Existen más puntos en común entre la electrónica y la óptica de lo que imaginan la mayoría de las personas. En verdad, la creciente utilización de componentes que se basan tanto en principios ópticos como electrónicos, la llamada "optoelectrónica", es una prueba de esto. Lasers, fibras ópticas, sensores de infrarrojo y otras formas de luz, son algunos de los ejemplos de dispositivos que unen las técnicas dela electrónica con las de la óptica. Los cursos de electrónica de todos los niveles así como los cursos técnicos no pueden olvidar estos hechos y deben incluir en sus programas actividades que involucren la óptica en un grado en que la misma sirve de punto de partida para la electrónica. La disponibilidad de un kit óptico avanzada, para este fin facilita la solución del problema, y sobre ese kit hablamos en este artículo.
Nota: los experimentos descritos tienen como base un LASER HeNe (gas), pero pueden ser hechos con laser semiconductores más modernos. Lo artículo es de 1989. Revisado en 2016.
Luz visible, infrarrojo y ultravioleta son formas de radiación electromagnética que poseen la misma naturaleza de las ondas de radio. Sin embargo, por sus características, estas radiaciones son más estudiadas en los cursos de física y prácticamente se las echa al olvido en los cursos de electrónica.
La evolución de la electrónica, sin embargo, está reservando un lugar especial para la óptica, con una participación muy activa en diversos dispositivos. Ya tenemos una muestra de ello en nuestros dias con la utilización cada vez mayor de dispositivos que tanto operan según principios ópticos como electrónicos. Se trata de la optoelectrónica, que se presenta como una rama prometedora de la electrónica.
EI láser es hoy algo común, usado en centenares de aplicaciones prácticas que van desde delicadas cirugías o el alineamiento de máquinas, hasta las recreativas o artísticas, y otras curiosas, como la lectura de grabaciones en discos compactos o el estabelecimiento de una línea de referencia directa en las tintorerías para la obtención de una raya perfecta en las medidas.
Esta aplicación, ya común en el EEUU nos muestra hasta qué punto un dispositivo tan avanzado como un laser puede encontrar una aplicación popular.
Las fibras ópticas ayudan en la transmisión de informaciones a distancia, reduciendo los problemas de atenuación o interferencias, y hasta en la obtención de imágenes en el interior de cavidades de nuestro cuerpo. Sensores de radiación infrarroja ultravioleta y luz visible se usan por millares en aplicaciones prácticas, que van desde las simples alarmas domésticas o detecto-res de pasaje, hasta la lectura de cartones perforados, cámaras compactas con tecnología CCD o detectores de radiación en instalaciones atómicas.
Teniendo en cuenta estos hechos, vemos que ningún curso técnico o superior que está dedicado a la electrónica como tema principal, debe dejar de brindar una preparación especial a los alumnos para que entiendan mejor los nuevos dispositivos opto-electrónicos, y eso sólo puede conseguirse con la realización de experiencias prácticas dirigidas.
Trabajando en el ramo de la opto-electrónica desde hace mucho tiempo, con una amplia experiencia en lasers, la Optoelectrónica Sao Carlos (1989) desarrolló un di kit didáctico para la realización de experimentos de óptica física y geométrica.
Este kit contiene material fundamental para la realización de experiencias con énfasis en algunas que son útiles para la comprensión del principio de funcionamiento de dispositivos opto-electrónicos, como por ejemplo fibras ópticas, lasers, etc.
En la foto de abajo, tenemos el aspecto parcial del kit, que viene en una valija de madera, y posee un manual práctico que contiene la descripción de diversas experiencias.
En este kit encontramos los elementos esenciales para la realización de experimentos con pantallas, carriles, fuentes de luz blanca, láser de He-Ne, soportes de lentes, polarizadores, espejos, lentes, prismas, filtros, etc.
Con el fin de dar una idea básica de las posibilidades del kit y, ayudando a los interesados en optoelectrónica a entender un poco de la naturaleza de la luz, describimos algunas de las experiencias que se pueden realizar.
Lentes divergentes y convergentes
La finalidad de esta experiencia es visualizar lo que ocurre con los "rayos" de luz que al pasar por una lente (convergente o divergente).
También será posible observar de qué modo una lente invierte una imagen y cuál es la medida de las distancias focales de las lentes usadas.
Los principios estudiados en esta experiencia servirán de introducción a los recursos ópticos usados en diversos tipos de sensores de luz, así como emisores, tales como los empleados en cámaras de TV, LEDs, fotodiodos, transistores, etc.
En la primera foto tenemos la disposición de los elementos, para la realización de esta experiencia, usando rayos de colores diferentes para que se pueda percibir mejor el efecto de la inversión de la imagen.
Los haces de luz de colores diferentes se obtienen con la ayuda de una placa con hendiduras y de un prisma, junto a la fuente de luz blanda, responsable por su descomposición.
La fuente de luz empleada en esta experiencia no puede ser el laser, ya que el mismo es monocromático; precisamos una luz blanca que pueda descomponerse para la formación del haz de colores diferentes.
Propagación rectilínea de la luz
Esta experiencia es bastante interesante, si bien muy simple, y emplea un láser, sirviendo para demostrar la propagación rectilínea de la luz. Además de esto, con esta demostración se aclaran algunos mitos de las películas de ficción científica o incluso dibujos animados, que han dado una visión falsa del laser.
Recordamos que es muy importante que el profesor deje claro el principio que motiva el experimento, eliminando las dudas sobre el asunto estudiado.
En la ilustración siguiente, tenemos los elementos necesarios, en este caso un láser, para la realización del experimento.
Inicialmente, sin la presencia del borrador y el polvo de tiza, todos notarán que un haz de luz, como el emitido por un laser, no se puede ver. Vemos solamente el lugar donde el mismo incide, pues la luz para ser vista necesita incidir en alguna cosa.
La idea de que podemos ver un "rayo" de luz saliendo del láser, incluso en el vacio espacial, es entonces totalmente falsa.
Para que podamos ver el haz de luz, y constatar que el mismo es perfectamente recto, es preciso que haya algo para que la luz lo ilumine, y esta es justamente la función del polvo de tiza: golpeando un borrador de modo que forme una pequeña "nube" de polvo de tiza, podemos entonces visualizar el haz de luz.
El instructor, en esta experiencia debe resaltar la coherencia del láser que posibilita la obtención de un haz muy fino y casi absolutamente paralelo, ideal para la realización de este tipo de demostración.
Simulación de fibra óptica
Esta experiencia es excelente para la aplicación de los principios de operación de las fibras ópticas. A través de ella podemos visualizar el modo según el cual un haz de luz puede ser conducido a través de una fibra óptica por medio de reflexiones sucesivas.
Como variaciones para esta experiencia podemos estudiar el ángulo crítico para diversos materiales, estableciendo sus relaciones con el índice de refracción de cada uno.
La fuente de luz empleada en este caso es el láser, con la finalidad de obtener un haz paralelo bien visible.
Conclusiones
La utilización de algunos recursos adicionales de electrónica, elaborados por los propios profesores, puede ayudar en la ampliación de las posibilidades de todas las experiencias que constan en el manual del kit y de las cuales hemos dado sólo tres ejemplos.
Algunos de los recursos pueden ser: fotómetros, sensores electrónicos de luz, sensores infrarrojos, emisores de infrarrojos o de luz monocromática (leds), etc.
La propia utilización de fibras ópticas también puede ser estudiada con la realización de muchos experimentos interesantes.