UNIVERSIDAD DE CARABOBO.

FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA.

DEPARTAMENTO DE FÍSICA.

DIRECCIÓN DE EXTENSIÓN.

COORDINACIÓN DE PASANTIAS.

DISEÑO DE UNA ESTACIÓN ÓPTICA LASER

TUTOR EMPRESARIAL: PROF. FEDDY NAREA.

TUTOR ACADÉMICO: PROF. RAFAEL MUÑOZ.

BR. AIVELÍ BOLÍVAR. CI: 20082131

FEBRERO, 2013

INTRODUCCIÓN

La Óptica es la rama de física que estudia las ondas electromagnéticas, sus propiedades y su comportamiento cuando interactúa con la materia. Dentro de las áreas especializadas en la investigación de la óptica incluyen el estudio de cómo la luz interactúa con materiales específicos como en la óptica de cristal y metamateriales. Otra investigación se centra en la fenomenología de las ondas electromagnéticas, como en óptica singular, la óptica sin imágenes, la óptica no lineal y óptica estadística,

y radiometría.

En la óptica se encuentra la óptica geométrica, la cual trata a la luz como un conjunto de rayos que cumplen el principio de Fermat. Se utiliza en el estudio de la transmisión de la luz por medios homogéneos (lentes, espejos), la reflexión y la refracción.

Entre algunos de los medios ópticos se encuentran los siguientes:

Espejo: Es todo cuerpo con una superficie pulimentada que hace posible una reflexión total y regular de la luz que incide sobre él. Estos pueden ser planos o

esféricos.

Lente: Es un medio transparente limitado por dos superficies de las cuales al menos una es curva. La onda incidente presenta refracción(es transmitida y desviada

de un medio a otro). Estos pueden ser, convergentes o divergentes

Semiespejo: Es una lámina de vidrio, con uno de sus dos lados pintados con una capa muy fina de aluminio. La capa de aluminio tiene el grosor adecuado para que la

mitad de la luz que recibe sea transmitida, y la mitad reflejada (o, en términos de partículas, de que un fotón que llega tenga un 50% de ser reflejado y un 50% de

atravesarla). De esta manera es muy fácil dividir un haz de luz en dos perpendiculares con la mitad de intensidad cada uno, simplemente poniendo el espejo a 45o de

inclinación.

Filtro: Éste sólo permite el paso a través de él de luz con ciertas propiedades, suprimiendo o atenuando la luz restante. Los filtros ópticos más comunes son los

filtros de color, es decir, aquellos que sólo dejan pasar luz de una determinada longitud de onda. Si se limitan a atenuar la luz uniformemente en todo el rango de

frecuencias se denominan filtros de densidad neutra.

Para efectos de investigaciones científicas, en la mayoría de los casos, se trabaja con fuentes LASER (de la sigla inglesa light amplification by stimulated emission

of radiation, amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) el cual es un dispositivo que utiliza un efecto de la mecánica cuántica, la emisión inducida o

estimulada, para generar un haz de luz coherente de un medio adecuado y con el tamaño, la forma y la pureza controlados.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El Laboratorio de Instrumentación, Materiales, Caracterización y Óptica del

departamento de física de la FACyT-UC es un importante centro de investigación

dentro de la facultad, en este, se realizan anualmente Trabajos Especiales de Grado de

estudiantes de las distintas escuelas de facultades como Ingeniería, Ciencias de la

Salud y la Facultad de Ciencias y Tecnología, es por ello que es fundamental tener un

conocimiento actualizado sobre los equipos y materiales existentes este laboratorio,

hoy día se encuentran inactivos una cantidad de equipos y materiales ópticos por el

desconocimiento que se tiene de los mismos, ya que no se ha realizado la revisión

adecuada de estos. Además en el cuarto oscuro de dicho laboratorio se cuenta con una

sola fuente LASER para alimentar los diferentes Trabajos Especiales de Grado lo que

dificulta la simultaneidad de las investigaciones en este sitio de trabajo, presentándose

necesario contar con una estación óptica LASER que permita de forma económica

solventar dicho inconveniente.

OBJETIVOS

Objetivo general:

Diseñar una estación óptica LASER para el cuarto oscuro del Laboratorio de

Instrumentación, Materiales, Caracterización y Óptica del departamento de física de la

FACyT- UC.

Objetivos Específicos:

Realizar una revisión bibliográfica sobre los aspectos básicos de la óptica, y

sobre el funcionamiento de los diversos equipos e instrumentos ópticos.

Inventariar los equipos nuevos disponibles en el del Laboratorio de

Instrumentación, Materiales, Caracterización y Óptica del departamento de

física de la FACyT-UC

Inventariar las fuentes LASER existentes en el departamento de física de la

FACYT.

Esquematizar el desvío del LASER ubicado en el cuarto oscuro del Laboratorio

de Instrumentación, Materiales, Caracterización y Óptica del departamento de

física de la FACyT- UC.

RESUMEN DE ACTIVIDADES

• Mantenimiento, clasificación e inventariado de equipos donados al laboratorio

por la facultad de ingeniería de la UC.

• Almacenamiento, identificación y organización de los equipos con publicación

del inventario realizado.

• Asistencia al grupo de biofotónica con realización de inventario de las fuentes

laser existentes en el departamento de física de la FACyT.

• Diseño de un sistema para desviar del laser que reposa en el cuarto oscuro del

laboratorio y que alimenta los trabajos especiales de grado que allí se realizan

(de esta desviación de realizó una esquematización o visualización en el plano).

METODOLOGÍA

Se realizó el inventario de los equipos donados por la facultad de ingeniería

de la UC al Laboratorio de Instrumentación, Materiales, Caracterización y Óptica del

departamento de física de la FACyT-UC, detallando las condiciones de estos equipos

materiales e instrumentos (Identificando con O.C: Óptimas Condiciones), y mostrando

fotografías de algunos:

Cantidad Equipo Estado de los equipos

1 Microscópio Ernst Leitz Wetzlar Germany 562002

O.C.

9 Antenas de microondas de 40cm de diámetro. O.C.

17 Varillas de soporte universal de 23cm de longitud. O.C.

6 Varillas se soporte universal de 50cm de longitud. O.C.

5 Base triangular de soporte universal.

1 no cuenta con pie de nivelación.

5 Soporte para láser con correa ajustable. 3 no tienen los corchos de protección.

2 Abrazadera cruzada con métrica fija. O.C.

4 Soporte magnético. O.C.

2 Prisma reflector. O.C.

2 Porta prisma. O.C.

2 Prisma para la medición del índice de refracción de los líquidos.

O.C.

2 Nuez o prensa doble de laboratorio.

O.C.

1 Jinetillo doble deslizable con cilindro soporte de 110mm de altura.

O.C.

2 Jinetillo de inclinación con cilindro soporte de 90mm de altura.

O.C.

1 Jinetillo con cilindro soporte de 80mm de altura. O.C.

1 Jinetillo micrométricamente deslizable con cilindro soporte de 110mm de altura.

O.C.

1 Plataforma para prisma en jinetillo con cilindro soporte de 46mm de altura.

O.C.

1 Diafragma para polarizadores. O.C.

1 Pinza para cilindro.

O.C.

3 Base de metal. O.C.

1 Tornillos o pie de nivelación para los bancos ópticos.

O.C.

1 Base circular porta prisma. O.C.

1 Tornillo mariposa. O.C.

1 Polarímetro. Fuente dañada

1 Prensa rotativa. O.C.

3 Recipientes para el almacenamiento de filtros, rejillas y polarizadores.

O.C.

3 Filtro azul. 1 en malas condiciones

1 Filtro rojo. O.C.

16 Filtro verde. O.C.

1 Filtro amarillo. O.C.

4 Filtro violeta. 2 en malas condiciones

5 Filtro transparente. O.C.

1 Filtro negro. O.C.

2 Rejilla. O.C.

6 Polarizador de cuarzo (quarz). O.C.

2 Polarizador de calcita (kalkspat). O.C.

1 Polarizador para luz tenue (glimmer). O.C.

2 Disco de vidrio (neopran). O.C.

2 Rendija de difracción. Oxidados.

2 Porta filtro. O.C.

1 Dispositivo suplementario para la proyección vertical. O.C.

1 Lente de +500. O.C.

1 Lente de +300. O.C.

1 Lente de +150. O.C.

1 Lente de +100. O.C.

2 Lente de +200. O.C.

2 Lente de +50. O.C.

Actualmente a se encuentra en uso la mayoría de estos equipos, entre ellos, el más

resaltante es la el Microscópio Ernst Leitz Wetzlar Germany 562002 al cual se le ha adaptado

una cámara en el ocular y un par de polarizadores. Funcionando como un microscopio óptico

de polarización cuyo polarizador, transforma la luz natural en polarizada y el analizador,

analiza la luz que sale de la lámina de cristalina. Permitiendo el estudio de las propiedades

ópticas de los cristales, en secciones delgadas de minerales y de rocas.

Se realizó un inventario de las fuentes LASER existentes en el departamento de

física de FACYT, especificando sus características y condiciones en las que se

encuentran, además se muestran imágenes de dichas fuentes.

Es importante resaltar que las fuentes LASER, además de ser empleadas en los

Trabajos Especiales de Grado, son de gran utilidad en los laboratorios de docencia para

experimentar fenómenos distintos fenómenos físicos como:

• Interferencia y difracción.

• Interferómetro de Michelson.

• Óptica avanzada.

• Difusión en líquidos.

• Óptica de Fourier (formación de imágenes).

Se observa que se cuenta con dos fuentes LASER de 4 mW, Helio-Neón. Luz roja

(λ=633nm ), Marca: JDS Uniphase, uno permanente en el laboratorio de docencia para

el estudio de los experimentos antes mencionados y el otro permanente en el cuarto

oscuro del laboratorio de investigación; diseñándose para este último una

esquematización de su desvío (Fig. 1):

Leyenda del esquema de desvío del laser:

A: Fuente LASER.

B (1,2,3,4): Semiespejos a 45° de inclinación.

Inclinando de la misma forma [B1 - B4] y [B2 y B3]

Hr_Bn: Haz reflejado por Bn. Ht_Bn: Haz transmitido por Bn.

Cada semiespejo debe tener adheridas dos «tiras» de imán, una en cada orilla vertical,

(como se muestra en la fig. 2) para colocarlo en su base correspondiente

4cm

4cm

0.50cm

Fig.1. Desvío del LASER

Estos semiespejos estarán sujetos cada uno a una base como la que se muestra

en la Fig.3

Leyenda de la base para los semiespejos

C Bases metálicas triangulares adheridas a D.

D Base rectangular de cualquier material resistente preferiblemente liviano.

F Cilindro preferiblemente metálico.

G Tornillo (

, rosca gruesa)

Fig.2.Semiespejo con los imanes.

G

F

5cm

5cm

C

D

Fig.3. Base para lo semiespejos

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El conocimiento de la disponibilidad de equipos, materiales e instrumentos, en un laboratorio es fundamental para el buen desarrollo de las actividades que en este se realicen, en el Laboratorio de Instrumentación, Materiales, Caracterización y Óptica del departamento de física de la FACyT-UC se destacan investigaciones en biofísica, fotónica, optoelectrónica, diseño, fabricación y ensayo de componentes ópticos y de procesamiento de imágenes, los cuales son trabajos en áreas de gran interés a nivel

científico e industrial en todas partes del mundo.

En la mayoría de los trabajos antes mencionados se requiere de la utilización de una fuente LASER y el hecho de contar con una sola en este laboratorio retrasa la producción de investigaciones pues no se pueden hacer “varias” simultáneamente, este hecho se busca ser solventado de manera pronta con el diseño de una estación

óptica LASER; ahora se recomienda la construcción de la misma de manera tal que se logren alimentar simultáneamente diferentes Trabajos Especiales de Grado

optimizando el uso del LASER.