Emisi n y absorci n de la luz

ESTUDIO DEL INTERIOR DE LAS
´
MOLECULAS
MEDIANTE MICROSCOP´IA
AFM Y KPM
Trabajo Fin de Grado
Paula Quintanal Gonz´alez
4 de marzo de 2015

1

´Indice
1. Introducci´
on

3

2. Sistema experimental

3

3. Medidas experimentales
3.1. caracterizaci´
on del diodo l´aser . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1. Potencia de salida del diodo l´aser . . . . . . . . . . . .
3.1.2. Longitud de onda ydependencia con la temperatura .

4
4
4
5

4. Medida de la vida media del nivel 4 F3/2

7

2

1.

Introducci´
on

Esta pr´
actica consiste en caracterizar un diodo l´aser de semiconductor,
para lo cual determinaremos la dependencia de la se˜
nal con la temperatura
y con la corriente que circula a trav´es de ´el. Una vez realizado esto, observaremos c´
omo var´ıa la longitud de onda λ con latemperatura poniendo
en nuestro sistema una barra Nd-YAG, que absorve los fotones incidentes
excit´
andose para despu´es desexcitarse emitiendo fluorescencia.

2.

Sistema experimental

El sistema experimental consta de varios m´osulos como se puede ver en
la siguiente figura.

Figura 1: Sistema experimental

Diodo l´
aser. El m´
odulo sobre el que va posicionado el diodo l´aser consta
de un medidor depotencia de salida del diodo, un refrigerador Peltier
para controlar la temperatura y un termistor para medirla.
Colimador. Colima y enfoca el haz l´aser en la barra Nd-YAG que se
encuentra a continuaci´
on. El colimador se basa en una lente con una
longitud focal de 20 mm.
Posionador con una barra de Nd-YAG.
Lente colimadora con longitud focal 60 mm para colimar la fluorescencia generada.Filtro para eliminar la radiaci´on indeseada. Podemos variar el tipo de
filtro entre los disponibles.
Lente de longitud focal 60 mm para enfocar la fluorescencia en el
fotodetector.

3

Fotodiodo. El detector est´a conectado a un amplificador localizado en
el interior del controlador del diodo l´aser.
La unidad de control utilizada nos permite medir la potencia, controlar
la temperatura y lacorriente.

3.

Medidas experimentales

3.1.

caracterizaci´
on del diodo l´
aser

Comenzamos poniendo en funcionamiento el diodo l´aser. En esta primera
parte vamos tener en nuestro sistema experimental del diodo, el colimador
y el fotodetector. Los displays de la unidad de control nos proporcionan las
medidas de la temperatura en o C y de la corriente de inyecc´ıon en mA. Una
vez colocado el colimadorteniendo en cuenta su distancia focal, de 20mm,
incrementamos la corriente del diodo l´aser y observamos la se˜
nal emitida en
la pantalla convertidora.
3.1.1.

Potencia de salida del diodo l´
aser

Conectamos un volt´ımetro a la salida del amplificador del fotodetector
para medir la potencia de salida del diodo l´aser. Vamos variando la intensidad de la se˜
nal para determinar su relaci´on conla potencia de salida. Antes
de tomar los datos, determinamos sin la lente colimadora el valor de la intensidad a la cu´
al se satura el diodo l´aser. A partir de 130mA el diodo se
encuentra saturado, marcando un voltaje de 7,7V .
Representando la potencia del diodo l´aser en funci´on de la corriente de
inyecci´
on observamos una relaci´on lineal a temperatura ambiente.

Figura 2: Voltaje deldiodo l´aser frente a la corriente de inyecci´on

4

3.1.2.

Longitud de onda y dependencia con la temperatura

Para determinar la dependencia de la longitud de onda del diodo l´aser
con la temperatura del diodo vamos autilizar el Nd-YAG, ya que conocemos
sus l´ıneas de absorci´
on.
Cuando la luz del diodo l´
aser atraviesa el Nd-YAG este se excita debido
a la absorci´
on de fotones, pasando delestado 4 I5/2 al 4 F5/2 . Mediante una
transici´
on no radiativa, de este estado pasa al 4 F3/2 . En este momento el NdYAG se encuentra excitado. despu´es de un tiempo de equilibrio se produce la
desexcitaci´
on, pasando por los niveles 4 I13/2 y 4 I11/2 para despu´es decaer de
nuevo al nivel 4 I3/2 . El siguiente diagrama muestra los niveles de energ´ıa para
los iones de Nd en el YAG y las cuatro...