Tipuri și caracteristici ale laserelor. Cum se măsoară puterea unui pointer laser acasă

Laserul CNC este elementul principal al întregului proiect al mașinii, cu ajutorul căruia are loc însuși procesul de prelucrare a materialului. Astăzi, mașinile laser cu control numeric sunt folosite pentru a produce o mare varietate de produse, de la produse decorative până la produse mari și complexe.

Componenta optică a mașinilor cu laser

Înainte de a ajunge la o descriere detaliată a funcționării laserului, să ne uităm la principalele sale componente optice:

tub laser (aka laser CO 2), care este responsabil pentru generarea fasciculului;
oglinzi reflectorizante care reflectă fasciculul;
cap emițător, care livrează fasciculul pe suprafața piesei de prelucrat;
o lentilă de focalizare, al cărei nume vorbește de la sine: este responsabilă pentru focalizarea fasciculului laser pe suprafața materialului.

Putere laser

Dacă vorbim despre materiale care pot fi prelucrate de mașini cu laser, sunt destul de multe. un numar mare de. Puterea laserului ar trebui să varieze în funcție de materialul cu care veți lucra. Să ne uităm la materialele de bază și la puterea laser necesară pentru a le procesa:

Putere 200 mW - acest parametru este excelent pentru tăierea materialelor care nu sunt deosebit de durabile (cum ar fi folie subțire de polietilenă). Este important să clarificăm că astfel de lasere sunt doar în stare solidă.
Putere de la 300 la 500 mW - putere medie laser, excelentă pentru gravarea lemnului, a pielii și a plasticului. Aceasta este puterea cea mai acceptabilă pentru un arzător CNC.
Putere de 1000 mW – potrivită pentru tăierea balsei subțiri (cel mai ușor lemn din lume!). Cu această putere, puteți tăia și furnirul sintetic, dar există posibilitatea ca acesta să se ardă.

Trebuie făcută o concluzie importantă: cu cât laserul este mai puternic, cu atât materialul poate fi procesat mai „dens”. Adică, alegeți puterea laserului în funcție de materialul pe care doriți să îl procesați.

Modul laser de putere redusă

Principiul de funcționare cu laser

Principiul de bază al funcționării cu laser pe o mașină este că laserul nu taie, ci arde. Pentru a primi un fascicul laser, aveți nevoie de următoarele elemente:

sursă de energie externă;
mediu activ;
rezonator optic.

Toate elementele de mai sus funcționează după cum urmează:

O sursă de energie externă transportă particule care au o anumită sarcină în mediul activ. La rândul lor, aceste particule atrag particule similare din mediul activ. Cu ajutorul unui amplificator, ei încep să se miște mai repede, se ciocnesc cu atomii din mediu și scot noi cristale. Datorită sticlei translucide a rezonatorului, cristalele se proiectează în exterior sub forma unui fascicul îngust.

Acest fascicul, care este focalizat într-un punct, are continut ridicat energie. Această energie este suficientă pentru a pătrunde în orice tip de material. Locul unde lovește fasciculul se topește sau arde.

Este important să știți că, cu o grosime mică de material sau un fascicul puternic, puteți chiar tăia prin metal.

Motive pentru dispariția fasciculului laser

Dacă nu există radiații la pornirea mașinii, primul motiv pentru care laserul dispare este tubul laser. Vom discuta mai detaliat problemele și modalitățile de a le rezolva mai jos.

Al doilea motiv al dispariției poate fi deteriorarea unității de aprindere. Înainte de a verifica părțile electronice ale aparatului laser, uitați-vă la indicație (starea normală este lumina LED-ului de pe sursa de alimentare și a unei perechi de LED-uri de pe placa de bază). Pentru a confirma o problemă cu unitatea de aprindere, puteți efectua următoarele acțiuni: dați CNC-ului o sarcină ușoară, iar dacă aceasta este finalizată, dar piesa de prelucrat rămâne intactă, atunci puteți aprecia că nu există probleme cu unitatea de aprindere.

Produs realizat pe o mașină laser desktop

Probleme frecvente cu funcționarea tubului laser

1. Putere slabă de radiație laser. Soluția la această problemă poate fi următoarea: asigurați-vă că nu există zgârieturi sau murdărie pe lentile sau tubul laser; uitați-vă la curentul de ieșire, tensiunea, viteza și puritatea fluxului de apă; verificați uniformitatea fasciculului laser etc.
2. Aprinderea electrică are tensiune înaltă. Vă sugerăm următoarele opțiuni: verificați dacă există interferențe în apropierea conexiunii electrice; asigurați-vă că tubul laser nu este situat la o distanță mică în apropierea părților metalice ale mașinii; verificați umiditatea încăperii (umiditatea ridicată poate provoca defecțiuni electrice și interferențe); Asigurați-vă că toate contactele sunt intacte și că conexiunile interne sunt închise.
3. Capetele tubului laser sunt rupte sau crăpate. Poate vă vor ajuta următorii pași: verificarea temperaturii apei (norma este de 15-25 de grade); asigurați-vă că conducta de apă nu este pliată sau apăsată pe nimic; asigurați-vă că nu există bule în tub; acordați atenție apei: debitul și circulația acesteia (de la scăzut la mare).

Indicatoarele laser sunt dispozitive portabile care conțin emițători care generează unde electromagnetice coerente și de origine monocromatică în domeniul vizibil în formă radială. Emițătorii pot fi diode laser sau lasere cu stare solidă cu drepturi depline.

Există mai multe tipuri de indicatori laser, care diferă în ceea ce privește tipurile de emițători și vin în următoarele culori:

Roșii;
Verdeaţă;
Albastru;
Turcoaz;
Albastru;
Violet;
Galben;
Portocale.

LU culoare roșie

Aceste LU sunt cele mai ieftine și mai comune. Acestea funcționează dintr-o baterie tip buton convențională, bazată pe diode laser roșii cu un spectru de radiații de 650-660 nm. Sunt echipate cu plăci de șofer care controlează puterea. Pentru a emite radiații sub forma unui fascicul îngust, se folosesc lentile convexe pe ambele părți, numite colimatoare.

LU roșii sunt în mare parte de putere redusă, până la 1-100 mW. Trăsătura lor caracteristică este că diodele roșii „ard” destul de repede, reducând intensitatea radiației, motiv pentru care majoritatea acestor indicatoare, după câteva luni de funcționare, încep să strălucească mai rău, indiferent de încărcarea bateriei.

Laser verde

În timpul zilei, ochiul uman este mai sensibil la culorile verzi decât la culorile roșii (de aproximativ 6-10 ori). Datorită acestui lucru, laserul verde strălucește mai puternic. Totuși, noaptea se întâmplă invers.

Diodele laser verzi sunt extrem de scumpe, astfel încât laserele cu stare solidă cu diode sunt folosite pentru a crea laserul verde. Nu sunt la fel de scumpe ca diodele laser verzi, dar mai valoroase decât cele roșii. Lungimea de undă a laserului verde este de 532 nm, cu o eficiență de aproximativ 20%. LU verzi consumă mai mult energie decât cele roșii; ca urmare, este dificil să selectezi unitățile alimentate cu baterii buton.

Culoare albastru LU

Au început să fie produse în 2006, schema de acțiune este similară cu laserul verde. Lungimea de undă a albastrului este de 490 nm, turcoazul este de 473 nm și albastrul este de 445 nm. Emițătorul este un laser cu stare solidă de mare putere. LU-urile albastre sunt foarte scumpe, diodele nu sunt atât de scumpe, dar nu sunt utilizate pe scară largă. radiații LU de culoare albastră extrem de periculos pentru ochi. Eficiență aproximativ 3%.

LU culoare galbenă

Lungimea de undă a LU-urilor galbene este de 593,5 nm. Există și „colegii” lor portocalii cu o lungime de undă de 635 nm. Eficiența este puțin peste 1%.

LU culoare violet

LU-urile cu diode laser violet au o lungime de undă de 400-410 nm. Aceasta este aproape limita în intervalul pe care ochiul uman o percepe, așa că această lumină este văzută ca slabă.

Lumina laserelor violet provoacă fluorescență, iar luminozitatea obiectelor luminoase devine mai intensă decât în laserul însuși. Seria LU a fost introdusă odată cu apariția unei unități pentru medii optice Blu-ray, în care a fost folosită o diodă laser cu o lungime de undă corespunzătoare a radiației.

LU: cerere

LU sunt adesea folosite institutii de invatamant, de exemplu pentru experimente fizice, precum și pentru prezentări;
Punctul de lumină produs de raza laser atrage atenția animalelor de companie. Pisicile și câinii reacționează în special la ele, ceea ce îi determină adesea pe oameni să se joace cu aceste animale de companie;
LU verzi sunt utilizate atât în cercetarea astronomică amatoare, cât și în cea profesională. LU verzi sunt folosite pentru a determina direcțiile stelelor și constelațiilor;
LU sunt utilizate ca desemnatori de ținte cu laser pentru țintirea precisă a armelor de foc sau a armelor pneumatice;
LU-urile sunt folosite de radioamatorii ca element de comunicare în limitele vizibile;
LU roșii cu colimatoare deconectate sunt folosite atunci când se creează holografii de amatori;
Practica de laborator folosește LU (în special cele verzi) pentru a detecta în lichide, gaze sau orice substanțe transparente în cantități mici impurități sau suspensii de origine mecanică care sunt invizibile cu ochiul liber.

Siguranța laserului

Radiațiile laser sunt periculoase dacă intră în contact cu ochii.

LU obișnuite au o putere de 1-5 mW, sunt clasificate ca clase de pericol 2-3A. Ele pot fi periculoase atunci când fasciculul este îndreptat în ochii oamenilor pentru perioade destul de lungi sau folosind instrumente optice. LU-urile cu o putere de 50-300 mW sunt clasificate ca clasa 3B. Sunt periculoase deoarece provoacă leziuni severe retinei ochilor, chiar și în cazul expunerii pe termen scurt la un fascicul laser direct.

Trebuie să știți că pointerii verzi DPSS de putere mică folosesc lasere IR de putere semnificativă, care nu garantează o filtrare IR suficientă. Aceste tipuri de radiații sunt invizibile și, prin urmare, mult mai periculoase pentru ochii oamenilor și animalelor.

În plus, LP-urile pot oferi exclusiv efecte iritante. Mai ales dacă fasciculul lovește ochii șoferilor sau piloților, ceea ce le poate distrage atenția sau chiar duce la orbire. În unele țări, astfel de acte implică răspundere penală. De exemplu, în 2018, un american a fost condamnat la aproape doi ani de închisoare pentru că a orbit pentru scurt timp un pilot dintr-un elicopter de poliție cu un laser puternic.

ÎN anul trecut sunt din ce în ce mai numeroase „incidente cu laser” în țările dezvoltate cauzate de cerințele de limitare sau interzicere a medicamentelor. În prezent, legislația New South Wales prevede o amendă pentru deținerea de medicamente și pentru comiterea unui „atac cu laser” - închisoare de până la 14 ani.

Utilizarea LU este interzisă conform regulilor în timpul meciurilor de fotbal. De exemplu, Federația Algeriană de Fotbal a fost amendată cu 50.000 de franci elvețieni pentru folosirea fanilor indicator laser l-a orbit pe portarul naționalei Rusiei Igor Akinfeev în timpul Cupei Mondiale din 2014.

Cel mai puternic indicator laser

Nu cu mult timp în urmă a devenit cunoscut despre apariția celui mai puternic laser de buzunar, „regele” LU sau „sabia Jedi”. Laserul mic și puternic poate arde prin materiale plastice subțiri, poate exploda baloanele copiilor, poate da foc hârtiei și poate fi orbi. Dispozitivul de la producătorul chinez Wicked Lasers seamănă doar superficial cu LU populare, dar are un corp mai mare.

Adesea, un indicator laser cu un cilindru minuscul care emite un fascicul laser roșu este folosit de copii pentru jocuri sau pentru prezentări la școală. Cu toate acestea, indicatorul de noua generație al lui Wicked Lasers nu va fi o jucărie pentru copii. Și aceasta nu este o coincidență, deoarece puterea de ieșire a unui pointer laser chinezesc este de zeci și sute de ori mai mare decât cea a pointerelor laser convenționale ieftine.

Este surprinzător faptul că „supermodelul verde” chinezesc, cu o putere a fasciculului de 0,3 wați, atinge o „gamă de expunere” de până la 193 de kilometri.

Dacă aveți întrebări, lăsați-le în comentariile de sub articol. Noi sau vizitatorii noștri vom fi bucuroși să le răspundem

Sunt multe cai:

Fotodiodă (și fotocelule și panouri solare)
Fotorezistenta- dacă fără exotism, atunci tot ce s-a spus despre fotodiodă se aplică și aici, circuitul de comutare este, totuși, diferit.
Rezistenta termica(bolometru)
Termoelectric calorimetru (termocuplu sau Peltier).

Există și alte metode, de exemplu un dispozitiv piroelectric, dar de obicei trebuie doar să cumpărați astfel de contoare, cu excepția cazului în care lucrați undeva la o companie de laser sau semiconductor.
Eu însumi folosesc un calorimetru Peltier de casă, pe care îl voi descrie cum se face.

Realizarea unui calorimetru termoelectric

Majoritatea contoarelor de putere folosite de inginerii profesioniști cu laser sunt construite exact pe principiul unui calorimetru termoelectric. Anterior, era aproape imposibil să asamblați un astfel de dispozitiv acasă (ar fi o nebunie să sudați câteva sute de termocupluri, să le instalați, să faceți cablaje electrice și să asigurați contactul termic în același timp. Și ieșirea era de câțiva milivolți pe watt. Aveai nevoie de un amplificator foarte bun. Acum, la vânzare în Peltier, modulele au apărut în magazinele de piese radio, care sunt doar un astfel de ansamblu de termocupluri, și nu cele metalice, ci cele semiconductoare.A face un calorimetru termoelectric este acum la fel de ușor ca decojirea perelor. .

I. Resurse

Ca surse vom avea nevoie de:

Asta este cu adevărat tot ce ai nevoie:

II. Asamblare

III. Calibrare

IV. Măsurătorile

V. Comentarii

Primitiv. Dar este accesibil și eficient.
Cei avansați în electronică pot înlocui multimetrul cu o placă mică cu un cip ADC și un microcontroler (PIC sau Atmel), să organizeze ieșirea și controlul datelor prin USB, să scrie un program pentru autocalibrare și analiza erorilor și... și... vinde cu 1000 USD ca dispozitiv profesional. Principala contribuție la eroare vine din deriva zero. Fotografiile arată o deriva de 0,5 mV, care în termeni de miliwați dă 3 mW. Adică, măsurarea unui pointer de 5 mW folosind un astfel de senzor este prea grea. Devia de zero se datorează în principal curenților de aer. Când măsurați „închideți toate ferestrele” și ușile, încercați să nu agitați prea mult atmosfera. Dacă nu este posibilă stabilizarea citirilor, măsurați amplitudinea deplasării zero (diferența dintre citirile maxime și minime) și atribuiți-o erorii de măsurare.

Calibrarea multimetrului în sine tinde, de asemenea, să „plutească”. Mai ales dacă este ieftin. Repetarea calibrării senzorului ajută aici ( secțiunea III). Este necesar să recalibrați la schimbarea bateriei în multimetru, schimbare conditiile meteo, și doar din când în când.

Dacă măsurătorile sunt efectuate nu conform „versiunii scurtate” ci conform celei cinstite - cu calibrare, setare la zero și cu repetare dublă triplă pentru a media rezultatul, atunci puterea laser măsurată de acest senzor va diferi de cea măsurată de un dispozitiv profesional cu cel mult 10% -15%. Apropo, dacă ai un aparat profesional, poți măsura și corecția pentru coeficientul de absorbție non-100% al suprafeței înnegrite. Deși, cu o înnegrire bună, această corecție este mică și poate fi neglijată fără a te solicita inutil.

Dacă broasca nu se sufocă, puteți pune două module Peltier (mai ușor - identice) pe un radiator de dimensiuni adecvate și le puteți include într-un circuit echilibrat. Un element va fi un metru, celălalt va fi un compensator. Va ajuta foarte mult în lupta împotriva curenților.

Citirile dispozitivului la o primă aproximare nu depind de punctul de impact. Tensiunea măsurată este egală cu suma termo-emf. toate coloanele Peltier conectate în serie în modulul Peltier. E.m.f termică. fiecare dintre coloane este egală cu produsul termo-emf-ului său specific. ei prin diferența de temperatură peste el. Iar diferența de temperatură (a joncțiunilor „rece” și „fierbinte”) este produsul rezistenței termice a coloanei Rti și fluxul de căldură prin ea Wi:

Coloanele din modulul Peltier sunt realizate automat din același material (perechi de n-siliciu și p-siliciu), ceea ce înseamnă că sunt identice cu o precizie ridicată. După scoaterea ei și Rti din paranteze, se dovedește că tensiunea măsurată este direct proporțională cu fluxul total de căldură, indiferent de modul în care este distribuit între coloane.

Pentru înnegrire NU SE RECOMANDĂ UTILIZAȚI pixuri, markere, cerneală pentru stilou și, în general, orice vopsele, cu excepția cernelii și funinginei. De fapt, vopselele arată adesea doar negre și se pot dovedi cu ușurință a nu fi deloc atât de negre, tocmai pentru linia spectrului în care emite laserul. Se recomandă să se efectueze măsurători stând în picioare sau întins, după ce s-a calmat și a îndepărtat obiectele tăiate și străpuns la o distanță sigură. Când puterea laserului tău preferat de trei sute de miliwați de pe unitatea DVD se dovedește a fi de numai 120 mW, poate fi dificil să reziste la acțiunile inadecvate.

AGENȚIA FEDERALĂ DE TRANSPORT FERROVIAR

BUGETUL FEDERAL DE STAT

INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNTUL SUPERIOR PROFESIONAL

„UNIVERSITATEA DE STAT DE COMUNICAȚII DE LA MOSCOVA”

Institutul de Tehnologia Transporturilor și Sisteme de Control

Departamentul de Tehnologia Ingineriei Transporturilor și Repararea Materialului Rulant

Eseu

la disciplina: „Metode de prelucrare electrofizică și electrochimică”

Subiect: „Tipuri și caracteristici ale laserelor”

Introducere

Invenția laserului se numără printre cele mai remarcabile realizări ale științei și tehnologiei secolului al XX-lea. Primul laser a apărut în 1960, iar dezvoltarea rapidă a tehnologiei laser a început imediat. ÎN un timp scurt Au fost create diverse tipuri de lasere și dispozitive laser pentru a rezolva probleme științifice și tehnice specifice. Laserele au câștigat deja o poziție puternică în multe sectoare ale economiei naționale. După cum a remarcat academicianul A.P. Alexandrov, fiecare băiat cunoaște acum cuvântul laser . Și totuși, ce este un laser, de ce este interesant și util? Unul dintre fondatorii științei laserelor - electronica cuantică - academicianul N.G. Basov răspunde la această întrebare astfel: Un laser este un dispozitiv în care energia, de exemplu termică, chimică, electrică, este convertită în energia unui câmp electromagnetic - un fascicul laser. Cu o astfel de conversie, o parte de energie se pierde inevitabil, dar ceea ce este important este că energia laser rezultată este de o calitate incomparabil mai mare. Calitatea energiei laser este determinată de ea concentrație mareși capacitatea de a transmite pe o distanță considerabilă. Un fascicul laser poate fi focalizat într-un punct mic cu un diametru de ordinul lungimii de undă a luminii și poate produce o densitate de energie care depășește în prezent densitatea de energie a unei explozii nucleare.

Cu ajutorul radiației laser a fost deja posibil să se obțină cel mai mult valori mari temperatura, presiunea, intensitatea câmpului magnetic. În cele din urmă, fasciculul laser este cel mai mare purtător de informații și, în acest rol, un mijloc fundamental nou de transmitere și procesare a acestuia. . Utilizarea pe scară largă a laserelor în știința și tehnologia modernă se explică prin proprietățile specifice ale radiației laser. Un laser este un generator de lumină coerentă. Spre deosebire de alte surse de lumină (de exemplu, lămpile incandescente sau lămpile fluorescente), un laser produce radiații optice caracterizate printr-un grad ridicat de ordine în câmpul luminos sau, după cum se spune, un grad ridicat de coerență. O astfel de radiație este foarte monocromatică și direcțională. În zilele noastre, laserele funcționează cu succes în producția modernă, făcând față unei game largi de sarcini. Un fascicul laser este folosit pentru a tăia țesături și table de oțel, pentru a suda caroserii și pentru a suda cele mai mici detaliiîn echipamentele electronice, fac găuri în materiale fragile și super-dure. Mai mult, prelucrarea cu laser a materialelor face posibilă creșterea eficienței și a competitivității față de alte tipuri de prelucrare. Domeniul de aplicare al laserelor în cercetare științifică- fizice, chimice, biologice.

Proprietățile remarcabile ale laserelor - coerență și directivitate excepțional de ridicată a radiațiilor, capacitatea de a genera unde coerente de intensitate mare în regiunile vizibil, infraroșu și ultraviolet ale spectrului, obținând densități mari de energie atât în modul continuu, cât și în cel pulsat - deja în zori. a electronicii cuantice a indicat posibilitatea unei game largi de lasere.aplicaţii în scopuri practice. De la începuturile sale, tehnologia laser s-a dezvoltat într-un ritm excepțional de mare. Apar noi tipuri de lasere și, în același timp, sunt îmbunătățite cele vechi: se creează sisteme laser cu un set de caracteristici necesare pentru diverse scopuri specifice, precum și diferite feluri dispozitive de control al fasciculului, tehnologia de măsurare devine din ce în ce mai îmbunătățită. Acesta a fost motivul pătrunderii profunde a laserelor în multe sectoare ale economiei naționale, și în special în fabricarea mecanică și a instrumentelor.

Trebuie remarcat mai ales că dezvoltarea metode cu laser sau, cu alte cuvinte, tehnologia laser crește semnificativ eficiența producție modernă. Tehnologiile laser permit cea mai completă automatizare Procese de producție.

Realizările tehnologiei laser astăzi sunt enorme și impresionante. Mâine promite realizări și mai mari. Multe speranțe sunt asociate cu laserele: de la crearea cinematografului tridimensional până la rezolvarea unor astfel de probleme globale precum stabilirea comunicațiilor optice terestre și subacvatice cu rază ultra-lungă, dezvăluirea misterelor fotosintezei, implementarea unei reacții termonucleare controlate, apariția unor sisteme cu cantități mari. a memoriei și a dispozitivelor de intrare și ieșire a informațiilor de mare viteză.

1. Clasificarea laserelor

Se obișnuiește să se facă distincția între două tipuri de lasere: amplificatoare și generatoare. Radiația laser apare la ieșirea amplificatorului când un semnal mic la frecvența de tranziție este recepționat la intrarea sa (și el însuși este deja într-o stare excitată). Acest semnal este cel care stimulează particulele excitate să elibereze energie. Are loc o intensificare asemănătoare avalanșelor. Astfel, există radiații slabe la intrare și radiații amplificate la ieșire. Cu un generator situația este diferită. Radiația la frecvența de tranziție nu mai este furnizată la intrarea sa, ci mai degrabă substanța activă este excitată și, în plus, supraexcitată. În plus, dacă substanța activă se află într-o stare supraexcitată, atunci probabilitatea unei tranziții spontane a uneia sau mai multor particule de la nivelul superior la cel inferior crește semnificativ. Acest lucru are ca rezultat o emisie stimulată.

A doua abordare a clasificării laser este legată de condiție fizică substanta activa. Din acest punct de vedere, laserele pot fi în stare solidă (de exemplu, rubin, sticlă sau safir), gaz (de exemplu, heliu-neon, argon etc.), lichide; dacă se folosește o joncțiune semiconductoare ca substanță activă , atunci laserul se numește semiconductor.

A treia abordare a clasificării este legată de metoda de excitare a substanței active. Se disting următoarele lasere: cu excitație datorată radiației optice, cu excitare prin flux de electroni, cu excitare energie solara, cu excitație datorată energiilor firelor care explodează, cu excitare prin energie chimică, cu excitare folosind radiații nucleare. Laserele se disting și prin natura energiei emise și compoziția sa spectrală. Dacă energia este emisă în impulsuri, atunci se vorbește despre lasere pulsate; dacă este continuă, atunci laserul se numește laser cu undă continuă. Există, de asemenea, lasere cu mod mixt, cum ar fi laserele cu semiconductor. Dacă radiația laser este concentrată într-o gamă îngustă de lungimi de undă, atunci laserul se numește monocromatic; dacă este concentrat într-o gamă largă, atunci se numește laser de bandă largă.

Un alt tip de clasificare se bazează pe conceptul de putere de ieșire. Laserele cu o putere de ieșire continuă (medie) de peste 106 W se numesc lasere de mare putere. Cu o putere de ieșire în intervalul 105...103 W, avem lasere de putere medie. Dacă puterea de ieșire este mai mică de 10-3 W, atunci se vorbește despre lasere de putere redusă.

În funcție de designul rezonatorului cu oglindă deschisă, se face o distincție între laserele Q constant și laserele Q-switched - într-un astfel de laser, una dintre oglinzi poate fi plasată, în special, pe axa unui motor electric care se rotește. această oglindă. ÎN în acest caz, Factorul de calitate al rezonatorului se modifică periodic de la zero la valoarea maximă. Acest laser se numește laser Q-modulat.

2. Caracteristicile laserului

Una dintre caracteristicile laserelor este lungimea de undă a energiei emise. Gama de lungimi de undă a radiației laser se extinde de la regiunea de raze X până la infraroșu îndepărtat, adică de la 10-3 la 102 microni. Dincolo de regiunea de 100 µm se află, la figurat vorbind, sol virgin . Dar se extinde doar pe o zonă milimetrică, care este stăpânită de operatorii radio. Această zonă nedezvoltată se micșorează continuu și se speră ca dezvoltarea ei să fie finalizată în viitorul apropiat. Cotă atribuită Tipuri variate generatoarele nu sunt la fel. Generatoarele cuantice de gaz au cea mai largă gamă.

O altă caracteristică importantă a laserelor este energia pulsului. Se măsoară în jouli și atinge cea mai mare valoare în generatoarele cu stare solidă - aproximativ 103 J. A treia caracteristică este puterea. Generatoarele de gaz care emit continuu au o putere de la 10-3 la 102 W. Generatoarele de energie în miliwați folosesc un amestec de heliu-neon ca mediu activ. Generatoarele de CO2 au o putere de aproximativ 100 W. Cu generatoarele cu stare solidă, vorbirea despre putere are o semnificație specială. De exemplu, dacă luăm 1 J de energie radiată concentrată într-un interval de o secundă, atunci puterea va fi de 1 W. Dar durata de radiație a generatorului de rubin este de 10-4 s, prin urmare, puterea este de 10.000 W, adică. 10 kW. Dacă durata pulsului este redusă la 10-6 s folosind un obturator optic, puterea este de 106 W, adică. megawatt Aceasta nu este limita! Puteți crește energia într-un impuls la 103 J și reduceți durata acestuia la 10-9 s și apoi puterea va ajunge la 1012 W. Și aceasta este multă putere. Se știe că atunci când intensitatea unui fascicul atinge 105 W/cm2 pe un metal, metalul începe să se topească, la o intensitate de 107 W/cm2 metalul începe să fiarbă, iar la 109 W/cm2 radiația laser începe să ionizeze puternic vaporii. a substanței, transformându-le în plasmă.

O altă caracteristică importantă a unui laser este divergența fasciculului laser. Laserele cu gaz au cel mai îngust fascicul. Este o valoare de câteva minute de arc. Divergența fasciculului laserelor cu stare solidă este de aproximativ 1...3 grade unghiulare. Laserele semiconductoare au o deschidere a lobilor de radiație: într-un plan aproximativ un grad, în celălalt - aproximativ 10...15 grade unghiulare.

Următoarea caracteristică importantă a unui laser este domeniul de lungimi de undă în care este concentrată radiația, adică. monocromatic. Laserele cu gaz au monocromaticitate foarte mare, este de 10-10, adică. semnificativ mai mare decât cea a lămpilor cu descărcare în gaz, care au fost utilizate anterior ca standarde de frecvență. Laserele cu stare solidă, și în special laserele semiconductoare, au o gamă de frecvență semnificativă în radiația lor, adică nu sunt foarte monocromatice.

O caracteristică foarte importantă a laserelor este coeficientul acțiune utilă. Pentru stări solide variază de la 1 la 3,5%, pentru gaze 1...15%, pentru semiconductori 40...60%. În același timp, se iau toate măsurile posibile pentru creșterea eficienței laserelor, deoarece eficiența scăzută duce la necesitatea răcirii laserelor la o temperatură de 4...77 K, iar acest lucru complică imediat proiectarea echipamentului.

2.1 Lasere cu stare solidă

Laserele cu stare solidă sunt împărțite în lasere pulsate și continue. Printre laserele cu pulsații, dispozitivele bazate pe rubin și sticlă de neodim sunt mai frecvente. Lungimea de undă a laserului cu neodim este l = 1,06 µm. Aceste dispozitive sunt tije relativ mari, a căror lungime ajunge la 100 cm, iar diametrul este de 4-5 cm. Energia impulsului de generare a unei astfel de tije este de 1000 J în 10-3 sec.

Laserul rubin se remarcă și prin puterea sa mare a impulsului; cu o durată de 10-3 secunde, energia sa este de sute de jouli. Rata de repetare a pulsului poate atinge câțiva kHz.

Cele mai cunoscute lasere cu undă continuă sunt realizate pe fluorit de calciu cu un amestec de disproziu și lasere pe granat de ytriu-aluminiu, care conține impurități de atomi de metale de pământuri rare. Lungimea de undă a acestor lasere este în intervalul de la 1 la 3 microni. Puterea impulsului este de aproximativ 1 W sau o fracțiune din aceasta. Laserele granat cu ytriu-aluminiu pot furniza o putere de impuls de până la câteva zeci de wați.

De regulă, laserele cu stare solidă utilizează un mod laser multimod. Laserul monomod poate fi obținut prin introducerea elementelor de selecție în cavitate. Această decizie a fost cauzată de o scădere a puterii de radiație generată.

Dificultatea în producerea laserelor cu stare solidă constă în necesitatea de a crește monocristale mari sau de a topi mostre mari de sticlă transparentă. Aceste dificultăți au fost depășite prin producția de lasere lichide, unde mediul activ este reprezentat de un lichid în care sunt introduse elemente de pământuri rare. Cu toate acestea, laserele lichide au o serie de dezavantaje care le limitează domeniul de utilizare.

2.2 Laserele lichide

Laserele lichide se numesc lasere cu un mediu activ lichid. Principalul avantaj al acestui tip de dispozitiv este capacitatea de a circula lichid și, în consecință, de a-l răci. Ca rezultat, se poate obține mai multă energie atât în modul pulsat, cât și în modul continuu.

Primele lasere lichide au fost produse folosind chelați de pământuri rare. Dezavantajul acestor lasere este nivel scăzut energia realizabilă și instabilitatea chimică a chelaților. Drept urmare, aceste lasere nu au fost folosite. Oamenii de știință sovietici au propus utilizarea lichidelor active anorganice în mediul laser. Laserele bazate pe acestea se disting prin energii pulsate mari și oferă indicatori de putere medie. Laserele lichide care utilizează un astfel de mediu activ sunt capabile să genereze radiații cu un spectru de frecvență îngust.

Un alt tip de lasere lichide sunt dispozitive care funcționează pe soluții de coloranți organici, caracterizate prin linii de luminiscență spectrale largi. Un astfel de laser este capabil să asigure reglarea continuă a lungimilor de undă emise de lumină pe o gamă largă. La înlocuirea coloranților, întregul spectru vizibil și o parte din infraroșu sunt acoperite. Sursa pompei în astfel de dispozitive este, de regulă, lasere cu stare solidă, dar este posibil să se utilizeze lămpi cu lumină pe gaz care oferă fulgerări scurte. lumină albă(mai puțin de 50 de microsecunde).

2.3 Laserele cu gaz

Există multe varietăți. Unul dintre ele este un laser de fotodisociere. Utilizează un gaz ale cărui molecule, sub influența pomparii optice, se disociază (se descompun) în două părți, dintre care una este în stare excitată și este folosită pentru radiația laser.

Un grup mare de lasere cu gaz este format din lasere cu descărcare în gaz, în care mediul activ este un gaz rarefiat (presiune 1-10 mm Hg), iar pomparea se realizează printr-o descărcare electrică, care poate fi strălucitoare sau arc și este creată. prin curent continuu sau curent alternativ de înaltă frecvență (10 -50 MHz).

Există mai multe tipuri de lasere cu descărcare în gaz. La laserele ionice, radiația este produsă de tranzițiile electronilor între nivelurile de energie ionică. Un exemplu este laserul cu argon, care utilizează o descărcare cu arc de curent continuu.

Laserele de tranziție atomică sunt generate de tranzițiile de electroni între nivelurile de energie atomică. Aceste lasere produc radiații cu o lungime de undă de 0,4-100 microni. Un exemplu este un laser heliu-neon care funcționează pe un amestec de heliu și neon la o presiune de aproximativ 1 mm Hg. Artă. Pentru pompare, se folosește o descărcare strălucitoare, creată de o tensiune constantă de aproximativ 1000 V.

Laserele cu descărcare în gaze includ, de asemenea, laserele moleculare, în care radiația provine din tranzițiile electronilor între nivelurile de energie ale moleculelor. Aceste lasere au o gamă largă de frecvențe corespunzătoare lungimii de undă de la 0,2 la 50 µm.

Cel mai comun dintre laserele cu dioxid de carbon molecular (lasere CO2). Poate produce putere de până la 10 kW și are o eficiență destul de ridicată de aproximativ 40%. La dioxidul de carbon principal se adaugă de obicei impurități de azot, heliu și alte gaze. Pentru pompare se folosește o descărcare luminoasă de curent continuu sau de înaltă frecvență. Un laser cu dioxid de carbon produce radiații cu o lungime de undă de aproximativ 10 microni. Este prezentat schematic în Fig. 1.

Orez. 1 - Principiul laserului CO2

Un tip de lasere cu CO2 este gaz-dinamic. În ele, populația inversă necesară pentru radiația laser se realizează datorită faptului că gazul, preîncălzit la 1500 K la o presiune de 20-30 atm, intră în camera de lucru, unde se extinde, iar temperatura și presiunea acestuia scad brusc. Astfel de lasere pot produce radiații continue cu o putere de până la 100 kW.

Laserele moleculare includ așa-numitele lasere excimeri, în care mediul de lucru este un gaz inert (argon, xenon, cripton etc.), sau combinația acestuia cu clor sau fluor. În astfel de lasere, pomparea este efectuată nu printr-o descărcare electrică, ci printr-un flux de așa-numiți electroni rapizi (cu o energie de sute de keV). Unda emisă este cea mai scurtă, de exemplu, 0,126 microni pentru un laser cu argon.

Puteri mai mari de radiație pot fi obținute prin creșterea presiunii gazului și prin pomparea folosind radiații ionizante în combinație cu un câmp electric extern. Radiația ionizantă este un flux de electroni rapizi sau radiații ultraviolete. Asemenea lasere se numesc electroionizare sau lasere cu gaz comprimat. Laserele de acest tip sunt prezentate schematic în Fig. 2.

Orez. 2 - Pompare prin electroionizare

Moleculele de gaz excitate folosind energia reacțiilor chimice sunt produse în lasere chimice. Aici se folosesc amestecuri ale unor gaze active din punct de vedere chimic (fluor, clor, hidrogen, acid clorhidric etc.). Reacțiile chimice în astfel de lasere trebuie să apară foarte repede. Pentru accelerare se folosesc agenți chimici speciali, care se obțin prin disocierea moleculelor de gaz sub influența radiației optice, a unei descărcări electrice sau a unui fascicul de electroni. Un exemplu de laser chimic este un laser care utilizează un amestec de fluor, hidrogen și dioxid de carbon.

Un tip special de laser este un laser cu plasmă. Mediul activ din acesta este o plasmă puternic ionizată de vapori de metale alcalino-pământoase (magneziu, bariu, stronțiu, calciu). Pentru ionizare, se folosesc impulsuri de curent cu o forță de până la 300 A la o tensiune de până la 20 kV. Durata impulsului 0,1-1,0 μs. Radiația unui astfel de laser are o lungime de undă de 0,41-0,43 microni, dar poate fi și în regiunea ultravioletă.

2.4 Laserele semiconductoare

Deși laserele semiconductoare sunt cu stare solidă, ele sunt de obicei clasificate ca grup special. În aceste lasere, radiația coerentă este produsă datorită tranziției electronilor de la marginea inferioară a benzii de conducere la marginea superioară a benzii de valență. Există două tipuri de lasere semiconductoare. Primul are o placă de semiconductor pur, care este pompată de un fascicul de electroni rapizi cu o energie de 50-100 keV. Este posibilă și pomparea optică. Ca semiconductori se folosesc arseniura de galiu GaAs, sulfura de cadmiu CdS sau seleniura de cadmiu CdSe. Pomparea cu un fascicul de electroni determină încălzirea puternică a semiconductorului, determinând deteriorarea radiației laser. Prin urmare, astfel de lasere necesită o răcire bună. De exemplu, un laser cu arseniură de galiu este de obicei răcit la o temperatură de 80 K.

Pomparea de către un fascicul de electroni poate fi transversală (Fig. 3) sau longitudinală (Fig. 4). În timpul pompării transversale, două fețe opuse ale cristalului semiconductor sunt lustruite și joacă rolul de oglinzi ale unui rezonator optic. In cazul pomparii longitudinale se folosesc oglinzi exterioare. Cu pomparea longitudinală, răcirea semiconductorului este îmbunătățită semnificativ. Un exemplu de astfel de laser este un laser cu sulfură de cadmiu, care generează radiații cu o lungime de undă de 0,49 μm și având o eficiență de aproximativ 25%.

Orez. 3 - Pompare transversală cu fascicul de electroni

Orez. 4 - Pompare longitudinală cu fascicul de electroni

Al doilea tip de laser semiconductor este așa-numitul laser de injecție. Conține o joncțiune p-n (Fig. 5), formată din doi semiconductori de impurități degenerate, în care concentrația de impurități donor și acceptor este de 1018-1019 cm-3. Fețele perpendiculare pe planul joncțiunii pn sunt lustruite și servesc drept oglinzi ale rezonatorului optic. Un astfel de laser i se aplică o tensiune continuă, sub influența căreia bariera de potențial din joncțiunea pn este coborâtă și sunt injectați electroni și găuri. În regiunea de tranziție, începe recombinarea intensă a purtătorilor de sarcină, timp în care electronii se deplasează din banda de conducție în banda de valență și are loc radiația laser. Arseniura de galiu este utilizată în principal pentru laserele de injecție. Radiația are o lungime de undă de 0,8-0,9 microni, eficiența este destul de mare - 50-60%.

Orez. 5 - Principiul proiectării laserului de injecție

amplificator generator fascicul unde

Laserele de injecție miniaturale cu dimensiuni liniare ale semiconductorilor de aproximativ 1 mm furnizează putere de radiație în modul continuu de până la 10 mW, iar în modul pulsat pot avea o putere de până la 100 W. Obținerea unei puteri mari necesită o răcire puternică.

Trebuie remarcat faptul că există multe caracteristici diferite în proiectarea laserelor. Doar în cel mai simplu caz, un rezonator optic este compus din două oglinzi plan-paralele. Sunt de asemenea utilizate modele de rezonatoare mai complexe, cu diferite forme de oglindă.

Multe lasere includ dispozitive suplimentare de control al radiațiilor situate fie în interiorul, fie în exteriorul cavității. Cu ajutorul acestor dispozitive, fasciculul laser este deviat și focalizat, iar diverși parametri de radiație sunt modificați. Lungimea de undă a diferitelor lasere poate fi de 0,1-100 microni. În cazul radiațiilor pulsate, durata pulsului variază de la 10-3 la 10-12 s. Impulsurile pot fi simple sau repetate cu o rată de repetiție de până la câțiva gigaherți. Puterea realizabilă este de 109 W pentru impulsuri de nanosecundă și 1012 W pentru impulsuri de picosecunde ultrascurte.

2.5 Laser colorant

Lasere care folosesc coloranți organici ca material laser, de obicei sub formă de soluție lichidă. Ei au adus o revoluție în spectroscopia laser și au devenit fondatorul unui nou tip de lasere cu o durată a impulsului mai mică de o picosecundă (Ultrasshort Pulse Lasers).

Astăzi, un alt laser este de obicei folosit ca pompare, de exemplu un laser Nd:YAG pompat cu diode sau un laser cu argon. Este foarte rar să găsești un laser colorant pompat de o lampă blitz. Caracteristica principală a laserelor colorante este lățimea foarte mare a buclei de câștig. Mai jos este un tabel cu parametrii pentru unele lasere colorante.

Există două posibilități de a utiliza o zonă de lucru cu laser atât de mare:

reglarea lungimii de undă la care are loc generarea -> spectroscopie laser,

generare deodată într-o gamă largă -> generare de impulsuri extrem de scurte.

Modelele cu laser variază în funcție de aceste două posibilități. Dacă utilizați pentru a regla lungimea de undă schema obisnuita, sunt adăugate numai blocuri suplimentare pentru stabilizarea termică și selectarea radiației cu o lungime de undă strict definită (de obicei o prismă, un rețea de difracție sau mai multe circuite complexe), atunci pentru a genera impulsuri extrem de scurte este necesară o instalare mult mai complexă. Designul cuvei cu mediul activ este modificat. Datorită faptului că durata impulsului laser este în cele din urmă 100 ÷30·10 ?15 (lumina în vid reușește să parcurgă doar 30 ÷ 10 µm în acest timp), inversarea populației ar trebui să fie maximă, acest lucru poate fi realizat doar prin pomparea foarte rapidă a soluției de colorant. Pentru a realiza acest lucru, se folosește un design special al unei cuve cu jet liber de colorant (colorantul este pompat dintr-o duză specială cu o viteză de aproximativ 10 m/s). Cele mai scurte impulsuri se obțin atunci când se utilizează un rezonator inel.

2.6 Laser cu electroni liberi

Un tip de laser în care radiația este generată de un fascicul monoenergetic de electroni care se propagă într-un ondulator - tabelul periodic câmpuri de deviere (electrice sau magnetice). Electronii, efectuând oscilații periodice, emit fotoni, a căror energie depinde de energia electronilor și de parametrii ondulatorului.

Spre deosebire de laserele cu gaz, lichid sau cu stare solidă, unde electronii sunt excitați în stări atomice sau moleculare legate, sursa de radiație FEL este un fascicul de electroni în vid care trece printr-o serie de magneți special localizați - un ondulator (wiggler), forțând fasciculul se deplasează pe o traiectorie sinusoidală, pierzând energie, care este transformată într-un flux de fotoni. Rezultatul este radiația moale cu raze X, care este folosită, de exemplu, pentru a studia cristalele și alte nanostructuri.

Prin modificarea energiei fasciculului de electroni, precum și a parametrilor ondulatorului (puterea câmpului magnetic și distanța dintre magneți), este posibil să se varieze frecvența radiației laser produse de FEL pe o gamă largă. , care este principala diferență dintre FEL și laserele altor sisteme. Radiația produsă de FEL este utilizată pentru studiul structurilor nanometrice - există experiență în obținerea de imagini cu particule de până la 100 nanometri (acest rezultat a fost obținut folosind microscopia cu raze X cu o rezoluție de aproximativ 5 nm). Designul primului laser cu electroni liberi a fost publicat în 1971 de John M. J. Madey, ca parte a proiectului său de doctorat la Universitatea Stanford. În 1976, Mady și colegii au demonstrat primele experimente cu FEL, folosind electroni de 24 MeV și un wiggler de 5 metri pentru a amplifica radiația.

Puterea laserului a fost de 300 mW și eficiența a fost de doar 0,01%, dar s-a dovedit că această clasă de dispozitive funcționează, ceea ce duce la un interes enorm și la o creștere bruscă a numărului de dezvoltări în domeniul FEL.

Îndrumare

Ai nevoie de ajutor pentru a studia un subiect?

Specialiștii noștri vă vor consilia sau vă vor oferi servicii de îndrumare pe teme care vă interesează.
Trimiteți cererea dvs indicând subiectul chiar acum pentru a afla despre posibilitatea de a obține o consultație.

Într-o seară rece de septembrie, vizitatorii pistei de karting Mayak de lângă Iksha, lângă Moscova, au fost destul de surprinși. Raze laser multicolore se întindeau de undeva din întuneric către o placă de placaj cu o țintă pe care era înfățișată cabina unui avion de linie. Nu, aceasta nu este o școală teroristă - doar că Popular Mechanics a decis să testeze mitul comun despre dacă un pointer laser poate servi ca armă de apărare aeriană. Și, în același timp, spuneți-ne cum funcționează laserele portabile și pentru ce sunt cu adevărat necesare

Tragere cu lunetist Pentru a testa mitul orbirii piloților aerieni, a fost realizată o țintă specială, în care a strălucit de la o distanță de 680 m un laser verde cu o putere de 300 mW, roșu - 200 mW și violet - 200 mW.

În ultimii ani, un număr mare de „atacuri cu laser” asupra aeronavelor au fost înregistrate în întreaga lume. Acest fenomen nu a ocolit nici Rusia - în 2011, Agenția Federală de Transport Aerian a numărat câteva zeci de astfel de cazuri. Și asta e încă frumos cantitate moderata: în SUA, de exemplu, se înregistrează anual aproape 3.000 de cazuri de expunere la raze laser a piloților. De regulă, pentru aceasta se folosesc indicatori laser destul de puternici - sunt ieftini (aproximativ câteva sute de dolari) și sunt disponibile pe scară largă. Autoritățile în cauză iau cele mai dure măsuri împotriva infractorilor - de la amenzi foarte mari până la mulți ani de închisoare. tari europene interziceți urgent folosirea indicatoarelor în apropierea aeroporturilor (și chiar doar pe străzi), echivalându-le efectiv cu arme reale! În Australia și Marea Britanie, de exemplu, vânzările de pointere laser cu o putere mai mare de 1 mW sunt pur și simplu interzise. Dar este cu adevărat posibil să „doborâm” un avion orbind pilotul cu un indicator laser suficient de puternic?

Pentru a testa mitul despre orbirea piloților de linii aeriene, a fost realizată o țintă specială, în care a fost un laser verde cu o putere de 300 mW, un laser roșu cu o putere de 200 mW și un laser violet cu o putere de 200 mW. a strălucit de la o distanţă de 680 m.

Indicatorii sunt ca... indicatorii

De unde au huliganii aceste arme groaznice și de ce le vând tuturor în magazine? În realitate, indicatoarele laser nu sunt, desigur, concepute pentru a doborî avioane sau elicoptere. Ei funcționează cel mai bine pentru scopul lor - adică ca indicatori. Cu toate acestea, gama lor este acum uriașă, ceea ce duce adesea la probleme și erori la alegerea puterii și a lungimii de undă. Dacă ai nevoie doar de un indicator, atunci alegere optimă va exista un laser verde (cu o lungime de undă de 532 nm). Faptul este că sensibilitatea ochiului la diferite culori ale spectrului este diferită și este maximă în regiunea verde. Prin urmare, un laser verde va fi mai strălucitor chiar și la o putere mai mică - de exemplu, pentru ochiul uman, un laser verde de 5 mW 532 nm este de două ori mai luminos decât un laser roșu de 20 mW 650 nm.

Determinarea puterii este, de asemenea, ușoară. Pentru utilizare în timpul seminariilor, conferințelor și altor evenimente în în interior 5 mW va fi suficient. Laserele mai puternice pot reprezenta un pericol potențial pentru vedere și, cel mai important, pot provoca iritații în rândul privitorilor prin luminozitatea lor excesivă. În aer liber pe timp de noapte - să spunem, atunci când efectuați „excursii” prin cerul înstelat - un laser verde de 5 mW va fi, de asemenea, suficient. Dar aceasta este în afara orașului, unde lumina orașului nu interferează. În condiții urbane, pe un cer relativ luminos, veți avea nevoie de puțin mai mult - aproximativ 20-50 mW. În timpul zilei, pentru a indica detalii arhitecturale individuale („atenție la minunatele modele de stuc din zona etajul cinci al clădirii vecine!”), indicatoare cu o putere de 50-100 și pe un luminos luminos. zi însorită chiar și 200-300 mW, nu va fi de prisos. Dar amintiți-vă: astfel de lasere reprezintă deja un pericol real pentru vedere, iar oamenii se pot uita prin ferestrele caselor!

Nu te uita la laser cu ochiul rămas

Chiar și laserele de putere redusă pot prezenta riscuri pentru sănătate. Orice dispozitiv care are un laser în design, obligatoriu furnizat cu o etichetă care indică clasa sa de pericol.
Clasa 2/II - indicatori laser cu o putere de până la 1 mW, care pot reprezenta un pericol dacă ochiul este expus la un fascicul direct pentru o perioadă lungă de timp.
Clasa 3R/IIIa - pointere laser cu o putere de până la 5 mW, care reprezintă un pericol atunci când sunt expuse la un fascicul direct pentru o perioadă lungă de timp, sau când sunt expuse la un fascicul focalizat suplimentar de dispozitive optice (de exemplu, binoclu).
Clasa 3B/IIIb - lasere portabile cu o putere de până la 500 mW, care sunt cu siguranță periculoase dacă fasciculul lovește ochii.
Clasa 4/IV - lasere portabile cu o putere de peste 500 mW, care pot cauza arsuri ale pielii și deteriora vederea chiar și de lumina reflectată de suprafețele mate.
Când utilizați lasere cu o clasă de pericol mai mare decât IIIa, se recomandă insistent utilizarea specială ochelari de protectie, conceput pentru a proteja vederea de radiațiile laser de tipul adecvat. Fascicul laser direct, reflectat sau refractat nu trebuie să fie îndreptat niciodată spre ochi. Laserele de clasa IV, atunci când sunt lovite direct în ochi de la o distanță scurtă, sunt garantate să provoace daune grave până la pierdere totală vedere, fasciculul lor poate provoca arsuri și incendii.

Figura care arde

Cu toate acestea, în mintea majorității cititorilor, laserele sunt asociate cu un fascicul „arzător”. Și pe bună dreptate: mașinile de tăiat cu laser funcționează în multe industrii, tăind cel mai mult diverse materiale- de la folii polimerice la foi de otel. Adevărat, puterea laserului de acolo nu se măsoară deloc în miliwați. Cu toate acestea, progresele în acest domeniu au ajuns atât de departe încât o astfel de mașină poate fi acum construită acasă. Laserele violet (405 nm) și albastru-violet (445 nm) cu semiconductor de mare putere sunt ideale în acest scop. Au un raport bun preț-putere, iar radiația lor este bine absorbită de majoritatea materialelor. În plus, de regulă, producătorii oferă în astfel de lasere portabile (numirea lor pointeri nu mai este în întregime corectă) capacitatea de a regla focalizarea fasciculului.

Cel mai interesant care a venit în mâinile noastre a fost cu siguranță un laser albastru-violet (445 nm) cu o putere de 1 W. Cu respectarea atentă a măsurilor de siguranță, acest laser poate fi un instrument pentru multe experimente științifice populare și divertisment grozav. Culoarea extraordinară, stabilitatea ridicată, focalizarea reglabilă și puterea de zdrobire sunt capabile pentru o lungă perioadă de timp te fac să uiți de toate celelalte lasere! Fasciculul său este perfect vizibil pe cerul de seară, lumina reflectată de tavan luminează cu ușurință o încăpere destul de mare, iar cu o focalizare adecvată taie cu ușurință hârtia și în câteva minute poate chiar să facă o gaură în lemn de mai mult de 3 mm grosime. În plus, astfel de lasere au în mod fundamental o divergență destul de mare - de 3-10 ori mai mult decât alte tipuri, dar în acest caz acesta este mai degrabă un plus, deoarece reduce pericolul pentru alții. Cu toate acestea, puterea mare și lungimea de undă scurtă duc la pericol mare pentru vedere chiar si la observarea reflectata si lumină difuză, prin urmare, atunci când lucrați cu acest laser, este imperativ să folosiți ochelari de protecție care să taie cel mai radiații periculoase.

Poate fi folosit ca o apărare improvizată ochelari standard cu filtre galbene pentru a crește contrastul (de exemplu, filtre de fotografiere).

Laserele violete (405 nm) cu o putere mai mare de 300 mW sunt acum greu de găsit, dar datorită unei focalizări mai bune, abilitățile lor „incendiare” sunt foarte apropiate de un laser albastru-violet (445 nm) de 1 W. La o distanță de 5-10 m, indicatorul violet de 300 mW ajunge din urmă cu monstrul de un watt, apoi îl ocolește complet și, în același timp, costă mai puțin. Cu toate acestea, este posibil să arzi ceva la o asemenea distanță doar dacă atât laserul, cât și ținta sunt fixate nemișcate. Deci, deocamdată, sulițele laser ale Gărzii Stelelor rămân provincia serialelor science-fiction. Pe lângă ardere, indicatorul violet este interesant pentru că face ca multe materiale să strălucească puternic, ca o lampă cu ultraviolete. Pentru a vă proteja vederea de lumina reflectată și împrăștiată, sunt potriviți și ochelarii cu filtre galbene.

Am decis să testăm toată puterea de incinerare a unui indicator de un watt într-o manieră modernă, construind o mașină de ardere CNC cu două axe de la un designer Fischertechnik. Am luat ca bază kitul ROBO TX Automation Robots și l-am echipat cu un controler de computer ROBO TX. În ciuda aspectului său ușor de jucărie, acesta este un controler serios, cu un set cuprinzător de intrări și ieșiri pentru servo, lumini indicatoare, comutatoare, senzori (fotorezistor, radar cu ultrasunete, senzor de culoare, microfon). Controlerul se conectează la computer prin USB sau Bluetooth. Am programat mașina pentru arderea spotului: la fiecare „pixel” al designului, indicatorul s-a oprit timp de 5 secunde și a reușit să ardă un punct negru distinct, după care fasciculul laser s-a deplasat cu un pas și a continuat să ardă. Lucrarea a fost oarecum complicată de faptul că, pentru a evita supraîncălzirea, indicatorul nu ar trebui să funcționeze continuu mai mult de 30 de secunde, așa că programul a trebuit să fie întrerupt la fiecare jumătate de minut. Arderea unui design simplu ne-a luat puțin peste o oră.

Toate culorile curcubeului

Pentru a selecta arma ideală, editorii s-au înarmat cu un arsenal consistent de o gamă de indicatori laser - roșu, verde și violet, cu o putere de 100 până la 300 mW. Laserele verzi cu o lungime de undă de 532 nm sunt responsabile pentru al doilea boom în pointeri. Și pe bună dreptate: cu aceeași putere, sunt de 4-15 ori mai strălucitoare decât cele roșii, de 20 de ori mai strălucitoare decât cele albastru-violet și de 190 de ori mai strălucitoare decât indicatoarele violet! Deci, dacă un laser nu este doar o modalitate prin care puteți face ceva fum, ci și un instrument de lucru pentru prezentări (sau un spectacol cu laser), atunci un indicator verde este exact ceea ce aveți nevoie. Dar nu sunt foarte bune pentru ardere - cu aceeași putere rămân în urma celor violet și albastru-violet și necesită ochelari de protecție speciali.

Atenție la falsuri!

Indicatoarele laser cu neodim sunt în producție de peste zece ani. În acest timp, în ciuda complexității tehnologiei, producătorii de frunte au reușit să-și perfecționeze producția și să obțină constant produse de înaltă calitate.
Cu toate acestea, majoritatea laserelor ieftine cu neodim se încadrează în categoria „fără nume”. Producătorii lor sunt adesea incapabili să ofere nicio performanță stabilă. Mai multe modele de indicatori verzi cu o putere de 100 și 300 mW testate de editorii PM au arătat mai puțin de 50% din puterea declarată. În plus, funcționarea multor modele este foarte instabilă în timp și cu schimbările de temperatură; divergența fasciculului este uneori de câteva ori mai mare decât cea declarată. Prin urmare, vă recomandăm să testați laserul înainte de a cumpăra și să aflați în detaliu problema obligațiilor de garanție. Dar indicatori verzi de putere redusă de 5-10 mW pot fi achiziționați relativ ușor. Ei bine, cel mai bine este să nu alegeți ieftin și să luați un laser de la un producător binecunoscut care apreciază reputația acestuia.

În cele din urmă, deși nu am reușit să găsim la vânzare indicatori roșii clasici cu o putere mai mare de 200 mW, nu ar trebui să fie reduse. Aceste lasere au o eficienta foarte mare, deci sunt foarte economice, ambalate intr-un pachet compact si sunt mult mai putin predispuse la supraincalzire. În ciuda diametrului mare al fasciculului de ieșire, 200 mW de putere sunt suficiente pentru a tăia, să zicem, o pungă de plastic neagră. În plus, roșul este cel mai „clasic” culoare laser si in acelasi timp varianta cea mai ieftina.

Dar indicatoarele albastre reale (473 nm) și galbene (593 nm) sunt un produs exclusiv, rar și scump. Și dacă aveți suficienți bani pentru a le achiziționa, puteți fi sigur că la orice conferință toată lumea va fi atentă la raza pointerului dvs. Cele albastre, de asemenea, nu strălucesc continuu, ci în impulsuri cu frecventa inalta(aproximativ 1 kHz), astfel încât fasciculul desenează o linie întreruptă pe perete, mai degrabă decât una solidă. Indicatoarele albastre sunt aproximativ echivalente ca luminozitate cu cele roșii de 650 nm, iar cele galbene sunt similare cu cele verzi. Dar prețul indicatoarelor galbene este de peste două ori mai mare decât al celor albastre.

Să verificăm singuri

Așadar, după ce au adunat întregul sortiment de indicii, editorii au mers la „terenul de testare”. La o distanță de 680 m, „trăgătorul” trebuia să lumineze ținta, „orbindu-l” pe pilotul înfățișat pe ea. Și acum un fascicul verde strălucitor al unui laser de 300 mW ajunge spre țintă, lăsând pe ea un punct slab de aproximativ jumătate de metru în diametru. Dar este posibil să păstrați locul pe țintă doar pentru o fracțiune de secundă - la o astfel de distanță, chiar și cel mai mic tremur al mâinilor duce la devierea fasciculului în lateral. Este aproape imposibil să țineți fasciculul într-un singur loc pentru o lungă perioadă de timp (mai mult de o fracțiune de secundă), iar în acest timp este imposibil să orbiți pilotul. Dar avionul se deplasează, și cu o viteză considerabilă, estimată în sute de metri pe secundă! Desigur, este posibil să se creeze un sistem pentru urmărirea automată a poziției aeronavei și ajustarea direcției fasciculului, dar cu o astfel de lunetă, nu mai puteți pierde timpul cu indicatoare, ci folosiți un laser mult mai puternic - dar acesta nu mai este un indicator, ci o adevărată armă militară.

În redacție erau și voluntari care riscau să-și bage ochii sub pata verde de jumătate de metru. (Acest lucru este relativ sigur, dar în niciun caz nu recomandăm repetarea experimentului nostru.) Potrivit acestora, de la o asemenea distanță fasciculul verde din întunericul serii părea foarte strălucitor, dar de îndată ce a încetat să lovească direct în ochi, vederea era complet restaurat fără probleme.sau fenomene reziduale precum pete luminoase plutitoare. Piloții pe care i-am intervievat s-au dovedit, de asemenea, a fi sceptici, explicând că este nerealist să orbi un pilot de avion de linie cu un indicator laser – este destul de dificil să intri în cabina înaltă de jos. Cu toate acestea, cu o lovire reușită (nu orbitoare!) pe geamul cabinei, o lumină puternică este destul de capabilă să distragă atenția piloților, iar pierderea atenției în timpul aterizării, chiar și pentru o fracțiune de secundă, poate fi periculoasă. Mai ales pentru piloții de elicopter - viteza lor este mai mică, iar distanța de la care se face impactul este mult mai apropiată - nu sute de metri, ci zeci (de fapt, doar piloții de elicopter sunt printre adevăratele victime ale orbirii).

Concluzia este următoarea: un pointer laser, chiar și unul destul de puternic (300 mW), este incapabil, de la o distanță de câteva sute de metri, nu numai să „arde” corpul unui avion (ca mass-media, avid de senzații). , a scris), dar chiar pentru a orbi serios piloții. Dar iluminarea de la indicator poate distrage atenția, prin urmare, în aviație, unde chiar potențiale pericole sunt tratați extrem de atent și această amenințare este luată în serios.

Editorii mulțumesc companiilor Artleds (www.artleds.ru) și Microholo (www.cnilaser.ru) pentru că au furnizat indicații pentru testare