Deseño e desenvolvemento de láseres tipo ECDL que se poidan integrar en sensores cuánticos de campos electromagnéticos.
| Data de defensa | 15/09/2023 |
| Titulación | Máster Universitario en Enxeñaría Industrial |
| Centro | Escola de Enxeñaría Industrial |
| Dirección |
Titoría: José Fariña Rodríguez |
| Tribunal |
Vogalía: Alberto Comesaña Campos Presidencia: Celso Fernández Silva Vogalía: Vicente Pastoriza Santos Secretaría: Óscar López Sánchez Vogalía: Alejandro Fernández Villaverde |
| Resumo | Este proxecto céntrase no deseño e desenvolvemento dun dispositivo semicondutor coñecido polas siglas ECDL, External-cavity diode lasers, denominado así porque a cavidade do láser (resonador) se completa con elementos ópticos externos, engadindo unha cavidade externa que permite obter a súa saída un raio láser cun ancho de liña espectral máis estreito. Neste informe farase unha análise detallada da tecnoloxía e de todos os procesos e materiais necesarios para o desenvolvemento dun prototipo de módulo láser con esta tipoloxía. Deste xeito, parte dun estudo curioso sobre a tecnoloxía láser e, máis concretamente, sobre a topoloxía actual, que se utiliza para o desenvolvemento de láseres de baixa potencia que se poden sintonizar a un ancho de liña moi determinado (linewidth), sendo estes capaces de fixar a frecuencia de emisión do raio láser a determinadas transicións atómicas (que se producen a frecuencias moi específicas) durante a realización de experimentos que utilizan a técnica coñecida como espectroscopia de absorción saturada. Para o desenvolvemento deste módulo láser foi necesario realizar un recoñecemento das pezas que compoñen o sistema, das opcións, en canto ao control, das diferentes variables que inflúen na sintonización do láser a un punto concreto do espectro electromagnético (seleccionado polo usuario durante o uso) e as especificacións técnicas e requisitos que se deben cumprir. A continuación, tras completar o proceso de caracterización do sistema global, realizouse un estudo de última xeración dos métodos existentes para o control da temperatura da encapsulación do diodo láser, buscando alternativas á célula Peltier no campo e documentando o que descubriuse, analizando as opcións e explicando a elección final. Rematado este estudo, procédese a desenvolver os bucles de control que controlan as tres principais variables que inflúen na frecuencia de emisión do láser: alimentación, temperatura do encapsulamento e posición da reixa de difracción (que é a que crea a cavidade externa á que lle dá nome á tipoloxía). Como controlador, utilízase un algoritmo PID implementado na FPGA dunha praca RedPitaya, un PID para cada unha das variables citadas. Desenvólvense tamén os circuítos de adaptación de sinal necesarios para a adquisición de datos de proceso e os controladores necesarios para actuar sobre as distintas variables físicas. Cómpre sinalar que, para conseguir esta redución do linewidth emitido polo láser, é fundamental realizar un estudo da resposta temporal do sistema, así como da escala temporal das flutuacións que ten que afrontar (como por exemplo, cambios na temperatura do encapsulado ou no ambiente, cambios de punto de consigna e vibracións da mesa óptica, entre outros) e que non poden desestabilizar o láser, para non perder a frecuencia do espectro electromagnético á que a emisión debe ser fixada (a frecuencia á que se bloquea o láser). Por este motivo, simularase a resposta no dominio temporal dos sistemas que compoñen o módulo láser. Finalmente, preténdese completar o deseño e desenvolvemento das pezas que compoñen o módulo láser e realizarase unha simulación do comportamento térmico do corpo do láser, analizando o fluxo de calor existente entre todos os seus compoñentes, co fin de certificar que o módulo láser desenvolvido aquí cumpre os requisitos necesarios para o seu uso experimental en diferentes aplicacións relacionadas coa tecnoloxía cuántica. |