Lasers de Diodo em experimentos de óptica

## LASERS DE DIODO EM EXPERIMENTOS DE ÓPTICA

Gláucia Grüninger Gomes Costa a [gggc@terra.com.br] Tomaz Catunda a [tomaz@if.sc.usp.br]

a IFSC - USP

## RESUMO

Os lasers de diodo, comercialmente conhecidos como 'lasers point', são muito utilizados em experimentos de óptica, visto o seu baixo custo, facilidade de aquisição e praticidade em seu uso. Assim para uma melhor utilização destes e, visto que a durabilidade dos mesmos é um fator crítico para o êxito dos projetos que o utilizam, fizemos um estudo estatístico de suas características: corrente de operação, corrente de "thershold" (limiar de oscilação laser), potência média e comprimento de onda. Embora o custo do laser seja baixo (~ 5R\$) a ligação deste na fonte de corrente é um processo delicado que precisa ser feito por um técnico treinado, pois o mesmo pode ser facilmente danificado se as soldas não forem feitas apropriadamente. Desta forma, este trabalho pode ser utilizado como uma prática em cursos técnicos de óptica.

## LASERS DE DIODO EM EXPERIMENTOS DE ÓPTICA

Nosso grupo desenvolveu alguns equipamentos para o uso de demonstração de ótica geométrica e óptica física, como um trilho óptico de baixo custo e uma lousa óptica. E neles usamos como fontes de luz em diversos experimentos os lasers de diodo, comercialmente conhecidos por "lasers pointer". Para uma melhor utilização destes, fizemos um levantamento estatístico de suas características: corrente de operação, corrente de "threshold" (limiar de oscilação laser), potência média e comprimento de onda. Neste levantamento foi utilizada uma amostragem de 75 lasers de diferentes lotes de fabricação (Figura 1).

Deve-se notar que mesmo em um lote de lasers do mesmo tipo, há uma grande flutuação nas suas características. Por isso , cada laser deve ser caracterizado individualmente, maximizar o tempo de vida e potência luminosa. Para tanto é necessário que se faça o gráfico da Figura 2 que representa um exemplo típico onde se deve notar a corrente de 'threshold' I th ~ 10mA e a potência luminosa máxima ocorre em I max ~ 45 mA. Observa-se que, entre 10 e 45 mA, a potência aumenta com a corrente, porém a declividade da curva diminui. Assim, deve-se trabalhar, de preferência, na região aproximadamente linear do gráfico, entre 20-30mA. Correntes de operação acima de 40mA podem comprometer o tempo de vida do laser.

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Figura 1 - caracterização dos lasers "pointers"

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Deve-se notar que a durabilidade dos lasers é um fator crítico para o êxito dos nossos projetos. Embora o custo do laser seja baixo (~ 5R$) a ligação deste na fonte de corrente é um processo delicado que precisa ser feito por um técnico treinado, pois o laser pode ser facilmente danificado se as soldas não forem feitas apropriadamente. Ou seja, esta operação não pode ser feita pelo próprio professor na sua casa ou na sua escola. Entretanto, gostaríamos de ressaltar, que vários de nossos lasers estão em operação diária por ~ 3 anos, na exposição da Estação Ciências.

Figura. 2 - gráfico de potência x corrente (PxI) de um laser de diodo visível

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## Equipamentos de Demonstração utilizando lasers de diodo

## Lousa óptica

A lousa óptica é um equipamento de demonstração básico para os experimentos de óptica geométrica. Ela utiliza 5 lasers de diodo e é feita com uma placa de madeira e uma chapa metálica (galvanizada). Desta maneira pode-se usar pequenos magnetos usados para fixação nos elementos óticos de acrílico, que são bastante leves.

Superfície - o observador vê o espalhamento da luz que está perpendicular a direção de propagação do feixe. As superfícies muito lisas são boas refletoras mas não espalham muita luz. Com a utilização de superfícies ásperas (fórmica texturizada, por exemplo), nota-se o aumento da visibilidade.

Tamanho do feixe - os l asers de diodo têm um feixe com dimensões de ~4x2 mm. Pode-se aumentar a visibilidade do feixe por uma extensão mais longa (~1 m) se o feixe for expandido para ~10 mm. Outra vantagem do feixe expandido é que efeitos de difração entre a superfície do elemento acrílico e a superfície da lousa são minimizados (estes efeitos degradam a qualidade dos raios).

A lousa ótica tem sido continuamente modificada, visando aumentar a visibilidade das demonstrações e ao mesmo tempo diminuir custos e o peso do equipamento (que é portátil).

## Trilho óptico

O trilho óptico é um equipamento de demonstração que pode ser utilizado tanto para experimentos de óptica geométrica, como de óptica física.

Nos experimentos de óptica física fazemos o uso de lasers de diodo sem a lente, de forma que se transformam em fontes pontuais, favorecendo muito os experimentos de difração.

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Duas fontes pontuais formadas pelo bi-prisma de Fresnel

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Franjas de interferência produzidas pelo biprisma de Fresnel utilizando-se o trilho óptico e o laser sem a lente

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