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Introducción al Derecho I

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“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN EQUIPO DE
FOTOBIOESTIMULACIÓN BASADO EN DIODOS LÁSER DE =850
NM PARA APLICACIONES DE BIOESTIMULACIÓN EN OBJETOS
BIOLÓGICOS”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS EN INGENIERÍA ELECTRÓNICA

PRESENTA:

ING. MAURICIO HERNÁNDEZ VIZUET

ASESOR

DR. ALEXANDRE MICHTCHENKO

MÉXICO, D. F. A 28 DE MARZO DEL 2007.
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y
ELÉCTRICA

SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACION
i

Índice.

Glosario………….……………………………………………………………........ 1
Resumen…………………………………………………………………………... 2
Abstract…………………………………………………………………………… 2
Objetivo…………………………………………………………………………… 3
Justificación…………………………………………………………………….…. 4
Capítulo 1 – Antecedentes y estado del arte
1.1 Introducción……………………………………………………….…... 6
1.2 Factores importantes en el proceso de fotobioestimulación……...…… 9
1.3 Aplicaciones de la fotobioestimulación en biología……………...….. 12
Capítulo 2 – Características generales de los láseres.
2.1 Introducción………………………………………………….….…… 15
2.2 Operación básica del láser……………………………………..…….. 18
2.3 Características por tipos de láseres……………………………….….. 20
2.4 Clasificación de seguridad en los láseres.…………….…………..….. 23
2.5 Seguridad en láseres….………………………………………….….... 25
Capítulo 3 – Diodos láser.
3.1 Introducción……………………………………………………….…. 29
3.2 Diferencias entre los LED’s y los diodos láser…………………......... 33
3.3 Comparación de diferentes tipos de láseres………………………..… 34
3.4 Seguridad en el uso de diodos láser……………………………….…. 34
3.5 Diodos láser………………………………………………………….. 35
3.6 Construcción de un diodo láser……………………………………..... 36
ii

3.7 Diodos de alta potencia en el espectro visible……………………..… 38
3.8 Diodos láser de alta potencia…………………………….……….….. 38
3.9 Diodos láser pulsados de alta potencia………………………….…… 39
3.10 Diodos láser de emisión por la cavidad superficial vertical (Vertical
Cavity Surface Emitting Laser Diodes -VCSEL).………....….….… 39
3.11 Características del haz de un diodo láser……………………..…….. 41
3.12 Coherencia espacial de los diodos láser……………………...…...… 43
3.13 Coherencia temporal en los diodos láser…………………….……... 43
Capítulo 4 – Desarrollo del sistema con diodos láser.
4.1 Introducción……………………………………………………..…… 45
4.2 Características de los diodos láser y circuitos controladores………… 46
4.3 Controladores para diodos láser de alta potencia…………………….. 48
4.4 Diodo láser utilizado en el diseño del sistema láser…………...…….. 48
4.5 Diseño de la fuente de poder…………………………………………. 50
4.6 Diseño de la parte de control……………………………………..….. 53
4.7 Programación de la PC a través de Visual Basic 6.0…………...……. 57
4.8 Propuesta de desarrollo de una matriz de láseres IR con
λ = 850 nm…….………………………………………………..……. 60
Capítulo 5 – Experimentos sobre semillas de trigo (Triticum aestivum L)
5.1 Materiales y método…………………………………………..……… 65
5.2 Resultados…………………………………………………..………... 70
Discusión de resultados………….…………………………………..………….. 78
Conclusiones generales………….…………………………………..…………... 81
Trabajo a futuro………….………………………………………..……………. 82

iii

Referencias……………………………………………………….………….…... 83
Apéndice A: Estadística.
A.1 Algunos conceptos básicos…………………………………….….… 86
A.2 Arreglo ordenado……………………………………………….….... 89
A.3 Datos agrupados y distribución de frecuencias……………….…...… 90
A.4 Estadística descriptiva: medidas de tendencia central……….…..….. 93
A.4.1 La media aritmética……………………………….…..…… 94
A.4.2 La mediana……………………………………….…..……. 94
A.4.3 La moda……………………………………………...….…. 95
A.5 Estadística descriptiva: medidas de dispersión………………….…... 95
A.5.1 El rango o intervalo de variación………………...... 96
A.5.2 La variancia……………………………………...… 96
A.5.3 La desviación estándar………………………...…….97
A.6 La distribución normal………………………………………...…….. 97
A.7 Coeficiente de correlación…………………………………...……… 99
A.8 Error estándar de la media…………………………………..……... 101

Índice de figuras.
Capítulo 1 – Antecedentes y estado del arte
Figura 1.1. Efectos de bioestimulación en función de la longitud de onda para un
cultivo de E.coli cuando la intensidad y el tiempo son constantes y la
longitud de onda varía………………………………………………………….. 9
Figura 1.2. Efectos de bioestimulación en función de la longitud de onda para
la síntesis de DNA en un cultivo de células HeLa cuando la longitud
de onda varía………………………………………………………………….. 10
Figura 1.3. Importancia de la intensidad y del tiempo de irradiación adecuados
para la estimulación del crecimiento de un cultivo de células de E.coli…… 10
Figura 1.4. Respuesta de estimulación para los sistemas biológicos…………………….. 12
Capítulo 2 – Características generales de los láseres
Figura 2.1. Operación básica de un láser………………………………………………… 18
Capítulo 3 – Diodos láser.
Figura 3.1. Diodo láser de homo estructura……………………………………………… 30
Figura 3.2. Diodo láser de hetero estructura…………………………………………… 30
Figura 3.3. Diagrama de las bandas de energía para una unión PN de doble hetero
estructura……………………………………………………………………. 31
Figura 3.4. Construcción de un diodo láser de hetero estructura………………………. 31
Figura 3.5. Dispositivo de diodo láser………………………………………………….. 36
Figura 3.6. Composición de un diodo láser……………………………………………. 37
Capítulo 4 – Desarrollo del sistema con diodos láser.
Figura 4.1. Gráfica de potencia de salida contra corriente de operación en un diodo
láser…………………………………………………………………………. 46
Figura 4.2. Imagen del diodo láser utilizado para el diseño del sistema láser…………… 49
Figura 4.3. Circuito de polarización de la fuente de voltaje……………………………... 50
Figura 4.4. Circuito de encendido lento para la fuente de voltaje………………………... 51
Figura 4.5. Configuración del circuito LM317 como fuente de corriente……………….. 52
Figura 4.6. Circuito de alimentación del diodo láser con encendido lento……………… 52
Figura 4.7. Fuente de alimentación construida para la alimentación del diodo láser……. 53
Figura 4.8. Terminales del microcontrolador AT89C52. ……………………………….. 54
Figura 4.9. Diagrama de conexiones del microcontrolador para el control de los tiempos de
v

irradiación…………………………………………………………………… 55
Figura 4.10. Interfaz de usuario desarrollada para la lectura de los datos del
microcontrolador…………………………………………………………… 58
Figura 4.11. Interfaz de usuario observada cuando se ha seleccionado un tiempo de
irradiación de 15s……………………………………………………… …...59
Figura 4.12. Imagen de la tarjeta construida para la etapa de control……………………. 60
Figura 4.13. Área de la distribución gaussiana considerada para el proceso de radiación...61
Figura 4.14. Traslape de las distribuciones gaussianas para la producción de un haz casi
homogéneo………………………………………………………………..… 61
Figura 4.15. Implementación de la matriz láser…………………………………………... 62
Figura 4.16. Conexión de los diversos diodos láser al circuito de alimentación………… 63

Capítulo 5 – Experimentos sobre semillas de trigo (Triticum aestivum L)
Figura 5.1. Distribución gaussiana obtenida para el eje X……………………………….. 65
Figura 5.2. Distribución gaussiana obtenida para el eje Y……………………………….. 65
Figura 5.3. Ubicación del láser para la visualización del haz láser con λ=850nm para la
posterior radiación de las semillas de trigo………………………………….. 66
Figura 5.4. Haz láser visto a través de una cámara infrarroja……………………………. 66
Figura 5.5. Haz láser visto a través de una cámara de CCD……………………………... 67
Figura 5.6. Área de radiación definida a partir de las distribuciones gaussianas
obtenidas tanto para X como para Y………………………………………….67
Figura 5.7. Proceso de radiación de las semillas…………………………………………. 68
Figura 5.8. Radiación de semillas de trigo dentro del área definida……………………... 69
Apéndice A: Estadística.
Figura A.1. Histograma para una serie de datos…………………………………………. 92
Figura A.2. Polígono de frecuencia para una serie de datos……………………………... 93
Figura A.3. Gráfica de la distribución normal…………………………………………… 98
Figura A.4 Gráfica de una correlación positiva perfecta con r = +1……………………... 99
Figura A.5 Gráfica de una correlación positiva alta con r = +0.8………………………... 99
Figura A.6 Gráfica de una correlación positiva baja con r = +0.1……………………… 100
Figura A.7 Gráfica de una correlación cero con r = 0………………………………….. 100
Figura A.8 Gráfica de una correlación negativa perfecta con r = -1…………….……… 100
vi

Índice de tablas.
Capítulo 2 – Características generales de los láseres
Tabla 2.1. Clasificación de los láseres en base a su potencia de salida…………………... 25
Capítulo 4 – Desarrollo del sistema con diodos láser.
Tabla 4.1. Valores máximos de operación del diodo láser para una temperatura
de 25º C……………………………………………………………………….. 49
Tabla 4.2. Características ópticas y eléctricas del diodo láser para una temperatura
de 25ºC………………………………………………………………………... 49
Capítulo 5 – Experimentos sobre semillas de trigo (Triticum aestivum L)
Tabla 5.1. Planeación de los experimentos para el proceso de radiación………………… 68
Tabla 5.2. Porcentaje de germinación para las semillas de trigo (Triticum aestivum L)…..70
Tabla 5.3. Estadística descriptiva para la plúmula………………………………………...70
Tabla 5.4. Porcentajes de germinación en semillas de trigo para una intensidad de 12.5
mW/cm2…………………………………………………………………………70
Tabla 5.5. Estadística descriptiva para la longitud de la plúmula del control y de los
diferentes tiempos de irradiación para una intensidad de 12.5 mW/cm2………..71
Tabla 5.6. Porcentajes de germinación para el control y los diferentes tiempos de
irradiación para una intensidad de 25 mW/cm2……………………………….. 72
Tabla 5.7. Estadística descriptiva para la longitud de la plúmula del control y de los
diferentes tiempos irradiación para una intensidad de 25 mW/cm2…………… 72
Tabla 5.8. Porcentajes de germinación para el control y los diferentes tiempos de
irradiación para una intensidad de 50 mW/cm2………………………………... 73
Tabla 5.9. Estadística descriptiva para la longitud de la plúmula del control y de los
diferentes tiempos irradiación para una intensidad de 50 mW/cm2…………… 74
Tabla 5.10. Porcentajes de germinación para el control y los diferentes tiempos de
irradiación para una intensidad de 100 mW/cm2……………………………. 75
Tabla 5.11. Estadística descriptiva para la longitud de la plúmula del control y de los
diferentes tiempos irradiación para una intensidad de 100 mW/cm2………... 75
Apéndice A: Estadística.
Tabla A.1. Tabla para los datos de la plúmula del control general sin arreglar…………... 89
Tabla A.2. Tabla para los datos de la plúmula del control general con arreglo
ordenado……………………………………………………………………… 89

vii

Índice de gráficas.
Capítulo 5 – Experimentos sobre semillas de trigo (Triticum aestivum L)
Gráfica 5.1. Crecimiento de la plúmula en semillas de trigo para una
I = 12.5 mW/cm2……………………………………………………………. 71
Gráfica 5.2. Crecimiento de la plúmula en semillas de trigo con I=25mW/cm2………….. 73
Gráfica 5.3. Crecimiento de la plúmula en semillas de trigo con I=50mW/cm2………….. 74
Gráfica5.4. Crecimiento de la plúmula en semillas de trigo con I=100mW/cm2…….…… 76
Gráfica 5.5. Crecimiento de la plúmula para las distintas intensidades y los distintos
tiempos (Vista frontal)………………………...……………………………. 77
Gráfica 5.6. Crecimiento de la plúmula para las distintas intensidades y los distintos
tiempos (Vista lateral)………………………………………………………. 77
Gráfica5.7. Porcentaje de crecimiento para una intensidad de 15 mW/cm2 y tiempos
de 15, 30, 60 y 120 s………………………………………………………… 79
Gráfica5.8. Porcentaje de crecimiento para una intensidad de 30 mW/cm2 y tiempos
de 15, 30, 60 y 120 s………………………………………………………… 79

Glosario.

nm nanómetros.
λ Longitud de onda de la luz. Sus unidades son los namómetros (nm).
He-Ne láser de Helio-Neón.
I Intensidad de radiación. Sus unidades se expresan en [W/cm2].
t Tiempo de aplicación de la radiación láser. Sus unidades son los segundos
[s].
UV Radiación Ultravioleta.
DNA Ácido desoxirribonucleico
D Dosis de energía por centímetro cuadrado [J/cm2].
TLBP Terapia Láser de Baja Potencia.
Láser Acrónimo de la palabra Amplificación de luz por emisión estimulada de
radiación (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
IR Radiación infrarroja.
CW Onda continua.
CA Corriente alterna.
CD Corriente directa.
RF Ondas de Radio Frecuencia.
FEL Láser de electrones libres (Free Electro Laser).
Q Factor de calidad de que se encuentra en un resonador del tipo Fabry-Perot o
en un resonador externo conectado al láser.
TRC Tubo de rayos catódicos.
Nd Abreviación del Neodimio.
CDRH Centro de Dispositivos y Salud Radiológica (Center for Devices and
Radiological Health).
GaAs Material semiconductor de Arsenurio de Galio.
AlGaAs Material semiconductor de Arsenurio de Galio Aluminio.
VCSEL Diodos láser de emisión por la cavidad superficial vertical (Vertical Cavity
Surface Emitting Laser Diodes).
FP Cavidad de resonancia del tipo Fabry-Perot.
Plúmula Pequeño brote de una planta, que durante la germinación proporcionará el
tallo y las hojas.
Radícula Parte del embrión de las plantas que da lugar a la raíz.

2
Resumen
Este trabajo tiene como propósito general el desarrollar un sistema de
radiación láser utilizando diodos infrarrojos con λ = 850 nm para poder buscar
parámetros adecuados de la luz láser que nos permitan estimular sistemas
biológicos. Este trabajo está dedicado al estudio de los fenómenos de
bioestimulación en el trigo (Triticum aestivum L) y sobre este sistema se
buscarán los parámetros óptimos de la luz para producir su estimulación. Para
poder buscar los parámetros óptimos de la luz que puedan producir estos efectos
de bioestimulación primero se construirá un prototipo de un sistema con diodos
láser para después poder experimentar en el sistema biológico propuesto y
buscar estos parámetros.

Abstract
This work has as principal objective to develop a laser system using infra
red lasers diodes with λ = 850 nm to study some parameters that can stimulate
biological systems. This work is dedicated to study bio-stimulation effects in
wheat (Triticum aestivum L) and for this system some optimum parameters will
be searched to produce stimulation. First the system will be designed and
constructed, and then biological experiments will be done using this laser
system.

Objetivo.

Este trabajo está dedicado a la investigación de los efectos de
fotobioestimulación en semillas de trigo provocados por luz láser infrarroja de
alta intensidad y al diseño de un prototipo basado en diodos láser que
proporcione una radiación adecuada para obtener estos efectos. El propósito de
éste trabajo no es el de investigar los procesos bioquímicos que sucede dentro de
los sistemas biológicos, sino encontrar los parámetros óptimos de la luz láser que
permitan activar sus mecanismos biológicos. Mediante los resultados de la
experimentación con estas semillas se pretende diseñar un prototipo electrónico
que permita irradiarlas con los parámetros óptimos de radiación con luz láser
infrarroja de λ = 850 nm para así provocar los efectos de fotobioestimulación
antes mencionados.

Justificación.

El éxito de la producción de granos y forrajes se basa en gran medida en el
uso de semillasde alta calidad. Para lograr esto es necesario llevar a cabo
investigaciones que permitan generar semillas mejoradas para producir mayor
cantidad de alimento por unidad de superficie. La producción de semillas
mejoradas requiere del uso de diversas técnicas y metodologías especializadas,
entre las que se encuentran el análisis de las características de las semillas, que
permitan evaluar su calidad y potencial agrícola.

Normalmente esta mejora en la calidad de las semillas se logra a través de
métodos físicos, químicos, biológicos y genéticos. En muchos casos los métodos
utilizados son invasivos llegando de esta forma al consumo humano. Desde hace
algunos años se ha observado que el estimular estos sistemas con luz ha
permitido mejorar algunas de sus características por lo que en este trabajo se
pretende trabajar con este método debido a las ventajas que presenta al no ser un
método invasivo.

Capítulo 1

Antecedentes y estado del arte.

Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

6
1.1 Introducción

En algunas teorías de índole científico se ha propuesto que la energía electromagnética
ha sido un factor determinante para el desarrollo de la vida en la Tierra. De todo el espectro
radio eléctrico se ha designado a la luz como la energía electromagnética que mayor
participación ha tenido en el desarrollo de la vida. Debido a esto, desde hace algunas
décadas se ha estudiado el efecto de la luz sobre diversos sistemas biológicos. [1]

Algunas investigaciones realizadas de forma reciente muestran que la luz, en especial
la de color rojo, puede activar y desactivar genes en las células. A su vez en otras
investigaciones se incorpora el uso de luz láser de He-Ne y se muestra que es posible
acelerar el crecimiento de las plantas, aumentar la taza de germinación y mejorar la
resistencia a enfermedades y plagas. [2,3]

De igual forma algunas investigaciones realizadas en el Instituto Politécnico Nacional
sobre foto-bioestimulación en semillas de maíz (Zea mays L.), trabajos previos sobre
estimulación en semillas de trigo, lechuga y pepino, muestran que es posible acelerar
algunos procesos en las semillas como lo es el crecimiento utilizando luz láser producida
por diodos láser. [29-32]

Los láseres nos permiten aplicar dosis de luz altamente monocromática con una
eficiencia e intensidad mayor a la que se obtendría mediante otras fuentes de luz, como la
luz solar o lámparas acopladas a filtros especiales. Actualmente los procesos de
manufactura de los diodos láser y su gran demanda han provocado la disminución de sus
precios, lo que hace del diodo láser un dispositivo adecuado para este tipo de
investigaciones y aplicaciones, además de que presenta las características necesarias para
producir ciertos fenómenos de estimulación. [4,5]

Para poder provocar los fenómenos de bioestimulación, existen algunos parámetros
que son determinantes para que se produzcan estos fenómenos; estos son el nivel de
Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

monocromaticidad de la luz, su longitud de onda λ (nm), la intensidad I (mW/cm2) y el
tiempo de aplicación t (s). [4,5]

Aunque el estudio de estos efectos se ha estado realizando desde hace décadas, se
carece de estudios completos que especifiquen las características que debe presentar la luz
para producir efectos de fotobioestimulación útiles. Por esto, es necesario un estudio que
nos permita determinar los parámetros óptimos de irradiación.

La palabra bioestimulación significa estimular sistemas biológicos a través de diversos
métodos, estos pueden ser físicos, químicos, biológicos o genéticos. La finalidad de llevar a
cabo esto, es la producción de sistemas biológicos con mejores características, esto es,
inmunidad a ciertas enfermedades, mejoramiento de los sistemas cuando estos ya se han
deteriorado debido al paso del tiempo, mejoramiento de alguna de sus características
físicas, mejoramiento de algunas de sus características fisiológicas, aumentar la taza de
crecimiento de los sistemas biológicos, etc. [6,13]

Desde hace décadas se han hecho estudios con luz para la producción de los fenómenos
antes mencionados. Se ha experimentado con fuentes de luz no coherente y con luz
coherente (luz láser) siendo esta última de interés en el presente trabajo.

Las primeras publicaciones relacionadas con la terapia láser de baja intensidad
aparecieron hace más de 30 años. Desde entonces se han publicado aproximadamente 2000
estudios sobre este tema controversial. En la década de los 60 y 70 diversos doctores en la
unión europea, principalmente en la Unión Soviética y en Hungría, desarrollaron
activamente la bioestimulación láser. Sin embargo, diversos científicos alrededor del
mundo han abordado este tema y han abierto un escepticismo acerca de la credibilidad de la
interacción de la luz láser visible con los diversos sistemas biológicos estudiados y su
modificación a nivel molecular. [7]

Actualmente esta rama de bioestimulación de sistemas biológicos con luz láser aún esta
muy lejos de pertenecer a una rama establecida de la medicina o de la biología, pero hay
Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

publicaciones en revistas de prestigio donde se ha observado que la luz láser interactúa con
los sistemas biológicos a niveles moleculares alterando su funcionamiento. [2-9]

De forma general existe una absorción de la luz de baja intensidad por moléculas no
especializadas denominadas moléculas foto-receptoras; estas moléculas pueden absorber la
luz en ciertas longitudes de ondas y no pertenecen a órganos especializados para la
recepción de la luz. La molécula que absorbe la luz puede transferir la energía absorbida a
otra molécula la cual se activa y genera cambios químicos en el tejido circundante. De
forma alternativa la molécula primigenia activada por la luz puede tomar parte de forma
directa en las reacciones químicas del tejido. En este caso particular la molécula foto-
receptora no es propia del sistema, sino que se ha introducido en él para la producción de
los fenómenos de estimulación.

Hay otra forma de producir efectos de bioestimulación en sistemas biológicos y esto se
logra radiando estos sistemas con luz de una longitud de onda específica que pueda activar
algunos de sus componentes nativos, alterando de esta forma su metabolismo. Este tipo de
estimulación es la base para la terapia con láser de baja potencia. Los métodos de terapia
con luz no utilizan específicamente un láser, estos pueden utilizar fuentes convencionales
de luz que generen la longitud de onda específica para el proceso (terapia con luz UV). En
el caso de la bioestimulación láser, los láseres nos permiten aplicar dosis de luz altamente
monocromática con intensidades mayores a las que se obtendrían con otras fuentes de luz;
además la eficiencia de un diodo láser está por encima de otras fuentes de luz. De igual
forma con un láser se puede obtener luz en una longitud de onda específica con un ancho
espectral relativamente angosto. El láser permite investigar el comportamiento de los
organismos vivos en longitudes de onda a las que normalmente no se exponen. En general
los láseres son herramientas muy útiles que proporcionan varias ventajas como lo son: el
uso de fibras ópticas para irradiar partes internas del cuerpo, alta mono-cromaticidad y fácil
sintonización de la longitud de onda, uso sencillo, son seguros eléctricamente en el caso de
láseres con semiconductores. Actualmente la fotoestimulación con láser de baja potencia
utiliza láseres de He-Ne con una λ=632.8 nm [3-5,7] así como láseres de semiconductores y
LED’s. [4]
Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

1.2 Factores importantes en el proceso de fotobioestimulaciónExisten tres factores que son determinantes para la obtención de una respuesta foto-
química y foto-biológica temprana: la longitud de onda (nm), la intensidad (W/m2) y la
dosis (J/m2). La longitud de onda (nm) y el nivel de monocromaticidad son determinantes
para la aparición de los efectos de bioestimulación mientras que la intensidad (W/m2) y el
tiempo de aplicación (seg.) con una longitud de onda determinan la magnitud de los
efectos. [4]

Figura 1.1. Efectos de bioestimulación en función de la longitud de onda para un cultivo de E.coli
cuando la intensidad y el tiempo son constantes y la longitud de onda varía. [4]

En la figura 1.1 es posible observar en el eje “x” el valor de la longitud de onda y en el
eje “y” el crecimiento de células en un cultivo de E.coli. El valor de 1.0 corresponde al
nivel de control. Se puede observar que con un valor de longitud de onda de
aproximadamente 450 nm se tiene una estimulación en el crecimiento del sistema biológico
del 50%. Posteriormente a esta longitud de onda es posible observar otras amplitudes
máximas en aproximadamente 550 y en 630 nm. Posterior a esta última longitud de onda se
puede observar que para la región infrarroja la amplitud de la respuesta comienza a
incrementarse paulatinamente suponiendo una estimulación máxima en alguna región del
Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

infrarrojo por arriba de una longitud de onda de λ = 750nm. Es de aquí la importancia de
buscar fenómenos de estimulación en longitudes de onda del infrarrojo.

Figura 1.2. Efectos de bioestimulación en función de la longitud de onda para la síntesis de DNA
en un cultivo de células HeLa cuando la longitud de onda varía. [4]

En la figura 1.2 se puede observar que para la síntesis de DNA en células HeLa existe
una máxima estimulación en una longitud de onda de aproximadamente 775 nm. Un efecto
similar pero de menor amplitud se puede observar para una longitud de onda de 630 nm. [4]

Figura 1.3. Importancia de la intensidad y del tiempo de irradiación adecuados para la
estimulación del crecimiento de un cultivo de células de E.coli. [4]
Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

De las figuras 1.2 y 1.3 se puede observar que para que exista un proceso de
bioestimulación es necesario considerar los siguientes parámetros: la longitud de onda
(nm), el ancho de onda o el nivel de monocromaticidad, la intensidad (W/cm2) y el tiempo
de exposición (s). La dosis es un factor compuesto definido de la siguiente manera. [4]

2
JD I t
cm
⎡ ⎤= ⋅ ⎢ ⎥⎣ ⎦
(1.1)

Donde: D = dosis de energía por centímetro cuadrado [J/cm2].
I = intensidad de radiación por centímetro cuadrado [W/cm2].
t = tiempo de irradiación [s].

Los efectos que la luz puede producir se pueden clasificar como directos o indirectos.
Los efectos directos suceden cuando la luz genera un efecto dentro del tejido radiado; los
efectos indirectos suceden cuando se genera una señal nerviosa o neuroendocrina en el área
irradiada y esta genera un efecto sistémico en otra parte del cuerpo.

Los parámetros utilizados en la exposición láser varían grandemente (dosis, longitud de
onda, intensidad, luz láser de onda continua u onda pulsada, duración del pulso y razón de
repetición).

Las intensidades típicas utilizadas en la Terapia Láser de Baja Potencia (TLBP) están
dentro del intervalo de 1 a 10 mW/cm2. Con el paso de los años se ha observado que la
radiación de bajo nivel de energía ejerce un efecto estimulador en las células y en los
tejidos. Esta radiación empleada en la terapia con luz produce efectos foto-químicos y foto-
biológicos los cuales desde hace tiempo se han estado estudiado.

La respuesta de estimulación presenta tres características importantes las cuales se
pueden observar en la figura 1.4 y estas características son:

Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

1. La respuesta a un estímulo se manifiesta siempre con un comportamiento de
disparo, esto es, la amplitud de la respuesta se eleva de forma espontánea hasta un
valor determinado conforme la dosis, la intensidad o el tiempo de exposición se
incrementen de forma lineal.
2. Las curvas de la respuesta tienen forma de campana en donde existe un máximo y
un mínimo el cual corresponde al nivel de control.
3. Incrementando el valor del factor físico considerado (dosis, intensidad, etc.) uno
puede inhibir la respuesta del sistema biológico en consideración.

Figura 1.4. Respuesta de estimulación para los sistemas biológicos. [4]

1.3 Aplicaciones de la fotobioestimulación en la biología.

Dentro del área de la biología se han desarrollado diversos estudios los cuales indican
la forma en que la luz láser interactúa con los sistemas biológicos. Dentro de esta área se ha
reportado la producción de un sistema promotor de genes en plantas, el cual puede ser
activado de forma rápida y desactivado a su vez con el uso de luz pulsada. Los
experimentos realizados en este sistema promotor de genes muestran que con luz roja es
posible activar el proceso de producción genética en este sistema, y con luz infrarroja es
posible revertir el proceso de producción genética. Este método de activación por luz tiene
la ventaja de que es un método no invasivo, y permite activar un determinado gen a través
de la simple exposición a una señal de luz [2].
Capítulo 1. Antecedentes y estado del arte.

Para las plantas el poder sensar la luz de su ambiente es tan importante como para los
animales lo es la visión. La capacidad para detectar las variaciones en la luz es
determinante para la competencia y por consiguiente para la supervivencia de las plantas.
La forma en la que las plantas sensan la luz es a través de los fitocromos, una familia
pequeña de la proteína fitocrómica foto-receptora cuyos orígenes han sido trazados a partir
de los procariontes fotosintéticos. Los avances recientes permiten la comprensión de los
mecanismos moleculares de los fitocromos así como de la importancia de su evolución
biológica, lo que hace posible un avance rápido en la rama de la biología. Estas estructuras
foto-receptoras, los fitocromos, son los responsables de que los procesos de foto-
bioestimulación se lleven a cabo en las plantas llegando al punto de definir una nueva área
de investigación denominada Ingeniería Biológica basada en la luz [2-15].

Capítulo 2

Características generales de los láseres.

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
15
2.1 Introducción

La palabra láser es un acrónimo de “amplificación de luz por emisión estimulada de
radiación”. [19]

La salida de un láser puede ser un haz pulsado o continuo con diferente λ (longitud de
onda); con potencias menores de 1 mili-vatios hasta potencias que alcanzan los millones de
vatios. Pese a todas estas diferencias todos los láseres presentan características en común:
[19,20]

1) Un medio excitable. Éste puede ser un sólido, líquido, gas, o algún material
semiconductor que pueda ser bombeado a un estado de energía más alto.
a. Debe ser posible llevar a la mayor parte del medio excitable a un nivel de
energía superior (electrón, ion o vibracional) llamado población de
inversión.
b. Debe de existir una transición descendente activada por una emisión
estimulada.
c. La mayoría de los láseres están basados en sistemas de 3 o 4 niveles de
energía. Estos se determina a partir del medio excitable.
i. Sistema de 3 niveles: Aquí existe un bombeo del nivel 1 (estado
basal) al nivel 3 el cual decaerá rápidamente al nivel 2. Existe una
emisión estimulada cuando hay un decaimiento del nivel 2 al nivel 1.
Este tipo de sistemas de 3 niveles se utilizan para láseres pulsados
debido a que absorben su longitudde onda cuando están en su estado
basal. Este comportamiento de absorción de su longitud de onda los
hace virtualmente imposibles para mantener una población de
inversión que permita una operación en onda continua (CW). El láser
de rubí es un sistema de 3 niveles.
ii. Sistema de 4 niveles: Este tipo de sistemas láser hacen un bombeo
del nivel 1 (nivel basal) al nivel 4, del cual se producirá un
decaimiento rápido al nivel 3. Existe una emisión estimulada cuando
hay un decaimiento del nivel 3 al nivel 2 que a su vez decaerá al
Capítulo 2. Características generales de los láseres.
16

nivel 1. Este tipo de sistemas de 4 niveles pueden ser utilizados para
trabajar en modo continuo (CW) siempre y cuando el tiempo de vida
de permanencia en el nivel 2 sea lo suficientemente corto para evitar
una interrupción en la emisión. El láser de He-Ne es un sistema de 4
niveles.

2) Un medio que permita bombear energía en el medio excitable. Este medio puede ser
óptico, químico, eléctrico, etc.
a. Los láseres a gas utilizan una descarga eléctrica de CA o CD a través del
gas, pueden utilizar también excitación externa de radio frecuencia (RF), un
bombardeo de un haz de electrones así como una reacción química. Es
posible realizar un bombeo con otros medios.
b. Los láseres de estado sólido pueden utilizar un bombeo óptico de una
lámpara destellante de xenón de alta energía, de un láser bombeado o de un
arreglo de diodos láser.
c. Los láseres semiconductores normalmente se bombean a través de fuentes de
corriente de CD aunque también pueden ser bombeados de forma óptica o a
través de un haz de electrones.
d. Los láseres líquidos se suelen bombear de forma óptica aunque existen otros
medios.
e. Los láseres de rayos X se bombean utilizando pequeños dispositivos
nucleares. Aunque se han elaborado ensayos de estos dispositivos hay duda
de si estos han sido exitosos o no. Actualmente existen láseres de rayos X
que se producen a partir de diferentes medios de bombeo y los cuales no se
destruyen con cada disparo. [19]
f. Los láseres de electrones libres (FEL – Free Electro Laser) son bombeados
por aceleradores de partículas. Este tipo de láseres tienen un costo de
millones de dólares y no se construyen sobre la misma línea.

3) Un resonador: En la mayoría de los casos la cavidad de resonancia es del tipo Fabry
–Perot, un par de espejos, uno a cada lado del láser, los cuales permiten que la luz
Capítulo 2. Características generales de los láseres.
17

estimulada rebote de un lado al otro a través del medio excitable. Generalmente uno
de los espejos es reflexivo mientras que el otro es parcialmente transparente lo que
permite que el haz del láser escape. Los espejos pueden ser perfectamente planos, o
uno de los dos o los dos pueden presentar una ligera curvatura. [21]
a. Algunos láseres tienen un solo espejo en uno de sus lados (láser de
nitrógeno) o no tienen espejos (los láseres de rayos X no presentan espejos
debido a que es casi imposible reflejar la radiación electromagnética a las
longitudes de onda de los rayos X).
b. Es posible encontrar elementos ópticos adicionales como prismas, cavidades
con un factor de calidad alto (alta Q), Células de Kerr, y otras presentes
dentro del resonador.

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
18

2.2 Operación básica del láser

En la figura 2.1 se muestra la operación básica de un láser. A continuación de la
imagen se explicarán los pasos para producir el fenómeno láser. [19, 20]

Figura 2.1. Operación básica de un láser. [20]

1.- En su estado básico los átomos, las moléculas o los iones del medio excitable se
encuentran en su nivel más bajo de energía conocido como su estado basal.

2.- A continuación se lleva a cabo un bombeo de energía en el material excitable de
forma tal que sus átomos, moléculas o iones se ubican en un nivel mayor de energía
creando así una inversión de población, de esta forma participarán en la emisión
Capítulo 2. Características generales de los láseres.
19

estimulada, teniendo más importancia los átomos, moléculas o iones que se ubican en el
nivel dos (para este caso).

3.- De forma aleatoria, estos átomos / iones / moléculas excitados caen a un nivel
inferior de energía por si mismos. En este proceso cada uno emitirá un solo fotón de luz de
forma aleatoria. Esto es llamado "emisión espontánea" y por si mismo no es de mucha
utilidad para algún proceso. El mismo proceso es básicamente el que explica el brillo de un
letrero de gas de neón, o lo capa de fósforo de una lámpara fluorescente o pantalla de un
TRC.

Sin embargo Einstein mostró que si uno de estos fotones encontraba en su camino a un
átomo, a una molécula o a un ión excitado, este fotón lograría que el átomo, molécula o ión
respectivamente decayera en su nivel de energía produciendo de esta forma un fotón, el
cual presentaría las mismas características que el primigenio. Las características son: [19-
21]

a) El nuevo fotón tendrá exactamente la misma longitud de onda.
b) El nuevo fotón tendrá exactamente la misma fase.
c) El nuevo fotón será emitido exactamente en la misma dirección que el fotón
primigenio.
d) En la mayoría de los casos el nuevo fotón tendrá la misma polarización que el fotón
primigenio. Sin embargo es posible que el resonador proporcione una orientación
diferente al haz láser lo que hará que este se polarice.

Los fotones producidos se moverán en direcciones aleatorias, unos se escaparán por
algunos de los lados del tubo de resonancia mientras que otros rebotarán en los espejos y se
escaparán al chocar con los contornos del tubo.

3 y 4.- De forma ocasional existen algunos fotones que se mueven de forma paralela en
dirección longitudinal del tubo de resonancia. En este caso estos fotones cruzarán el tubo de
resonancia hasta chocar con algún espejo, lo que hará que estos viajen en dirección
contraria, este proceso se repetirá varias veces. Los fotones al ir viajando de un lado al otro
Capítulo 2. Características generales de los láseres.
20

del tubo de resonancia irán encontrando diversos átomos/ moléculas/ iones excitados que
producirán de esta forma fotones nuevos con las mismas características que los que están
cruzando el tubo. Así los fotones producidos reforzarán la producción de más fotones
teniendo así una avalancha de éstos a través del proceso de emisión estimulada.

5.- El haz producido será altamente monocromático (muy próximo a la misma longitud
de onda) y coherente (todas las ondas estarán en fase). De igual forma el haz estará
colimado (los fotones viajarán de forma paralela) o por lo menos se observará que surge a
partir de un punto (diodos láser). En cualquiera de los casos el haz de luz obtenido puede
ser manipulado de diferentes formas mismas que no se pueden realizar con la luz
proveniente de una fuente convencional de luz.

Si la fuente de bombeo es adecuada y puede estar excitando de forma constante a los
átomos/ moléculas/ iones del medio excitable para que estos se ubiquen en niveles de
energía superiores, la emisión estimulada sucederá de forma continua e indefinida (existen
problemas de calentamiento y problemas de bajas y altas corrientes que interfieren con esta
operación indefinida) produciendo así un láser de onda continua. Si el bombeo no puede ser
mantenido de forma constante o los niveles de energía no pueden ser mantenidos con
constancia el resultado será un láser pulsado.

2.3 Características por tipos de láseres

Diodos láser [21]: Es un chip de material semiconductor controlado por una fuente de
alimentación de bajo voltaje. Este tipo de láser tiene una retroalimentación óptica a través
de un fotodiodo. El objetivo de tener este ultimo elemento es el de regular la corriente del
diodo láser.Las longitudes de onda de estos dispositivos son: en el rojo (635 nm), el rojo profundo
(670 nm), el IR (780 nm, 800 nm, 900 nm, 1500 nm, hasta varios µm). Actualmente se
cuenta con láseres de diodo en la región del UV cercano, violeta y azul, desde los 380 nm
hasta los 450 nm, teniendo estos últimos un precio muy elevado. Actualmente se han
Capítulo 2. Características generales de los láseres.
21

desarrollado láseres verdes en distintos laboratorios pero estos presentan la desventaja de
que funcionan a temperaturas del nitrógeno líquido y a su vez su tiempo de vida es muy
reducido.

La calidad del haz láser para los diodos láser depende del diseño. El haz en forma pura
presenta una forma elíptica o una forma de cuña, siendo a su vez muy astigmático. Su
corrección requiere óptica adicional (interna o externa).

La longitud de su coherencia va desde unos cuantos milímetros hasta algunos metros.
Las potencias de salida más comunes en el mercado van desde 0.1 mW hasta los 5 mW.
Existen diodos láser con potencias arriba de 100 W. Para los diodos láser de muy altas
potencias los sistemas no están hechos por un solo diodo sino por arreglos de diodos los
cuales nos permiten alcanzar potencias de más de 100,000W.

Es posible encontrar diodos láser desde 1 dólar hasta más de 10,000 dólares. En general
los láseres de diodos son de bajo costo, de baja potencia a la entrada, pero en la mayoría de
los casos su controlador requiere de altas exigencias en su funcionamiento lo que eleva su
costo.

Láseres de He-Ne [19]: los más comunes se venden en tubos de plasma con espejos
internos, su fuente de alimentación es de alto voltaje. Es posible utilizar espejos externos
los cuales son caros.

La longitud de onda de estos dispositivos es en el rojo (632.8 nm), naranja (611.9 nm),
amarillo (594.1 nm), verde (543.5 nm) e IR (1523.1 nm), presentan baja eficiencia y su
costo es mayor. La calidad del haz es muy alta. La salida que se obtiene esta muy bien
colimada sin el uso de óptica externa, presenta una excelente longitud en su coherencia (de
10 cm. hasta varios metros) y es muy monocromático. La potencia de salida típica es de 0.5
a 35 mW aunque es posible encontrar de potencias mayores a los 250 mW.

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
22

Su costo va desde los 25 dólares hasta más de 5,000 dólares. En general no son caros,
son fáciles de encontrar, robustos y de larga duración.

Láseres de Dióxido de Carbono CO2 [19, 20]: Este tipo de láseres presenta un diseño
que permite el flujo de gas. Su fuente de excitación puede ser una fuente de alto voltaje en
CD, una fuente de RF, un haz de electrones u otra fuente que proporcione una alta energía.
Las longitudes de onda más comunes que se manejan son de 10,600 nm, de 9,600 nm. La
calidad del haz es alta. La potencia de salida va desde unos cuantos vatios hasta el orden de
100 kW o más. El uso que se le da a estos láseres es para el corte de metales, para soldar,
para el tratamiento de superficies y el templado de materiales, el marcado de plásticos,
madera, para el procesamiento de materiales, en medicina para cirugías. El costo de este
tipo de sistemas va desde los miles de dólares hasta los cientos de miles de dólares
dependiendo del tipo específico y de la potencia de salida.

Láseres de estado sólido [19-21]: Su material puede presentar forma de barra, de tabla
o de disco de cristal. Este tipo de láseres se bombean comúnmente con lámparas de
destellos o de arco, diodos láseres de alta potencia o con arreglos de diodos láser. El
bombeo a través de fibras ópticas dopadas utilizando diodos láser de alta potencia es común
y su finalidad es proporcionar un medio de ganancia. Las salidas obtenidas pueden ser
pulsadas, continuas (CW), o cuasi-continuas (Cuasi-CW) dependiendo éstas del diseño del
sistema y de la aplicación que se le va a dar. La longitud de onda va desde el IR cercano (el
material más común es el Nd dopado el cual proporciona una salida cercana a los 1,064
nm) hasta el visible (rubí a 694.1 nm). Es posible utilizar a la salida un multiplicador de
frecuencias para obtener longitudes de onda en el espectro visible (532 nm) o en el UV
(355 o 266 nm). Su potencia de salida varía ampliamente, Peta vatios pico para propósitos
de investigación con potencias promedio de 1,000 W o más. Estas potencias son muy altas
pero de duración muy pequeña. Los usos que se le dan a este tipo de láseres son en la
industria militar, en telémetros láser, investigación atómica, señalamiento de blancos, en
aplicaciones médicas y quirúrgicas, espectroscopia, en el estudio de la materia y otras áreas.

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
23

2.4 Clasificación de seguridad en los láseres [22]

Existen diferentes organizaciones encargadas de establecer los lineamientos de
seguridad para el uso de sistemas láser. Uno de los más importantes es el Centro de
Dispositivos y Salud Radiológica (CDRH-Center for Devices and Radiological Health).
Este centro es parte de la Administración de Comida y Fármacos de los Estados Unidos,
siendo la organización más importante en los Estados Unidos para el comercio y la
actividad científica de los láseres.

Los láseres son catalogados por el fabricante y etiquetados de forma apropiada
dependiendo del los riesgos que implica el láser. Los siguientes criterios son utilizados para
clasificar a los láseres:

a) Longitud de onda: si el láser está diseñado para emitir diferentes longitudes de onda
la clasificación se basará en la longitud de onda más peligrosa.
b) Se considera el tiempo de exposición inherente al diseño tanto para los láseres de
onda continua (CW) como para los láseres pulsados con (PW).
c) En el caso de los láseres pulsados se considera la energía total por pulso, la duración
del pulso, la razón de repetición y la radiación emergente del haz.

Los láseres se clasifican y controlan de acuerdo al siguiente criterio:

Láseres Clase I: este tipo de láseres no presentan ningún riego al estarlos viendo de
forma continua. Están diseñados de tal forma que no es posible tener acceso a la
radiación láser. A este tipo de láseres pertenecen los láseres de baja potencia o los
láseres de alta potencia incrustados en sistemas específicos como las impresoras
láser.

Láseres Clase II (láseres visibles de 400 a 700 nm): Este tipo de láseres emiten
luz visible para la cual existe una respuesta de aversión del ojo humano. Estos
dispositivos no presentan ningún peligro a menos que sean vistos directamente por
Capítulo 2. Características generales de los láseres.
24

largos periodos de tiempo. Esto sucede con la mayoría de las fuentes de luz de gran
intensidad.

Láseres Clase IIa (láseres visibles de 400 a 700 nm): Este tipo de láseres emiten
luz visible la cual no está hecha para su observación directa. Bajo condiciones
normales de funcionamiento no se producirá un daño en el ojo a menos de que sea
visto de forma continua por un lo menos durante 1,000 segundos. Ejemplo de este
tipo de láseres son los láseres lectores de códigos.

Láseres Clase IIIa: Este tipo de láseres normalmente no causan daño al ojo si su
haz es visto de forma momentánea pero pueden producir daños si se utilizan medios
ópticos para manipular el haz (colimadores, fibras ópticas, etc)

Láseres Clase IIIb: Estos láseres generan daño si su haz es visto de forma directa o
se ponen en contacto directo con la piel. Esto incluye el ver directamente el haz así
como las reflexiones del haz que se puedan dar. Los láseres Clase IIIb no producen
reflexiones difusas peligrosas a menos que sean vistas de forma muy próxima.

Láseres Clase IV: Este tipo de láseres representan un peligro para la visión si su
haz es visto de forma directa o a través de reflexiones en espejos o al obtener
reflexiones difusas.Además este tipo de láseres presentan el riesgo de producir
fuego así como quemaduras en la piel.

En la tabla 2.1 se establecen los intervalos de potencia del haz para cada clasificación:

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
25

Tabla 2.1 Clasificación de los láseres en base a su potencia de salida. [22]

Clase Potencia Máxima
(mW)
Símbolo impreso Texto en la etiqueta
precautoria
I ≤ 0.39 No necesario No necesaria
IIa (0.39, 1) Exposiciones
menores a 1,000 seg.
No necesario No necesaria
II ≤ 1 Precaución Radiación láser. No fije
la mirada en el haz.
IIIa ≤ 5 Precaución (Irradiación
< 2.5 mW/cm2)
Radiación láser- No fije
la mirada en el haz o no
vea directamente el haz
a través de instrumentos
ópticos.
IIIb ≤ 500 Peligro Radiación láser. Evite
la exposición directa al
haz.
IV > 500 Peligro Radiación láser. Evite
la exposición del haz en
el ojo o en la piel.

2.5 Seguridad en láseres [22]

Los láseres en general presentan medidas únicas de seguridad especialmente para la
visión. Mientras los peligros de las armas de fuego y de los explosivos son obvios para la
mayoría de la gente, en los láseres es necesario enfatizar que cabe la posibilidad de que un
haz de fotones sin masa impacten el ojo, al no ser manejados con cuidado, provocando así
daños severos y aún irreversibles en la visión, generando de esta forma ceguera temporal o
total. Para los láseres de alta potencia existen riesgos adicionales como lo es la producción
de fuego a causa del alto contenido de energía del haz, así como riesgo de descarga por el
uso de voltajes que son potencialmente letales.

En general los láseres son dispositivos que llaman la atención de las personas, sin
embargo a excepción de los dispositivos láseres de muy baja potencia, aquellos que
presentan menos que una fracción de mW de potencia de salida en el haz, éstos poseen
riegos únicos con respecto a los daños en la visión ya sean temporales o permanentes. Los
receptores visuales que cubren la retina del ojo son parte del sistema nervioso central y no
se regeneran por lo que hay que extremar las precauciones.

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
26

La salida de muchos láseres corresponde a un haz altamente colimado, lo cual significa
que la energía está concentrada en un área muy pequeña. Cuando la lente del ojo enfoca
este haz lo proyecta en un punto microscópico, haciendo que el área del haz láser
disminuya aumentando de esta su potencia, vaporizando instantáneamente el tejido del ojo.
Un parpadeo no es suficiente para proteger al ojo ya que el tiempo para destruir el tejido es
muy pequeño.

Actualmente los apuntadores láser están muy de moda, pero es necesario considerar que
si estos son enfocados cuidadosamente se puede obtener una potencia de salida de 5 o 6
mW lo cual es suficiente para quemar un pedazo de cinta eléctrica negra con vestigios de
humo.

Los láseres de los reproductores de CD, los diodos láser visibles, los láseres pequeños
de He-Ne están catalogados como dispositivos de Clase II o Clase IIIa. Los láseres de Clase
II presentan un riesgo bajo aún si se toman medidas mínimas de precaución. Los láseres de
Clase IIIa se deben de tomarse con más responsabilidad y cuidado ya que estos presentan
un haz bien colimado el cual puede producir fuertes daños en la visión. A esta clase
pertenecen los apuntadores láser y los láseres de He-Ne.

Los láseres graduados con una categoría de Clase IIIb o mayor presentan peligros
adicionales como daño instantáneo a la visión; y con la Clase IV existe la posibilidad de
producir quemaduras en la piel y sobre otros objetos. Los láseres más pequeños de CO2
están dentro de esta clasificación.

Actualmente los diodos láser de alta potencia se han vuelto más accesibles y es posible
encontrarlos a precios razonables. Es muy común el suponer que debido a su tamaño tan
pequeño este no presenta riesgos. Esto es algo equivocado. Un diodo láser de 100 mW
alimentado con baterías tiene la potencia suficiente de perforar la retina de forma tan fácil
como un láser de argón de 100 mW el cual es alimentado con fuentes de voltaje grandes.

Capítulo 2. Características generales de los láseres.
27

La mayor parte de los diodos láser trabajan dentro de la región IR e invisible, y debido a
esto son más peligrosos ya que la respuesta de aversión del ojo no funciona con estos
dispositivos, por lo que uno no se percata que la visión está siendo destruida hasta que se
hace presente el daño.

Los láseres de gas presentan riesgos adicionales al de los daños en la visión. Este tipo
de láseres requieren generalmente altos voltajes o fuentes de alimentación conectadas a la
línea eléctrica por lo que existe un riesgo de choque eléctrico al tocar por accidente los
cables no aislados.

Capítulo 3

Diodos láser.

Capítulo 3. Diodos láser.

3.1 Introducción

Los diodos láser son un tipo especial de láseres. Difieren de las fuentes láser
convencionales en dos cosas. [21]

1) Para los láseres clásicos los átomos activos que participan en el proceso láser
(átomos, moléculas o iones) son independientes de otros iguales y solo los que tienen el
mismo nivel de energía se pueden utilizar para el proceso láser.

2) En el caso de los láseres de semiconductores sucede algo completamente diferente.
Aquí un nivel de energía definido sólo puede ser ocupado por dos partículas activas
(electrones, Principio de Pauli). En el caso de los semiconductores las funciones de onda de
los átomos individuales se traslapan para formar una banda común de energía, y el grado de
ocupación del nivel producido sigue los principios de la estadística de Fermi Dirac. Cuando
se considera el proceso láser es necesario tomar en consideración las transiciones entre las
dos distribuciones de poblaciones de las dos bandas de energía en vez de dos niveles de
energía.

Los diodos láser no presentan alguna longitud de onda en la emisión inherente a su
naturaleza. Esto se debe a que no existen dos niveles discretos de energía que son los
responsables del proceso láser, como sucede en los láseres convencionales, sino que el
proceso láser se debe a la distribución de electrones en las bandas de energía.

Una diferencia que presentan los diodos láser con respecto a los láseres convencionales
es la propagación de la luz láser dentro de la región PN. La distribución espacial de la
intensidad del haz láser está definida en mayor proporción por el medio láser y no por el
resonador, como sucede en los láseres convencionales.

Los diodos láser están formados por diversos materiales semiconductores, el más
utilizado es el material de Arsenurio de Galio y es posible encontrar otras combinaciones de
este material para producir luz coherente en un empaquetado pequeño.

Capítulo 3. Diodos láser.

Como ya se mencionó anteriormente la diferencia de energía entre la banda de valencia
y la banda de conducción es lo que produce el mecanismo de acción para la luz láser. El
elemento activo es un dispositivo de estado sólido no muy diferente a un LED.

Dentro de los diodos láser existen diversas configuraciones del material N y P. Existen
diodos láser de homo estructura los cuales constan de una sola unión PN. En la figura 3.1 se
muestra la imagen de un diodo de homo estructura.

Figura 3.1. Diodo láser de homo estructura. [21]

Actualmente los diodos láser fabricados no presentan una sola unión PN sino varias
uniones de material PN (figura 3.2). Esto permite que entre los materiales PN se genere una
barrera de potencial mayor comparada con los diodos de homo estructura, incrementando
de esta forma la acumulación de cargasen esta barrera para la producción de una región de
inversión que disminuirá la corriente de umbral para la operación del diodo láser (figura
3.3).

Figura 3.2. Diodo láser de hetero estructura. [21]
Capítulo 3. Diodos láser.

Figura 3.3. Diagrama de las bandas de energía para una unión PN de doble hetero estructura. [21]

Figura 3.4. Construcción de un diodo láser de hetero estructura. [21]

Los diodos láser difieren de los demás tipos de láseres en las dimensiones del resonador
y en las características de la propagación del haz. Para un diodo láser el material activo
representa al mismo tiempo el resonador. De forma muy general los diodos láser presentan
sus espejos en las caras laterales del material semiconductor los cuales delimitan de esta
forma la cavidad de resonancia (figura 3.4).

Comparando las características de un diodo láser y de un láser de He-Ne se tiene que
para un diodo láser la razón de la longitud del resonador con respecto a la longitud de onda
es igual a:

300 366
820
L m
nm
µ
λ
= = (3.1)
Capítulo 3. Diodos láser.

Donde: L = longitud del resonador [m].
λ = longitud de onda del láser [m].

Para un láser de He-Ne tenemos que:

320 316 10
632
L cm x
nmλ
= = (3.2)

Donde: L = longitud del resonador [m].
λ = longitud de onda del láser [m].

De los valores antes mostrados es posible observar que las características del haz de luz
láser variarán significativamente entre un láser de He-Ne y un diodo láser.

Dentro de la gama de diodos láser se cuenta con los diodos láser entonables, los cuales
presentan una cavidad de resonancia externa que permite modificar un poco la longitud de
onda del haz. De igual forma existen diodos láseres pulsados los cuales requieren una alta
corriente para alcanzar su nivel de disparo y proveer a su salida una potencia en vatios (W),
pero esto solo será por un corto tiempo (microsegundos o menos). La potencia promedio
alcanzará apenas unos cuantos milivatios (mW). Este tipo de diodos no son muy comunes
actualmente.

La alimentación del diodo láser deberá será proporcionada por una fuente de DC
controlada por corriente o por un controlador, el cual proporcionará una modulación a muy
altas frecuencias para el uso en fibras ópticas o para la comunicación en el espacio libre. En
comparación con los LED, los diodos láser requieren de muchos cuidados en el uso de la
electrónica asociada (controladores) ya que su deficiente manejo hará que el diodo láser se
destruya. [19]

Capítulo 3. Diodos láser.

Un parámetro al que es sensible el diodo laser y el cual podría producir su destrucción
es la corriente, esta no debe de ser excedida ni por un tiempo de 1 µs. Esta sensibilidad a la
corriente dependerá a su vez de las características particulares del dispositivo así como de
la temperatura de la unión. En general esta sensibilidad a la corriente se debe a la gran
cantidad de retroalimentación positiva que está presente cuando el diodo láser esta
operando. Cualquier variación en la corriente hace que exista una mayor concentración de
energía electromagnética en el haz luminoso, pudiendo dañar las caras laterales del
dispositivo semiconductor de forma instantánea. Debido a esto, es necesario introducir
lazos cerrados de retroalimentación óptica, los cuales sirven para estabilizar la potencia del
haz láser cuando existan variaciones debidas a la temperatura o a otras causas. [20]

Algunas ventajas que presentan los diodos láser es que son compactos (su elemento
activo es del tamaño de un grano de arena), consumen baja potencia y voltaje, presentan
una eficiencia mayor que otros láseres, son robustos y presentan un tiempo de vida alto si
son usados adecuadamente. Con respecto a sus desventajas tenemos los requisitos críticos
en su controlador así como su desempeño óptico, el cual no se puede igualar con otro tipo
de láseres. Los diodos láser presentan una coherencia y un nivel de monocromaticidad
inferior a otros láseres. Esto se debe al tamaño de su cavidad de resonancia (una fracción de
mm formada por la unión de semiconductores del grupo III y IV). Debido a esto los diodos
láser no se recomiendan para aplicaciones en holografía e interferometría.

3.2 Diferencias entre los LED's y los diodos láser [21]

Es posible pensar en un LED como un láser sin una cavidad de retroalimentación. Los
LED's emiten fotones a partir de la recombinación de electrones, presentando un espectro
ancho.

Cuando se agrega una cavidad de resonancia con una Q alta, la retroalimentación puede
ser lo suficientemente alta como para activar la acción láser. La mayoría de los diodos láser
tienen la cavidad de resonancia construida dentro del dispositivo, pero existen diodos láser
con la cavidad de resonancia externa.
Capítulo 3. Diodos láser.

La adición de una cavidad de resonancia con alta Q modifica drásticamente el número
de modos de operación. En un LED no es posible hablar de modos de operación.

3.3 Comparación de diferentes tipos de láseres [19]

Es necesario aclarar que un diodo láser es un láser verdadero y no un LED mejorado.

En la industria es más difícil hacer un diodo láser con una línea de emisión angosta que
un láser de gas o algún otro tipo de láser de cristal. En general el agregar una cavidad de
resonancia de mayor longitud a un láser, contribuirá a estrechar la línea de emisión. Es
posible utilizar una cavidad externa de resonancia con muy alta Q para que de esta forma
sea posible incrementar la coherencia de un diodo láser.

En un láser de gas la línea de fluorescencia es angosta lo que genera una ganancia
espectral limitada. Los diodos láser tienen mayor ancho en su fluorescencia espectral.

3.4 Seguridad en el uso de diodos láser [22]

En general todos los láseres presentan un riesgo para la visión, especialmente cuando la
salida del dispositivo está colimada y/o es invisible. De igual forma existe un riesgo cuando
en su salida existe una potencia mayor a los 3 o 5 mW. [Clase II y IIIa]

Los diodos láser de los reproductores de CD presentan una longitud de onda de 780 nm
(IR cercano) y una potencia de salida menor o igual a 1 mW. Esta potencia de salida se
debe al uso de la óptica asociada que hace que el haz diverja. Si se logra quitar esta óptica
la salida será de 5 mW colimada. Esta potencia de salida tiene la capacidad de perforar la
retina generando daños en esta sin que uno se percate. [Clase IIIa]

Capítulo 3. Diodos láser.

Los diodos láser que funcionan en la región visible y los apuntadores láser presentan a
su salida una potencia de 1 a 5 mW en diversas frecuencias (635 a los 670 nm). Cuando
estos rayos se encuentran colimados tienen la capacidad de perforar la retina. [Clase II y
IIIa]

Actualmente hay que extremar precauciones con los apuntadores láser de color verde ya
que estos tienen como base diodos láser IR de potencia y aunque no sea posible percibir
una salida del haz, es posible que se esté produciendo una salida IR la cual no es visible por
el ojo humano. [Clase IIIb]

En el caso de los dispositivos quemadores de CD's estos utilizan diodos láser que
producen potencias en múltiplos de 10 mW. Una unidad de escritura de CD's, en el
momento de estar leyendo, presentará una potencia de entre 3 y 5 mW. En el momento de
escribir, esta unidad tendrá una potencia a la salida de 25 a 30 mW. Este tipo de láseres aún
si no están colimados presentan un riesgo para la visión. [Clase IIIb]

Actualmente los diodos láser IR, para aplicaciones de potencia, se han vuelto de uso
común sobre todo con el uso actual de diodos de estado sólido bombeados. Estos presentan
un gran riesgo para la visión además de que su haz concentrado puede producir fuego o
quemaduras debido a la potencia a la salida que estos manejan.

Elojo por sus características detectará más intenso un láser con longitud de onda de 635
nm (5 veces más intenso) que un diodo con longitud de onda de 670 nm.

3.5 Diodos láser [17-21]

Los diodos láser más comunes son los usados en los reproductores de CD’s y en las
unidades de CD de las computadores. Este tipo de diodos láser, como ya se mencionó,
producen un haz invisible en la parte del espectro del infrarrojo cercano con una longitud
de onda de 780 nm. La potencia óptica a la salida de un diodo láser puro, esto es sin algún
Capítulo 3. Diodos láser.

tipo de óptica asociada, será de por lo menos 5 mW. Un vez que este haz pasa por la óptica
asociada, el haz golpeará al CD con una potencia dentro de un intervalo de 0.3 a 1 mW.

Los diodos láser visibles han ido remplazando a los láseres de He-Ne en diversas áreas
como en los supermercados, en los apuntadores láser, en los dispositivos posicionadores
usados en medicina (CT y MIR escáner) y en otras aplicaciones. El primer láser producido
dentro de la región visible fue para una longitud de onda de 670 nm. Actualmente ya se
cuenta con diodos láser con longitud de onda de 650 nm y 635 nm.

Los diodos láser con longitud de onda de 635 y 650 nm se utilizan en la tecnología del
DVD. La longitud de onda más corta (de 635 y 650 nm) en comparación con los diodos IR
de 780 nm hacen que en un DVD quepa mayor cantidad de información, aproximadamente
8 veces o más, que en un disco normal. [Clase II]

Al igual que los diodos infrarrojos estos presentan una potencia de salida máxima de 3 a
5 mW. Existen otros tipos de diodos láser de altas potencias pero su costo es de cientos de
dólares por potencias de salida del orden de 20 mW. Para muy altas potencias se utilizan
arreglos de diodos láser o barras de diodos láser, estas producen potencias del orden de
vatios, pero su desventaja es que sus precios alcanzan los miles de dólares.

3.6 Construcción de un diodo láser [21]

La figura 3.5 muestra un módulo láser.

Figura 3.5. Dispositivo de diodo láser. [19]

Capítulo 3. Diodos láser.

Figura 3.6. Composición de un diodo láser. [20]

El tamaño típico del empaque de un diodo láser es de 5 a 10 mm de tamaño (figura 3.5),
mientras que el tamaño del chip semiconductor es menor que 1 mm (figura 3.6). Conforme
el haz principal emerge del diodo láser este presentará una forma de V (cuña) siendo a su
vez altamente divergente y con una apertura típica de 10º x 30º. Es necesaria una óptica
externa para producir haces paralelos (colimados). Una lente convexa (esférica) sirve bien
para este fin. En los módulos láser y en los apuntadores láser se usa una lente la cual, por lo
menos una de sus caras, presenta una superficie sin curvaturas esféricas mientras que por el
otro lado existe una superficie esférica. La longitud focal efectiva de una lente de este tipo
es de 5mm. [17]

Debido a la naturaleza de la unión ésta produce un haz con forma de cuña y una
divergencia no proporcional (10º x 30º), de igual forma se da la presencia de astigmatismo.
La longitud focal efectiva para colimar el haz en X y en Y difiere ligeramente. Es necesario
el uso de una lente cilíndrica o de una lente con una curvatura astigmática para compensar
estas características. Sin embargo la cantidad de astigmatismo es pequeña por lo que en
general es ignorada. En general la forma del haz es elíptica o rectangular, esto puede
corregirse utilizando un par de prismas. [20]

La luz producida por la unión del diodo láser normalmente esta polarizada linealmente.
Capítulo 3. Diodos láser.

El haz de la parte posterior del diodo láser golpea a un fotodiodo el cual es utilizado
como un dispositivo opto-electrónico de lazo cerrado. Éste dispositivo tendrá la función de
regular la corriente y a su vez la potencia del haz. El fotodiodo se monta con un ángulo tal
que evita la aparición de reflexiones que interfieran con la operación del diodo láser.

3.7 Diodos de alta potencia en el espectro visible

Actualmente es posible encontrar diodos láser con potencias ópticas de salida en el
orden de vatios. Este tipo de dispositivos tienen un precio alto, pero comparando el costo de
este sistema completo con un sistema láser de He-Ne de 25 mW, su costo será mucho
menor. Como ya se mencionó con anterioridad este tipo de diodos láseres es muy sensible
en su manejo, por lo que un control incorrecto de sus parámetros podrá destruirlo. De igual
forma la calidad del haz no logra alcanzar a las características del sistema de He-Ne más
barato.

Los diodos láser de alta potencia en el espectro visible presentan un funcionamiento
multimodo, un haz no circular y astigmatismo. El hecho de que sean multimodo significa
que no pueden ser utilizados en aplicaciones de holografía e interferometría. [21]

3.8 Diodos láser de alta potencia

Este tipo de dispositivos van desde algunos vatios hasta los cientos de vatios. Estos
láseres trabajan generalmente en el área IR cercana, comúnmente 808 nm. Con el
advenimiento de los diodos láseres bombeados, las potencias de salida han logrado alcanzar
salidas por arriba de los 1,000 vatios. [19-21]

Una forma de obtener estas altas potencias es con la implementación de diodos láser en
barras. Este tipo de barras están hechas con un chip de tamaño de 10 mm, con unos 16 a 24
emisores láseres de 150 micras de ancho y con potencias de emisión arriba de los 2 vatios
por emisor.
Capítulo 3. Diodos láser.

Es muy importante tener en mente que el poseer el diodo láser es sólo una pequeña
parte del problema. Uno de los puntos más importantes a resolver es el control del diodo
láser dentro de sus especificaciones máximas de potencia, esto es, evitar que se sobrepase la
corriente máxima permitida, así como la implementación de un adecuado enfriamiento.

3.9 Diodos láser pulsados de alta potencia [19-21]

La mayor parte de los diodos pulsados trabajan dentro del espectro IR. En las hojas de
datos es posible encontrar especificaciones de potencia de salida de 9 o 14 W. Estas
potencias son pico. Las potencias promedio son de unos cuantos mW teniendo un ciclo útil
de 0.1% o menos con respecto al ciclo completo. Estos dispositivos utilizan longitudes de
onda típicas de entre los 850 y los 910 nm, aunque existen otras longitudes de onda
disponibles.

Este tipo de diodos láser vienen en empaques de plástico, pareciéndose mucho a los
LED's. Debido a esto, no es posible enfriarlos de forma adecuada por lo que la disipación
de potencia se convierte en un factor limitante en su operación.

3.10 Diodos láser de emisión por la cavidad superficial vertical
(Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes -VCSEL) [21]

En algunos diodos láser el haz producido se emite a partir de una de las caras del
semiconductor. Este tipo de semiconductores es conocido como diodo láser Fabry-Perot
debido a que su cavidad funciona de forma similar que la de un láser convencional de gas o
de estado sólido. Los diodos láser tienen construida su cavidad de resonancia dentro del
material semiconductor. Los espejos pueden ser ambos lados del chip, uno, o en su caso
ambos lados son antirreflejantes y de forma externa se anexan espejos.

Los diodos VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser Diodes) emiten su haz a
través de la superficie de la cara superior del material semiconductor. La cavidad está
formada por un ciento o más de capas de espejos y por un láser semiconductor.
Capítulo 3. Diodos láser.

Algunas de las características que presentan estos dispositivos son:

a) Características del haz: La mayor parte de las características de un láser VCSEL
pueden ser controladas, o en su defecto afectadas seleccionando el número y
espesor de las capas de espejos y de otros parámetros del proceso de manufactura.
Los diodos láser operanen modo simple y longitudinal, pero es posible encontrar
algunos que funcionen en múltiples modos transversales.
b) Perfil y forma del haz: De forma general los diodos de baja potencia del tipo de FP
presentan un área de emisión de 1x3 µm mientras que en los diodos VCSEL la
región de emisión puede ser diseñada para producir diferentes formas (aún en forma
de dona o de anillo), esto permite producir un acoplamiento óptico adecuado para
una fibra óptica multimodo. Los diodos láser VCSEL tienen un haz en forma
circular de 5 a 25 µm de diámetro. La divergencia del haz es mucho menor que la
que presentan los diodos con cavidad del tipo FP. Debido a esta forma circular del
haz no es necesario hacer correcciones de asimetría ni de astigmatismo. Solo es
necesaria una lente simple para poder producir una excelente colimación del haz.
c) Baja corriente de disparo y baja corriente de operación: Los diodos láser del tipo de
FP poseen una corriente de disparo promedio de 30 mA mientras que los diodos
láser VCSEL poseen corrientes de disparo de 1 o 2 mA. Esto trae consecuencias
positivas como bajos requisitos de potencia eléctrica, es posible alcanzar
velocidades más altas de transferencia de datos, más velocidad de modulación, más
simplicidad en la circuitería del controlador, menores emisiones radiadas. Para los
diodos VCSEL es suficiente un control por corriente prescindiendo de la
retroalimentación óptica que utiliza un fotodiodo, la cual en los diodos láser del
tipo FP tiene la función de prevenir la destrucción del diodo láser por excesos de
corriente.
d) Pequeño tamaño: Mientras que los diodos láser del tipo FP presentan una longitud
de 250 a 500 µm, los diodos VCSEL solo se limitan en tamaño por los contactos
eléctricos. Estos dispositivos presentan un tamaño promedio de 100 µm pero este
puede ser reducido hasta 50 µm o menos.
Capítulo 3. Diodos láser.

e) Menores costos de manufactura: Durante la construcción de este tipo de dispositivos
en posible hacer pruebas de umbral, de funcionamiento, forma del haz, calidad y
estabilidad sin tener que separar los dispositivos de la oblea de semiconductor en
donde se encuentran cientos de estos. En los diodos del tipo FP es necesario separa
los diversos dispositivos de una oblea para que sean probados, lo que impide hacer
modificaciones al dispositivo.
f) Montaje y empaquetado simplificado: Los diodos VCSEL pueden utilizar
empaquetados de plástico que no sean costosos, o combinarse con diversos
componentes ópticos que en general tiendan a reducir costos.

Las longitudes de onda disponibles para este tipo de diodos son de 780, 850 y 980 nm.
Existen en el mercado diodos láser con longitudes de onda por arriba de los 1300 nm.

3.11 Características del haz de un diodo láser [20, 21]

A diferencia de los láseres de He-Ne y de otro tipo de láseres de gas comunes, el haz
puro obtenido a la salida, a partir de uno de los bordes del diodo láser, es altamente
divergente y sufre de dos asimetrías: astigmatismo y el perfil del haz presenta forma
elíptica. Al mismo tiempo el haz está polarizado linealmente de forma inherente. Todo esto
se deriva de la forma de la apertura emisora en uno de los lados del diodo láser, la cual está
alargada en vez de presentar una forma circular.

Los diodos de baja potencia con una ventana emisora en su parte lateral, normalmente
operan en un modo espacial sencillo para ambos ejes, mientras que el mismo tipo de diodo
pero para altas potencias, mayores o iguales que 100 mW, presentan un modo espacial
múltiple en el eje horizontal y un modo sencillo en el eje vertical. Para un diodo que trabaja
en modo sencillo en ambos ejes es posible, con un poco de trabajo, enfocarlo con un límite
de difracción. Esto es imposible de hacer para un diodo que presenta un modo espacial
múltiple.

Capítulo 3. Diodos láser.

La apertura emisiva lateral de un diodo láser, de forma típica, presenta dimensiones de
1 µm x 3 µm. Sin embargo para diodos de alta potencia las dimensiones podrán ser del
orden de 10 µm o aún de 100 µm o más.

El ángulo de divergencia,θ, está dado por la siguiente expresión:

2
720
d
λθ
π
= (3.3)
Donde: θ = ángulo de divergencia.
λ = Longitud de onda del láser.
d = diámetro del haz láser.
π = constante.

Para un diodo láser con una apertura emisiva de 1 µm x 3 µm el ángulo de divergencia
será de 48 x 16 grados. Para un diodo láser con una apertura emisiva de 1 µm x 10 µm, el
ángulo de divergencia será de 48 x 4.89 grados, mientras que para un diodo láser con
apertura emisiva de 1 µm y 100 µm el ángulo de divergencia será de 48 x 0.48 grados. Un
láser de He-Ne tiene un ángulo de divergencia de 0.05 grados para un haz con diámetro de
1 mm.

La asimetría en dimensiones que existe, tanto en el eje X como el eje Y, hacen que el
haz del diodo láser presente un perfil elíptico. Este perfil a veces se describe con la forma
de una cuña. Es posible observar que con este tipo de láseres de diodos se obtiene no un
punto sino una línea recta o un rectángulo.

El astigmatismo leve del diodo láser resulta de la divergencia desigual. Es posible
observar que un diodo láser con potencia de 5 mW, presentará un astigmatismo de 40 µm,
el cual será un valor típico.

Capítulo 3. Diodos láser.

3.12 Coherencia espacial de los diodos láser [16, 17]

Los diodos láser normalmente presentan una cavidad interna del tipo Fabry-Perot.
Estos a su vez presentan una coherencia espacial del orden de milímetros. Los láseres
grandes presentan una coherencia espacial comparable a la longitud física de la cavidad de
resonancia. Los diodos láser tienen un tamaño de fracción de milímetro en uno de sus
lados. Debido a esto se espera obtener una coherencia espacial baja.

Debido a su estabilidad en el tiempo, la cual no es muy grande, es posible obtener una
coherencia espacial de 20 cm o más, valores que son usuales. Este tipo de coherencia es
similar a la coherencia obtenida para un láser de He-Ne.

3.13 Coherencia temporal en los diodos láser [16,17]

La coherencia temporal en los diodos láser depende de la fuente de alimentación
utilizada y de la retroalimentación óptica del diodo láser. Con un diodo de un modo
longitudinal simple, sin retroalimentación óptica, y una corriente de ruido menor a 1 µA
RMS en un ancho de banda de ruido de 1 MHz, es posible obtener anchos de línea de 10
MHz para una coherencia temporal del orden de nanosegundos. Con la existencia de una
retroalimentación óptica, el ancho de línea se puede disminuir drásticamente a pocos
Hercios o dispararlo a varios THz (Tera hercios), dependiendo de la intensidad y del tiempo
de retraso entre la luz emanada del diodo y de la que regresa al mismo.

Capítulo 4

Desarrollo del sistema con diodos láser.

Capítulo 4. Desarrollo del sistema con diodos láser.
45
4.1 Introducción

Como ya se mencionó en el capítulo 3, un diodo láser es un dispositivo semiconductor
muy sensible a las variaciones de corriente. Exceder el nivel máximo permitido aunque sea
por un microsegundo dañará permanentemente el dispositivo. Debido a esto se debe de
tener mucho cuidado en el diseño del controlador del diodo láser, por lo que hay que tener
en consideración algunas características como son: [23]

a) Restricción absoluta de la corriente: Esto incluye inmunidad a los transitorios en la
línea de alimentación así como aquellos que ocurran al encender y apagar la
alimentación de un diodo láser cuando éste funciona en ciclos. Los parámetros de
diversos componentes electrónicos, como es el caso de los circuitos integrados, rara
vez especifican los cambios en la alimentación en ciertos periodos de tiempo. No se
recomienda el uso de amplificadores