Detector De Energía De Pulsos Láser Infrarrojo Basado en El Efecto Fotoacústico

Abstract

ResumenSe reporta la respuesta fotoacústica de un sensor piezoeléctrico que fue irradiado con pulsos láser de longitud de onda de 1064 nm y distinta energía emitidos por un láser Nd:YAG. La medida de la energía de los pulsos láser se hizo con un medidor, marca Newport modelo 1936-R con sensor piroeléctrico y las señales fotoacústicas con un osciloscopio Tektronix, modelo DPO3054 de 500 MHz. Experimentalmente se encontró una dependencia lineal entre la intensidad de la señal fotoacústica del sensor piezoeléctrico y la energía del pulso láser. La sensibilidad de la respuesta fotoacústica del sensor fue dependiente de la placa protectora. Para placas de aluminio y aluminio pintado de negro fueron (6.52 ± 0.06)mV /mJ y (51.2 ± 1.5)mV /mJ respectivamente. Se concluyó que este tipo de sensor piezoeléctrico es muy sensible a los cambios de energía de láseres pulsados de 1064 nm, su respuesta es directamente proporcional a la energía incidente, es apropiado para mediciones de energía de láseres pulsados en tiempo real y, no se ve afectado por ruidos acústicos ni condiciones de iluminación del laboratorio.

Fotoacústica Pulsada Aplicada a La Determinación De Umbrales De Ablación Láser en Metales

“…En la figura 4 se muestra el cambio en la amplitud (voltaje pico-pico) de las señales fotoacústicas conforme aumenta la fluencia láser, para la muestra de cobre. Para este análisis se ha reportado que en el régimen termoelástico el incremento de la amplitud fotoacústica es lineal [15] y el umbral de ablación corresponde al valor de la fluencia donde esa linealidad cambia abruptamente [11]. Por lo tanto, de la gráfica podemos observar que el umbral de ablación para la muestra de cobre irradiada con pulsos láser de 1064 nm debe ser próximo a 1.791 J/cm 2 , dado que en esa región se observa que ocurre un cambio en la pendiente de la curva, correspondiente a cambios físicos observados en la superficie de la muestra de cobre.…”

“…La figura 1 muestra el esquema experimental empleado para obtener las señales fotoacústicas de cada una de las muestras metálicas irradiadas con pulsos láser. La placa metálica se adhirió a un sensor piezoeléctrico (previamente caracterizado [15]) y fue irradiada por pulsos de un láser Nd:YAG (Brilliant de la marca Quantel) operando en su emisión fundamental (λ=1064 nm). En el camino de la radiación láser se ubicó una lente (distancia focal de 75 mm) para enfocar el haz incidente sobre una superficie pequeña de la placa y así aumentar la fluencia láser sobre ella.…”

“…Proponemos como segundo método el análisis de correlación estándar de las señales fotoacústicas en función de la fluencia láser, en este análisis se comparan pares de señales en nuestro caso para diferentes fluencias, y como este análisis es sensible a los cambios de forma de las señales fotoacústicas por efecto de cambios físicos en la superficie de la muestra, entonces tendremos información de los cambios en la muestra metálica conforme aumenta la fluencia. El análisis de correlación se ha aplicado al estudio de transiciones de fase [18], estudio de la estabilidad de coloides con nanopartículas obtenidas por ablación láser en medios líquidos [7], entre otros.…”

“…La ablación láser se define como el proceso de remoción de material de la superficie de un sólido inducido por la radiación láser. La técnica de ablación láser tiene aplicaciones en: Limpieza de obras de arte y objetos de valor cultural [3,4], investigación biomédica [5], síntesis de nanopartículas [6,7], espectroscopia de plasma inducido por láser [8], entre otras.…”

“…El presente trabajo es de naturaleza experimental y se usó la técnica fotoacústica pulsada descrita con detalle en la Ref. [15] para obtener las fluencias umbrales (umbrales de ablación) de muestras metálicas de cobre, oro y plata donde se utilizó un láser pulsado Nd:YAG operando en su emisión fundamental (λ=1064nm). Las ventajas de utilizar esta técnica son que la muestra no requiere tratamiento especial, el proceso se monitorea en tiempo real y la sensibilidad es comparable o superior a otras técnicas debido a que las señales fotoacústicas no requieren amplificación y tienen una buena relación señal/ruido.…”