utiliza hasta ahora.9 Todo ello pone de manifiesto las numerosas

ventajas que los ledes ofrecen en relación al alumbrado público.

Los ledes de luz blanca son uno de los desarrollos más recientes y pueden considerarse como

un intento muy bien fundamentado para sustituir los focos o bombillas actuales (lámparas

incandescentes) por dispositivos mucho más ventajosos. En la actualidad se dispone de

tecnología que consume el 92 % menos que las lámparas incandescentes de uso doméstico

común y el 30 % menos que la mayoría de las lámparas fluorescentes; además, estos ledes

pueden durar hasta 20 años.10 Estas características convierten a los ledes de luz blanca en

una alternativa muy prometedora para la iluminación.

También se utilizan en la emisión de señales de luz que se trasmiten a través de fibra óptica.

Sin embargo esta aplicación está en desuso ya que actualmente se opta por

tecnología láser que focaliza más las señales de luz y permite un mayor alcance de la misma

utilizando el mismo cable. Sin embargo en los inicios de la fibra óptica eran usados por su

escaso coste, ya que suponían una gran ventaja frente al coaxial (aún sin focalizar la emisión

de luz).

Pantalla de ledes: pantalla muy brillante formada por filas de ledes verdes, azules y rojos

ordenados según la arquitectura RGB, controlados individualmente para formar imágenes

vivas muy brillantes, con un altísimo nivel de contraste. Entre sus principales ventajas, frente a

otras pantallas, se encuentran: buen soporte de color, brillo extremadamente alto (lo que le da

la capacidad de ser completamente visible bajo la luz del sol), altísima resistencia a impactos.

MATERIALES LUMINISENTES

Buena parte de estos materiales luminiscentes son sólidos con estructura cristalina, aunque también los hay amorfos, como los plásticos y polímeros, y la mayoría de ellos deben sus propiedades luminiscentes a ser “cristales impuros”, es decir, a que dentro de la estructura pura hay un “prietito” que da al cristal su nombre de material “dopado” o “impuro”. Un ejemplo es el rubí. Éste es un cristal de óxido de aluminio que por sí solo es completamente incoloro; pero si algunos de los átomos de aluminio son sustituidos por átomos de cromo, entonces la presencia del cromo hace que el óxido de aluminio sea capaz

Figura 3. Esquema que muestra la obtención de una imagen mediante la tomografía convencional de rayos X. La imagen del órgano es en esencia un mapa de la atenuación de rayos X cuando pasan a través del tejido orgánico. El material luminiscente se encuentra en la sección de detectores.

Figura 4. Esquema de la tomografía por emisión de positrones. A diferencia de la de rayos X, en ésta se hace un mapa de aniquilación de positrón-electrón, positrón proveniente de un fármaco administrado al paciente y electrón del tejido bajo estudio (en el esquema se sugiere el del cerebro). Esta técnica logra imágenes imposibles de obtener con la tomografía convencional. Nuevamente, se requiere un material luminiscente, esquematizado en la figura por los cilindros a cada lado de la cabeza del paciente.

de transformar la luz solar en una luminiscencia de color rojizo muy apreciada en la joyería. También recuérdese que el primer dispositivo láser de estado sólido se construyó a principios de los años 60 basándose en las propiedades luminiscentes del rubí.Otro ejemplo es el material utilizado en las lámparas fosforescentes, que es un cristal de fosfato de calcio que tiene dos tipos de impurezas: el antimonio y el manganeso. El antimonio brilla con luz azul y el manganeso con luz amarilla. La mezcla de estos colores produce la luz brillante característica de dichas lámparas.Un último ejemplo es el material que se emplea en los monitores en blanco y negro de los televisores, las computadoras, el microscopio electrónico o el osciloscopio. El cinescopio de estos aparatos está cubierto en su parte delantera con sulfuro de zinc –al igual que el aparato de Crookes–, al que se han agregado “impurezas” de plata. En este caso, la impureza de plata se encarga de transformar parte de la energía cinética de los electrones rápidos que se producen en la parte trasera del cinescopio para que choquen con la parte delantera y cedan así su energía al sulfuro de zinc con impurezas de plata; la energía cinética se convierte en una luz blanco-azulada con la que se forma la imagen en la pantalla.Una aplicación clínica de los materiales luminiscentes la vemos en el fluoroinmunoanálisis. En esta aplicación, el objetivo es identificar especies biológicas, especialmente para su uso clínico.Su utilidad se basa en la colocación de “etiquetas luminiscentes”que por sí solas no luminescen, pero que se acoplan químicamente con un anticuerpo, cuya presencia está ligada a una biomolécula u organismo dado; la etiqueta es entonces capaz de responder con luminiscencia cuando se le ilumina con luz ultravioleta, indicando de esta forma la presencia de la biomolécula u organismo.

El proceso de transformación de la energía es similar al de un sólido dopado. Un ejemplo de etiqueta luminiscente es el europio encapsulado en bipiridina. La bipiridina absorbe la luz ultravioleta con la que se le ilumina, y transfiere parte de la energía al europio, el cual emite luz roja siempre y cuando la etiqueta esté acoplada al anticuerpo.También hay etiquetas luminiscentes sólidas cristalinas. En este caso, las partículas de polvo cristalino se conectan con el anticuerpo y pueden transformar la luz ultravioleta en luz visible rojiza por el hecho de estar conectadas, demostrando así la presencia del anticuerpo.Particular interés en las aplicaciones tienen los materiales luminiscentes que pueden transformar la energía –bastante considerable– de los rayos X o de los rayos gamma en luz visible. Estos materiales se conocen como “centelladores”. El fenómeno de la luminiscencia aquí es toda una rareza de la naturaleza, ya que ordinariamente se esperaría que el material transformara la energía de los rayos X o gamma únicamente en calor, pero los centelladores se las arreglan para utilizar parte de esa energía para resplandecer.El fenómeno de centelleo fue descubierto en 1903. Es en el área de la imagenología médica, entre otras, en donde estos materiales centelladores tienen una aplicación muy práctica. En efecto, un médico puede sospechar que su paciente, dados sus síntomas, tiene un tumor cerebral, pero en lugar de realizar una peligrosa cirugía exploratoria le prescribe algo más benigno: una tomografía por emisión de positrones.¿En qué consiste ésta? En que se administra al paciente un isótopo de carbono, nitrógeno u oxígeno, que son los principales componentes de las moléculas de la materia viva, pero que además son capaces de emitir ciertos electrones “positivos” conocidos como positrones; cuando un positrón es emitido por el fármaco administrado al paciente y encuentra y choca con un electrón del tejido cerebral, se produce una reacción de “aniquilación”, pues el positrón y el electrón desaparecen, quedando en su lugar dos rayos gamma que viajan en direcciones opuestas (Figura 5).El registro de estas aniquilaciones mediante la detección de los rayos gamma asociados permite procesar una imagen de alta resolución que el médico utilizará para su diagnóstico; en caso de existir un tumor, éste podrá ser localizado e iniciar la terapia.La detección de los rayos gamma mencionados –y por consiguiente la aniquilación a la que están asociados– se hace aprovechando las propiedades de un material centellador. Los primeros tomógrafos por emisión de positrones se construyeron a principios de la década de los 70, y en ellos se utilizó como centellador un compuesto de sodio con impurezas de talio, material relativamente ineficiente para detectar los rayos gamma que se producen en el paciente. La investigación

Figura 5. Esquema que muestra la producción de dos rayos gamma como producto de la aniquilación del electrón-positrón. El material centellador está contenido en los cristales fotomultiplicadores. El desempeño de tales cristales se relaciona con la calidad de la imagen que se obtiene. Un tomógrafo por emisión de positrones moderno alcanza una resolución de estructuras del orden de dos y medio milímetros.

en la búsqueda de centelladores con mejores características es aún un campo abierto a la investigación.En la actualidad se cuenta con sustancias más eficientes que el compuesto de sodio, entre las cuales puede mencionarse principalmente al germanato de bismuto. Pero la búsqueda continúa.Con todo lo dicho, el lector tendrá una idea más clara de lo estratégica que es la investigación

básica de nuevos materiales, pues hace posible aplicar las propiedades de sólidos como los luminiscentes a los aspectos de la vida diaria, precisamente para mejorar su calidad. Ojalá que cuando se le pida alguna opinión al respecto, sea benevolente con quienes estamos dedicando nuestro trabajo a esos estudios y nos apoye al momento de pedir recursos para hacerlos mejor.