Fundamentos de los láseres
Hoja de materia:
DATOS GENERALES:
| Descripción: | En este curso se presentaran al alumno los fundamentos teóricos y de instrumentación de los láseres de diferentes tipos; sus características y el campo de su aplicación. Es posible realizar algunas prácticas con diferentes tipos de láseres. |
| Seriación y Correlación: | Subsecuentes: Haber cursado la materia de Óptica. |
| Consecuentes: | |
| Objetivo: | Conocer los fundamentos físicos del láser; los principios de funcionamiento de varios tipos de láseres, sus características específicas y sus aplicaciones. |
| Objetivos específicos: | Identificar las leyes de la Física involucradas en los problemas de generación de emisión láser.Construir y desarrollar argumentaciones validas, identificando hipótesis y conclusiones.Describir y explicar fenómenos naturales y procesos tecnológicos en términos de conceptos, teorías y principios físicos.Al finalizar el curso el alumno será capaz de revisar, analizar y aplicar la información para aplicación de diferentes tipos de láseres.En el caso de las prácticas: conocer los métodos para mediciones de los haces de los láseres y familiarizarse con su aplicación. |
| Horas totales del curso: | (90) horas presenciales + (60) horas de autoestudio=150 horas totales |
| Créditos: | 9 créditos |
REVISIONES Y ACTUALIZACIONES:
| Líneas de investigación: | Átomos y Moléculas, Física aplicada, Física del estado solido |
| Autores o Revisores: | Dr. José Juan Ortega Sigala, Dr. Javier Alejandro Berumen Torres Dr. Hugo Tototzintle Huitle Dr. José de Jesús Araiza Ibarra Dr. Jorge Alberto Vargas Tellez |
| Fecha de actualización por academia: | 26/01/2023 |
| Sinopsis de la revisión y/o actualización: | No aplica |
PERFIL DESEABLE DEL DOCENTE:
| Disciplina profesional: | Doctorado en Ciencias |
| Experiencia docente: | Experiencia profesional docente mínima de dos años en trabajo con los láseres |
ÍNDICE TEMÁTICO:
| TEMA: | SUBTEMA |
| Radiación láser y sus propiedades | Información sobre la luz, sus propiedades y las leyes físicas, quedescriben la propagación de la luz en vacío y en medios.La diferencia entre las propiedades de la luz, que sale de un láser (monocromaticidad, dreccionalidad,ángulo de divergencia, coherencia etc.), y las propiedades de la luz producida de otras fuentes tradicionales. |
| Proceso Láser | Información sobre elementos básicos de la estructura de la materia – el átomo – niveles de energía, transferencia de energía al átomo y desde el átomo, absorción, emisión espontánea y estimulada.La diferencia entre la población en equilibrio termodinámico e inversión de población, y sobre este fundamento – la amplificación de la luz dentro del láser.Principio de funcionamiento de láseres de tres niveles y de 4 niveles. |
| El sistema láser | Funciones de los 4 componentes deun láser: medio activo, mecanismo de excitación, retroalimentación y acoplador de salida.Mecanismos de excitación.La cavidad óptica fundamental, frecuencias permitidas en la cavidadláser y modos longitudinales ytransversales de un láser. |
| Ganancia de láser | Dos factores, que están en conflicto en un láser: ganancias en el medio activo y pérdidas en un láser.Forma de línea de fluorescencia y vinculadas con ella anchura de banda de fluorescencia y curva de ganancia láser.Diagrama de niveles de energía en un láser de 4 niveles de punto de vista de ganancia de láser.Láseres CW y láseres pulsados. |
| Diferentes Tipos de Láser y sus Características | Clasificación de varios tipos de láseres: 1. El estado de la materia del medio activo : sólido, líquido, gas, o plasma. 2. El rango espectral de la longitud de onda del láser : espectro visible, espectro Infra- Rojo (IR), etc. 3. El método de excitación (bombeo) del medio activo : bombeo óptico, bombeo eléctrico, etc. 4. Las características de la radiación emitida por el láser.Funcionamiento de un láser de He-Ne, vapor de cobre, oro, He- Cd, iones de Ar+. |
| Otros tipos de láseres | Principio del funcionamiento y lascaracterísticas de láseres de gas molécular – CO2, nitrógeno, excímero.Láseres químicos.Láseres de IR lejano.Láseres de estado sólido – rubí, Nd YAG, alexandrita, zafiro de titanioetc.Láser – diodo.Láseres de colorantes.Láseres de electrones libres.Láseres de Rayos X. |
| Técnicas de medición y de control de propiedades de la luz láser | Distribución espacial de la radiación emitida por el acoplador de salida;Divergencia del haz del láser, y formas de controlarla;Pulsos láser; mecanismos especiales para la generación de pulsos cortos;Polarización de la radiación electromagnética. |
| Aplicaciones del láser | Aplicaciones médicas – láseres en cirugía médica; láseres en medicina diagnóstica, y en combinacion con drogas; láseres para aplicaciones específicas : láseres blandos.Aplicaciones militares – posicionadores; elección del blanco; ceguera de personas y de equipamiento sensible .Aplicaciones cotidianas – discos compactos; impresora láser; discos ópticos; lector de código de barras; hologramas contra la falsificación (en tarjetas de crédito, dinero, productos especiales, etc) .; comunicación con fibras ópticas |
BIBLIOGRAFIA
| Principal: | Springer Handbook of Lasers and Optics, Theodor W. Hänsch, Ed: “Springer”, 2012, New York |
| Enlaces digitales: | http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia 3 /084/htm/sec_7.htm tux.uis.edu.co › ~emejia |
| Complement aria: | Vicente Aboites, EL LASER, Ed: Fondo de cultura económica (FCE), México, 2007Myron L. Wolbarst. LASER APPLICATIONS IN MEDICINE Y BIOLOGY. Ed: Springer, Germany, 2000 J. Ion, LASER PROCESSING OF ENGINEERING MATERIALS, Ed.: Elsevier, 2005D.C. Winburn, PRACTICAL LASER SAFETY, Ed.: MarcelDekker Inc,NY and Basel, 2003 |
PLANEACIÓN EDUCACIONAL:
| Competencias generales: | Conocimiento sobre el área de estudio y la profesión.Capacidad de investigación.Capacidad de aprender y actualizarse permanentemente.Habilidades para buscar, procesar y analizar información procedente de fuentes diversas.Capacidad para identificar, plantear y resolver problemas.Capacidad de abstracción, análisis y síntesis.Describir y explicar fenómenos naturales y procesos tecnológicos en términos de conceptos, teorías y principios físicos.Adquirir hábitos de trabajo necesarios para el desarrollo de la profesión tales como el rigor científico, el autoaprendizaje y la persistencia. |
| Competencias específicas: | Plantear, analizar, y resolver problemas físicos, tanto teóricos como experimentales, mediante la utilización de métodos numéricos, analíticos o experimentales.Aplicar el conocimiento teórico de la física a la realización e interpretación de experimentos.Demostrar una compresión profunda de los conceptosde la física clásica y moderna.Identificar las leyes de las físicas involucradas en el funcionamiento de los láseres y su aplicación.Construir y desarrollar argumentaciones validas, identificando hipótesis y conclusiones.Describir y explicar fenómenos naturales y procesos tecnológicos en términos de conceptos, teorías y principios físicos.Demostrar disposición para enfrentar nuevos problemas en otros campos, utilizando sus habilidades específicas.Buscar, interpretar y utilizar literatura científica.Aplicar el conocimiento teórico de la física a la realización e interpretación de experimentos. |
CONTRIBUCIÓN AL PERFIL DE EGRESO:
| CONOCIMIENTO: | HABILIDADES: | VALORES: |
| Tener una comprensión profunda de los conceptos,métodos y principios fundamentales del funcionamiento de los láseres. Conocer parámetros concretos de diferentestipos de láseres. Aplicar los láseres, eligiendo el tipo de láser adecuado. | Construir modelos simplificados que describan una situación compleja, identificando sus elementosesenciales y efectuando las aproximaciones necesarias. Poder manejar mediciones con láser Adquirir habilidades sobre los procesos de aprendizajey autorregularlos para desarrollar la capacidad de aprender por sí mismo. | Tener hábitos de trabajo necesarios para el desarrollo de la profesióntales como el rigor científico, el autoaprendizaje y la persistencia. Actuar con responsabilidad, honradez y ética profesional, manifestando conciencia social de solidaridad y justicia. Mostrar tolerancia en su entorno social, aceptando ladiversidad cultural, étnica yhumana. Desarrollar un mayor interés por aquellos problemas cuya solución sea de beneficio social y el medio ambiente |
ESTRATEGIAS PEDAGÓGICAS:
| Estrategias de enseñanza: | Estrategias de aprendizaje: |
| El docente explicará la teoría y presentará ejemplos en las clases presenciales o virtuales. El docente presentara la información detallada sobre los láseres: principio de funcionamiento, características, aplicaciones. Motivará a los estudiantes para trabajar de manera individual y en equipo. Sesiones de trabajo experimental individual o grupal Discusión de preguntas y problemas en clase | El alumno asistirá al menos a un 80% de las clases principales o virtuales impartidas. El alumno asistirá al menos a un 80% de lasclases prácticas impartidas. El estudiante trabajará en forma individual o por equipo en la comprensión de conceptos y la resolución de problemas. El estudiante desarrollará mapas conceptuales y mentales de los temas revisados El estudiante contestará preguntas o resolverá problemas individualmente para exponer en clase y discutir con sus compañeros. Asistirá a asesorías para resolver dudas sobre la teoría o sobre la solución de problemas. |
PROPUESTA DE CRITERIOS DE EVALUACIÓN:
| Criterio de evaluación: | Porcentaje: |
| Exámenes parciales Tareas Exposiciones Participación en clase Asistencia Proyecto | 70% 10% 10% 10% |