Puntero láser

Antecedentes

El puntero láser es un láser portátil de bajo costo que se puede llevar en la mano. Está diseñado para usarse durante presentaciones para señalar áreas de la diapositiva o imagen que se presenta, reemplazando un palo de madera de mano o un puntero de metal extensible. Es superior a los punteros más antiguos porque se puede usar a varios cientos de pies de distancia en un área oscura y porque produce un punto de luz brillante precisamente donde el usuario lo desea. También se ha popularizado como una herramienta de señalización para todo uso y se ha convertido en un lugar tan común que se han aprobado leyes para restringir su uso.

Historial

Técnicamente, la palabra láser es un acrónimo que significa "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación", pero el término se ha vuelto tan comúnmente utilizado que ya no se escribe con mayúscula. La radiación es la luz que emite el láser; esta luz puede ser visible o invisible para el ojo humano. Técnicamente, solo algunos láseres usan amplificación de luz, pero el nombre láser todavía se usa para un dispositivo que produce radiación monocromática (todo de un solo color o longitud de onda), coherente (las ondas de luz son lo suficientemente similares para moverse en una dirección).

Todos los láseres tienen un medio láser, una fuente de energía y un resonador. El medio láser es un material que puede ser bombeado (energizado) por una fuente de energía (como luz o electricidad) a un estado de energía superior. Después de ser bombeado, el medio láser puede liberar esa energía como radiación monocromática. El resonador es un área que permite que la energía liberada se acumule antes de ser liberada. Un resonador básico es un par de espejos en cada extremo del medio láser. Un espejo es completamente reflectante, de modo que toda la luz que lo golpea se refleja en el medio láser; el otro es parcialmente reflectante, de modo que parte de la luz que incide en él se refleja de nuevo en el medio láser y parte de la luz pasa a través de él para salir del láser. El par de espejos hace que la luz se refleje hacia adelante y hacia atrás a través del medio láser y se alinee en una dirección, lo que produce la coherencia de la luz.

La teoría utilizada para producir láseres fue publicada en 1958 por investigadores de Bell Labs. El primer láser, construido en 1960 en Hughes Aircraft, utilizó una pieza de rubí como medio láser, luz como fuente de energía y espejos para producir un resonador. El láser semiconductor se inventó en 1962. Utilizaba un material semiconductor, similar a los materiales utilizados en transistores y circuitos integrados para un medio láser. También utilizó electricidad de corriente continua (CC), la corriente producida por las baterías, como fuente de energía. Todavía usaba espejos resonadores. Los primeros láseres semiconductores produjeron radiación infrarroja no visible. Los láseres semiconductores actuales también pueden producir luz visible, siendo el rojo el tipo de láser semiconductor menos costoso y el verde, el azul y el violeta son cada vez más costosos. Los láseres semiconductores utilizados en los punteros láser también se conocen como láseres de diodo, porque son un tipo de diodo semiconductor. Un diodo pasa electricidad fácilmente en una dirección; Los diodos emisores de luz y los diodos láser producen luz cuando la electricidad pasa a través de ellos. La electrónica de semiconductores se ha vuelto menos costosa de producir desde finales de la década de 1950. También se han vuelto más pequeños y requieren menos energía. Se volvieron lo suficientemente económicos como para ser utilizados en dispositivos electrónicos de consumo como punteros láser en la década de 1980. Los diodos láser actuales tienen el tamaño de una célula sanguínea. Producen luz que está menos colimada (moviéndose todo en una dirección) que la mayoría de los láseres debido a la brevedad del espacio del resonador. Debido a esto, necesitan algún tipo de óptica externa (lentes) para enfocar la luz en un haz más estrecho. Los diodos láser, como muchos dispositivos semiconductores, son delicados y deben protegerse del medio ambiente y de las subidas de tensión. Los circuitos de control de energía, que generalmente incluyen un fotodiodo (un diodo que produce electricidad cuando la luz lo golpea) para monitorear la salida del diodo láser, evita que el diodo reciba demasiada o muy poca energía. El diodo está protegido del medio ambiente por una caja de plástico que se parece a la mayoría de los otros dispositivos semiconductores que se utilizan en las placas de circuito.

Los primeros punteros láser cuestan cientos de dólares, pero la demanda y los métodos mejorados de fabricación han dado como resultado un precio por debajo de los cinco dólares para los tipos más económicos. También hay varios elementos que incorporan punteros láser, o al menos los componentes, como miras láser para pistolas y proyectores con punteros láser incorporados.

Materias primas

Un diodo láser es menos complicado que muchos tipos de equipos electrónicos de consumo. Consiste en un diodo láser, una placa de circuito, una carcasa, una óptica y una carcasa. Algunos de los componentes eléctricos de la placa de circuito y el diodo láser están hechos de materiales semiconductores, metales y cerámica. Los materiales semiconductores incluyen compuestos (materiales hechos de más de un elemento puro) hechos de aluminio, galio, arsénico, fósforo, indio y elementos similares. Estos compuestos se utilizan en una variedad de productos semiconductores. Los semiconductores también contienen metales como aluminio, oro y tantalio.

La placa de circuito generalmente está hecha de una resina (plástico) como epoxi con fibras de vidrio para fortalecerla. La electricidad se conduce a los diversos componentes de la placa de circuito con líneas de metal como aluminio y cobre. Los componentes individuales colocados en la placa de circuito incluyen diodos, diodos láser, condensadores y resistencias. Las partes semiconductoras, como los diodos, están encapsuladas en plástico con cables metálicos que se conectan a almohadillas metálicas en la placa de circuito con soldadura (una aleación de metal tradicionalmente hecha de estaño y plomo, pero que ahora contiene menos plomo y otros metales como sustitutos). Las piezas no semiconductoras, como resistencias y condensadores, están hechas de una variedad de metales, plásticos y cerámicas (incluido el vidrio).

La óptica de colimación puede ser de vidrio, pero en la mayoría de los punteros láser se utilizan plásticos acrílicos menos costosos. El estuche puede estar hecho de cualquier material, como metal, plástico o incluso madera. Contiene contactos de metal (generalmente latón) para las baterías.

Diseño

El diseño del puntero láser depende de los requisitos eléctricos del diodo láser, la vida útil deseada de la fuente de alimentación y el impulso para producir productos de consumo más pequeños. Los punteros láser más pequeños miden menos de dos pulgadas de largo, pero algunos punteros láser están diseñados para parecerse a bolígrafos. Los punteros láser más largos pueden contener pilas AAA o AA, que proporcionan una fuente de alimentación más duradera que las pilas de reloj utilizadas en los punteros láser más cortos. La mayoría de los punteros láser utilizan dos o tres pilas.

El
proceso de fabricación

El puntero láser rojo es el puntero láser más común. Otros punteros láser utilizan diferentes conjuntos de diodos láser, pero se producen de manera similar, por lo que en este artículo se utilizan el proceso y el diagrama de fabricación del puntero láser rojo.

El diodo láser

• 1 El diodo láser se produce en una fábrica de semiconductores (una fábrica donde los materiales semiconductores se producen en condiciones muy limpias y cuidadosamente controladas). El sustrato es el material base sobre el que se depositarán otros materiales. Se produce, limpia y prepara una oblea del sustrato. Luego pasa por varios pasos donde se depositan capas de material sobre él. Algunas de estas capas tienen solo varios átomos de espesor. Estas capas pueden ser conductoras (metales como aluminio y oro) o semiconductores (como se describió anteriormente). Estas capas también pueden alterarse por la exposición a otras sustancias químicas. Después de agregar todos los materiales a la oblea, 1. Cap. 2. Anillo amortiguador eléctricamente aislante. 3. Baterías. 4. Barril de metal. 5. Resorte de metal. 6. Botón. 7. Cambiar. 8. Placa de resorte. 9. Agujero láser. 10. Barril de metal. 11. Cuerpo de la lente. 12. Módulo láser. 14. Marco de ubicación. 15. Placa eléctricamente aislante. se corta en cubitos (generalmente en secciones rectangulares) en diodos individuales. Los diodos se prueban en la oblea o después de la separación, y los que no funcionan se desechan (se tiran). Luego, los diodos láser en funcionamiento se empaquetan en un recipiente de plástico con cables metálicos para la conexión eléctrica.

La placa de circuito

• 2 La placa de circuito contiene los circuitos que hacen que funcione el puntero láser. Contiene el interruptor, el diodo láser y los componentes del circuito de control, normalmente un fotodiodo, diodos, resistencias y condensadores. Estas piezas se colocan en la placa de circuito, a veces con un adhesivo, y luego se sueldan en su lugar. La soldadura es un proceso en el que dos objetos metálicos se colocan en contacto y la soldadura se derrite a su alrededor de modo que cuando se enfría, los rodea a ambos y los mantiene unidos. Se utiliza soldadura en lugar de pegamento porque se adhiere al metal y porque conduce el calor y la electricidad.

La óptica de colimación

• 3 La óptica de colimación de un puntero láser consta de una única lente que enfoca el cono de luz que sale del diodo láser en un rayo más estrecho que produce un punto más estrecho en una distancia más larga. Las lentes de plástico se moldean por inyección, un proceso en el que el plástico fundido se introduce en un molde. El plástico se enfría y solidifica, luego se separa el molde y se quita la lente. Se muele y se pule hasta obtener una superficie lisa para que la luz del diodo láser no rebote en las imperfecciones de la superficie.

El conjunto del diodo láser

• 4 El diodo láser y la óptica de colimación se unen con un soporte de plástico para formar el conjunto del diodo láser. La mayoría de los conjuntos de diodos láser tienen un resorte metálico en la parte posterior. Este resorte hace contacto con las baterías en el diodo láser y es parte del circuito que extrae electricidad de las baterías.

Construcción de la caja y
montaje final

• 5 La caja es un tubo con espacio para el ensamblaje del diodo láser y las baterías. El conjunto del diodo láser se empuja o se atornilla en un extremo de la carcasa. El interior de la caja está hecho de latón o tiene una tira de latón (pegada o remachada) que recorre el espacio de la batería. La pieza del extremo del espacio de la batería también tiene un área de latón expuesta o está hecha de latón. Cuando esta pieza final se empuja o se atornilla en la caja, hace contacto con el otro lado de las baterías para completar el circuito eléctrico que permite que la electricidad fluya desde las baterías al conjunto del diodo láser.
• 6 La caja también tiene un botón de interruptor (una pieza de plástico que se pega a través de un orificio en el costado de la caja) que debe presionarse y sostenerse para que funcione el puntero láser. Cuando se presiona este botón, el interruptor en la placa de circuito se cierra, la electricidad fluye de las baterías al conjunto del puntero láser y el puntero láser produce un rayo de luz.
• 7 Después de ensamblar y probar el puntero láser, se agrega una etiqueta de seguridad. Esta etiqueta describe la clasificación del láser en términos de potencia de salida, indica qué regulaciones rigen su uso y advierte al usuario que evite la exposición directa de los ojos.

Control de calidad

Un fabricante de semiconductores utiliza procesos altamente controlados que se han desarrollado en laboratorios y luego se han transferido a las instalaciones de fabricación. Los diodos láser se prueban para asegurarse de que también funcionen después de la fabricación. Todos los demás componentes también se prueban para asegurarse de que funcionan. La mayoría de las instalaciones de fabricación probarán aleatoriamente sus productos y utilizarán métodos de control estadístico para proporcionar productos de calidad.

Cuando el conjunto de diodo láser o el puntero láser finalmente se ensambla, se alimentará y probará con un dispositivo de detección de luz, como un fotodiodo, para medir su potencia de salida. Los punteros láser son dispositivos láser de Tipo IIIA y deben producir 5 mW (milivatios, una milésima de vatio) de potencia o menos para el mercado de los Estados Unidos. Los punteros láser para el mercado europeo suelen ser dispositivos láser de Clase II y deben producir menos de 1 mW. Estas restricciones son por motivos de seguridad.

Subproductos / Residuos

Los punteros láser contienen metales, plásticos y componentes electrónicos. Cada una de esas industrias tiene subproductos de desecho específicos (disolventes, gases halocarbonados, plomo, productos químicos), pero el conjunto del puntero láser no tiene desechos específicos hasta que se desecha el puntero láser. Un puntero láser contiene pequeñas cantidades de materiales peligrosos, como plomo y algunos semiconductores tóxicos. Al igual que otros ensamblajes electrónicos, a largo plazo puede ser más seguro para el medio ambiente reciclar los componentes, aunque esto es costoso y existen pocos programas para reciclar o reutilizar dispositivos electrónicos. Esto puede cambiar en el futuro.

El futuro

Los punteros láser rojos son los menos costosos y los más comunes en la actualidad. Los punteros láser verdes tienen conjuntos de diodos láser más complicados y cuestan cientos de dólares. Los punteros láser azul y violeta estarán disponibles pronto a un precio más alto. Los nuevos tipos de diodos láser bajan de precio a medida que aumentan los volúmenes de producción para mantenerse al día con la demanda y a medida que mejoran los procesos de producción. Las leyes que restringen el uso de punteros láser pueden contrarrestar esta tendencia al provocar una caída en la demanda, ya que los punteros láser están prohibidos en lugares públicos.

Dónde obtener más información

Libros

Gibilisco, Stan. Comprensión de los láseres. Blue Ridge Summit, PA:Tab Books, Inc., 1989.

Otro

Página web CORD. Diciembre de 2001. .

Página web Laser Focus World. Diciembre de 2001. .

Andrés Dawson