Una herramienta práctica y de bajo costo para el control de láseres
Por Uriel Rivera-Ortega y J.A. Balderrama-Sánchez
Artículo de divulgación científica
Existen aplicaciones en las que se necesita modular la intensidad y el control del encendido-apagado de láseres de estado sólido, tales como: la metrología [1], el escaneo [2] y el grabado láser [3], por mencionar algunos. Estas aplicaciones las encontramos de manera cotidiana en el escaneo de piezas mediante técnicas ópticas para su posterior impresión en 3D, o en los cortes en fibropanel de densidad media que se utilizan generalmente para realizar proyectos escolares.
Asimismo, en áreas académicas como la ingeniería o las ciencias esto se puede aplicar para el estudio de señales periódicas con variaciones de amplitud y en fenómenos como el corrimiento de fase en patrones de interferencia óptica [4].
Actualmente existen diversos dispositivos comerciales fabricados para realizar las tareas mencionadas, provenientes de empresas como Thorlabs, Newport y Edmund Optics, entre otras; con precios superiores a los 500 dólares (en comparación con los costos de una placa Arduino genérica que oscila alrededor de los 300 pesos mexicanos). Con respecto al control mediante una interfaz gráfica de usuario, se pueden encontrar plataformas que permiten realizarlas, tales como MATLAB o LabVIEW, cuyas licencias también suelen tener costos elevados.
El software de libre descarga Scratch for Arduino (S4A) es una modificación de Scratch [5] que tiene la finalidad de programar la plataforma Arduino mediante bloques, de manera sencilla. En esta propuesta, la interfaz entre Arduino y el láser de estado sólido se realiza mediante un circuito de potencia, el cual recibe las señales digitales del circuito de control y después de procesarlas se activa un voltaje de potencia que lo alimenta.
Figura 1. Etapas y elementos usados para el control de diodo láser.
La presente aplicación usa un módulo láser RGB de estado sólido, el cual combina tres láseres con tres diferentes longitudes de onda (l=630nm, 500nm y 420nm respectivamente. ¡Si combinamos estos láseres de manera adecuada, será posible obtener un haz de color blanco! Además cuenta con una tarjeta electrónica (módulo controlador) que permite energizar los láseres con un Voltaje de 12VCD proveniente de una fuente externa como se puede apreciar en el diagrama de la Figura 2.
Figura 2. Diagrama de conexiones entre Arduino y la tarjeta controladora del láser RGB.
Figura 3. Arreglo experimental donde se incluyen fuente de voltaje, láser RGB, tarjeta controladora de láser y Arduino UNO.
Es posible automatizar el encendido/apagado de los láseres RGB de manera individual o combinada mediante las entradas TTL (Transistor-Transistor Logic) de módulo controlador. Las señales recibidas por el controlador provienen de una tarjeta Arduino activándose con el uso de una interfaz gráfica diseñada y programada en S4A. De esta manera se logra controlar el encendido/apagado de cada láser del módulo RGB individual o simultáneamente.
Además del encendido/apagado de los láseres de estado sólido, existen tarjetas controladoras capaces de modular su amplitud de salida mediante una señal analógica hacia los puertos de control provenientes de la tarjeta Arduino UNO, aumentando de esta manera el rango de aplicaciones para este tipo de láseres.
En este texto se ha descrito una de las ventajas de utilizar el software de libre acceso S4A en combinación con la tarjeta microcontroladora Arduino versión UNO como son: bajo costo, facilidad de programación y creación de interfaz de usuario; exponiendo de esta manera una alternativa viable para ser aplicada en proyectos de ingeniería.
Cabe mencionar que este experimento es parte de un proyecto de investigación en metrología láser, realizado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey, con el cual hemos publicado algunos artículos científicos.
Los autores
Uriel Rivera-Ortega es profesor-investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores, nivel 1.
Jorge Alberto Balderrama-Sánchez es alumno de séptimo semestre de la carrera de Ingeniería Física.
¿Quieres saber más?
- Martinez, J. A. Rayas, H.J. Puga and K. Genovesesle, “Iterative estimation of the topography measurement by fringe-projection method with divergent illumination by considering the pitch variation along the x and z direction,” Optics and Lasers in Engineering, 48, 877-881 (2010).
- Rivera-Ortega and J. Dirckx, “On-off Laser Diode control for phase retrieval in phase-shifting interferometry,” Applied Optics, 54 (12), 3576-3579 (2015).
- Villagran, M. Navarrete, L. Ponce, T. Flores, “Fotoacoustic measurements of laser induced microcracks formation in glass”, Optics and Lasers in Engineering, 40, 5-11 (2003).
- Rivera-Ortega and J. Dirckx, “Visualizing the phenomena of wave interference, phase-shifting and polarization by interactive computer simulations,” European Journal of Physics, 36 (2015).
- http://s4a.cat/index_es.html