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Divisor

Consejo Nacional para el Entendimiento Público de la Ciencia.

Notas sobre los detalles para la construcción de láseres de n2 para fines didácticos


Vicente Torres Zúñiga + ; Mayo Villlagrán-Múniz +

INTRODUCCIÓN:

Este trabajo presenta una serie de respuestas a las preguntas y dudas más frecuentes que surgen al construir un láser de Nitrógeno para fines didácticos, cuyos principios de construcción y operación aparecen en el articulo: "Láseres de N2 para fines didácticos", M. Villagrán M., M. Argote C. y C. Dominguez-Tagle. Rev. Mex. de Física Vol. 40, No.6, pag. 935-945, (1994). Esta es una primera versión de los detalles de la construcción, si no tiene éxito en lograr la emisión láser, por favor comuníquese con nosotros.

Las recomendaciones para la construcción de estos láseres de N2 se basan en los puntos más críticos, primero detallamos las partes básicas del láser, que son: la cámara, los capacitores, el disparador (o spark-gap), la fuente de alto voltaje; ellos formarán, junto con la base, el cuerpo del láser. Segundo, damos una recomendación para visualizar el haz láser ultravioleta.


No obstante que las recomendaciones que se presentan son las más comunes dadas a todo aquel que se ha acercado a nosotros para construir un láser de N2, el diseño y los materiales utilizados pueden ser diversos y quedan solo restringidos a la imaginación y posibilidades del constructor.


CUERPO DEL LASER:

Mostramos en la fig.1 un arreglo de como se ponen las piezas en conjunto, nótese que aunque formen sistemas independientes trabajan como un todo.

Nosotros hemos montado el láser sobre acrílico, pero puede hacerse sobre una madera o cualquier material aislante.


CÁMARA:

La cámara debe cubrir los siguientes puntos:

  • Uno de sus electrodos debe ser móvil horizontalmente (bajo cualquier condición).
  • La distribución del gas en la cámara debe ser uniforme.
  • La cámara deberá fijarse a los capacitores.

El material de la cámara puede ser cualquier dieléctrico, no se recomienda que se utilicen materiales trasparentes, pues a causa del resplandor de las descargas, no se aprecian bien los puntos de ruptura, dificultando la alineación de los electrodos. Nosotros usamos acrílico no transparente.

Presentamos el diseño de una cámara que permite una libre manipulación de los electrodos, además de ser desmontable del cuerpo del láser (permitiendo cambiar el tamaño de la cámara), ver fig. 2.

En la parte superior de la cámara está el orificio de entrada del gas, en la parte inferior, se encuentran los orificios de salida de gas, los cuales deben de ser más grandes en los extremos que los del centro, para permitir una distribución uniforme del gas entre los electrodos. A los lados están las dos paredes paralelas, entre ellas los electrodos tienen un soporte, una de las paredes tendrán atravesados unos tornillos de cuerda fina, formando el sistema mostrado en la fig. 3. El electrodo móvil se pega a una barra de acrílico, a la cual previamente se le ha hecho una canaleta por la que puede pasar el tornillo con un poco de soldadura en la punta, para dejarlo fijo se le pega una placa de metal. Así el tornillo esta fijo pero se puede mover su cuerda, permitiendo la alineación del electrodo.

Los electrodos pueden ser de cualquier tubo conductor, pero, deben ser del mismo tamaño, no deben presentar imperfecciones en su parte externa, para ello se deben de pulir con mucho cuidado con papel de lija. En el caso de que hayan imperfecciones (puntas, abolladuras, etc.) todas las descargas se producirán en ese punto, impidiendo una descarga uniforme, necesaria para la acción láser. Es importante que los electrodos estén alineados (la fig. 3 es una sugerencia para esto) y los extremos no deben tener rebabas, si no se pueden evitar, conviene barnizar con algún aislante, 5mm hacia adentro, ver fig. 4.


CAPACITORES:

La forma más sencilla de construirlos es utilizando papel de aluminio (el que se utiliza para envolver alimentos) pegado sobre una mica (se puede usar acetatos) que será el dieléctrico, esta mica mientras menos deformable sea, será mejor. Primero, hay que cortar todas las piezas (mica y los tres pedazos de papel aluminio) con una guillotina de papelería o una tijera bien afilada

A la mica se le limpiara con alcohol y algodón, después con un plumón se pintara el contorno del capacitor puente, a lo largo del interior del contorno su pondrán tiras uniformes, juntas, de cinta "doble cara"; después se colocara el papel de aluminio, dando como resultado una superficie totalmente plana, como un espejo ver fig. 5. De no ser así se producirán bolsas de aire, perdidas de corriente, que se detectan por su ruido (efecto corona) y que generalmente conduce a que se rompa el capacitor en ese punto. En la parte superior de la mica, se deben de pegar los otros dos pedazos de papel aluminio (capacitor con laminita) como se indicó anteriormente y en los extremos centrales, se debe de formar una pestaña de 5 mm, que formará la base para colocar los electrodos de la cámara.

La separación entre capacitor y capacitor puede ser de 5mm aproximadamente.


DISPARADOR:

La forma más sencilla de construirlo es utilizando un tubo cerrado de plástico (como los tubos de película fotográfica), se le hacen perforaciones en los extremos y se les inserta dos tornillos, los cuales se fijaran con tuercas; se le puede hacer otras dos perforaciones, las cuales respectivamente servirán para la entrada y la salida de N2, el cual hará más eficiente la descarga entre estos dos tornillos, ver fig. 6.

De acuerdo a la tensión de carga, se debe de buscar la separación entre los dos tornillos para que se produzca la descarga, fluir N2 ayuda estabilizarla y a que las puntas de los tornillos no se ensucien. Detalles de disparadores más elaborados, se pueden encontrar en: "High voltage pulse generators and spark-gaps for the control of gaseosous discharges", A. Huerta, L. Villegas, E. Bautista y M. Villagrán. Rev. Mex. de Fis., vol. 41, No. 3, pag. 408-418, (1995).


FUENTE DE ALTO VOLTAJE:

Cualquier fuente de alto voltaje rectificada es adecuada para el circuito Blumlein, se puede intentar la construcción de la que está en el trabajo (utiliza un triplicador de tensión de TV), o con una bobina de auto (fue nuestro primer prototipo), o con los transformadores de alta tensión (15 – 17 kV) que se usan en los letreros luminosos (anuncios de Neón), lo importante es cargar los capacitores a alta tensión y descargarlos rápidamente con el disparador. Si no se encuentran los elementos de la fuente especificados en el artículo, no importa, intente con cualquier otro. Es importante tener en cuenta que la fuente y el circuito Blumlein son independientes, es decir, uno puede ir avanzando en paralelo con estas dos partes.


DETECCIÓN DEL RAYO:

De las muchas sustancias y sistemas que se pueden utilizar, mencionamos las más fáciles de adquirir: papel fluorescente, papel de baño remojado en una solución de detergente hecho con fosfato (casi todos los detergentes fabricados en México sirven), o simplemente un papel blanco. Para visualizar mejor el haz, conviene manchar el papel con marcadores fluorescentes y el haz en ese caso se verá blanco, sobre el papel, se verá la fluorescencia del mismo que es azulada. Es importante no mirar el haz de frente, ya que la radiación UV daña las células superficiales de la córnea.


NOTA FINAL

Aunque el láser es muy simple de fabricar, utilizar y reparar, no es tan simple como para aventurarse sin hacer un plan previo de todas los materiales que se necesitan para su fabricación y se deberá consultar a un especialista para ciertos puntos que desconozcan (manejo de alta tensión y alta intensidad UV).

Hay que tener cuidado con los capacitores que aunque la fuente este apagada, éstos quedan cargados y es muy frecuente que uno trate de cambiar algo apresuradamente obteniendo como consecuencia “un toque”, que si bien no es mortal, hay que evitarlo, para ello, apague la fuente, espere un par de minutos y cortocicuite los capacitores antes de tocar nada.

Estos láseres han sido reproducidos en al menos veinte instituciones de nivel medio y medio superior por estudiantes sin experiencia previa. Si tiene los capacitores cargados con la fuente, los electrodos alineados de forma que se produzca una descarga uniforme, seguro que va a obtener la emisión láser. Si no lo logra, no se desanime y comuníquese con nosotros y sus dudas o problemas, serán incluidas en la próxima versión de estas notas.

El siguiente paso que hemos dado, fue la construcción de láseres de colorantes bombeados por éstos láseres de N2: "Láseres de colorantes para fines didácticos", M. Villagrán. Rev. Mex. de Fis., vol. 41, No. 3, pag. 419-430, (1995), en lo que si están interesados, también los podemos ayudar en construirlos.

Buena suerte y recuerden que necesitamos la retroalimentación para seguir avanzando en este apasionante campo de los láseres.

Gracias

Vicente Torres Zúñiga
Estudiante de nivel medio que en una estancia de un mes en nuestro laboratorio (dentro de Programa Jóvenes hacia la Investigación, de la Universidad nacional Autónoma de México), construyó uno de estos láseres he hizo estas notas. Actualmente está cursando su 3er. Semestre de la Licenciatura en Física en la Facultad de Ciencias de la UNAM y colabora en nuestros proyectos de investigación relacionados con los láseres.
Dr. Mayo Villagrán Muniz
Laboratorio de Optica Aplicada, Centro de Instrumentos UNAM Apdo. Postal 70-186
Ciudad Univresitaria, C.P. 04510 México D.F. MEXICO
Tel: (525) 622-8604 oficina, 622-8614 laboratorio, Fax: (525) 622-8605


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