Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
9 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Принцип работы лазерной указки

Лазерная указка для чего она нужна. Принцип работы лазерной указки

Кратко об устройстве

Лазер был изобретен в результате проверки теоретических предположений ученых, занимающихся еще только начавшей тогда зарождаться квантовой физикой. Принцип, положенный в основу лазерной указки, был предсказан Эйнштейном еще вначале XX в. Недаром это приспособление так называется — «указка».

Более мощные лазеры используются для выжигания. Указка дает возможность реализовать творческий потенциал, например, с их помощью можно выгравировать на дереве или на оргстекле красивый качественный узор. Самые мощные лазеры могут разрезать металл, поэтому они применяются в строительных и ремонтных работах.

ЛУ зеленого цвета (green laser)

Днем человеческий глаз более чувствителен к зеленым цветам, чем к красным (где-то в 6-10 раз). Благодаря этому green laser светит более ярко. Однако в ночи все происходит наоборот.

Зеленые лазерные диоды чрезвычайно дорогостоящие, поэтому для создания green laser используют твердотелые лазеры с диодами. Они не такие дорогие как зеленые лазерные диоды, но ценнее, чем красные. Длина волны green laser — 532 нм, с КПД приблизительно 20%. Зеленые ЛУ энергозатратнее красных, вследствие этого трудно подбирать агрегаты, питающиеся от таблеточных батарей.

Принцип действия лазерной указки

По принципу действия лазер представляет собой генератор фотонов. Суть явления, которое лежит в его основе, состоит в том, что на атом оказывает воздействие энергия в виде фотона. В результате этот атом излучает следующий фотон, который движется в том же направлении, что и предыдущий. Эти фотоны имеют одну и ту же фазу и поляризацию. Разумеется, излучаемый свет в этом случае усиливается. Такое явление может произойти только в отсутствии термодинамического равновесия. Чтобы создать индуцированное излучение, применяют разные способы: химические, электрические, газовые и другие.

Само слово «лазер» возникло не на пустом месте. Оно образовалось в результате сокращения слов, описывающих суть процесса. На английском полное название этого процесса звучит так: «light amplification by stimulated emission of radiation», что на русский переводится как «усиление света посредством вынужденного излучения». Если говорить по-научному, то лазерная указка — это оптический квантовый генератор.

Безопасность

Лазерное излучение опасно при попадании в глаза.

Обычные лазерные указки имеют мощность 1-5 мВт и относятся к классу опасности 2 — 3А и могут представлять опасность, если направлять луч в человеческий глаз достаточно продолжительное время или через оптические приборы. Лазерные указки мощностью 50-300 мВт относятся к классу 3B и способны причинить сильные повреждения сетчатке глаза даже при кратковременном попадании прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого.

В лучшем случае лазерные указки оказывают только раздражающее воздействие. Но последствия будут опасными, если луч попадает в чей-то глаз или направлен в водителя или пилота и может отвлечь их или даже ослепить. Если это приведёт к аварии, то повлечёт за собой уголовную ответственность.

Всё более многочисленные «лазерные инциденты» вызывают в России, Канаде, США и Великобритании требования ограничить или запретить лазерные указки. Уже сейчас в Новом Южном Уэльсе предусмотрен штраф за обладание лазерной указкой, а за «лазерное нападение» — срок лишения свободы до 14 лет.

Также важно учесть, что у большинства дешёвых китайских лазеров, работающие по принципу накачки (то есть зелёные, жёлтые и оранжевые) отсутствует ИК-фильтр ради соображения экономии, и такие лазеры фактически представляют большую опасность для органов зрения, чем заявлено производителями.

Подготовка к изготовлению

Как говорилось выше, можно сделать лазер своими руками в домашних условиях. Для этого следует подготовить следующие инструменты, а также простые предметы, которые практически всегда имеются в домашнем обиходе:

  • отвертку;
  • нож;
  • паяльник;
  • напильник;
  • вышедший из строя DVD-привод с исправным лазерным диодом;
  • маломощную лазерную указку;
  • 2 резистора на 1 Ом;
  • 3 аккумулятора типа AAA;
  • конденсаторы на 100 мкФ и на 0,1 мкФ.

Этих материалов хватит, чтобы выполнить все работы по изготовлению как простого, так и мощного лазера своими руками.

Линейный лазер из указки своими руками

Здравствуйте, уважаемые читатели и самоделкины! В данной статье, автор YouTube канала «jisaku-kobo» расскажет Вам, как из обычного лазерного модуля, или указки сделать очень полезное приспособление для дома и мастерской.


Эта простая конструкция позволит сделать из точечного лазера линейный.


С ее помощью можно будет делать линейные указатели для различных станков, что весьма облегчит работу.
Материалы. — Алюминиевая трубка внешним диаметром 8 мм и толщиной стенок 1 мм — Профильная алюминиевая труба 10Х10 мм, толщина стенок 1 мм — Лазерный модуль — Пластиковые болтики — Держатель для двух пальчиковых батареек — Термоусадочная трубка, припой — Двухкомпонентная эпоксидная смола — Стеклянный круглый пруток диаметром 3-5 мм — Малярная лента — Две батарейки АА.

Инструменты, использованные автором. — Паяльник — Небольшая циркулярная пила, либо ножовка по металлу — Струбцина — Плоская и крестовая отвертки — Сверлильный станочек — Угольник — Метчик — Алмазный надфиль.

Процесс изготовления. Итак, автор приобрел лазерный модуль с длиной волны в 580 нм, и батарейный отсек.

Для чего нужна лазерная указка: сферы применения и техника безопасности

Лазерные указки давно перестали быть новомодной диковинкой. Этот яркий и необычный гаджет имеет множество самых разнообразных граней применения. Принцип функционирования лазерной указки основан на непрерывном прохождении луча, который генерируется инфракрасным светодиодом, через систему специальных линз и кристаллов. В результате оптического преобразования на выходе излучение концентрируется в пучок и превращается в видимый человеческому глазу мощный лазерный поток.

Теоретически цвет лазерной указки может быть самым разнообразным, однако на практике оказалось, что использование лазера в быту и на производстве может оказаться рискованным занятием: далеко не весь диапазон лазерного излучения безопасен для человека. В настоящее время массово выпускаются и поступают в продажу указки с зеленым, синим и красным свечением. Давайте творчески подойдем к вопросу: для чего нужна лазерная указка?

Наука на службе у человека: самые распространенные области использования лазера

  • Первое, что приходит в голову при слове указка — это школа или другое любое учебное заведение. Безусловно, лазерную указку также можно использовать в образовательных целях для того, чтобы сконцентрировать внимание аудитории на конкретном объекте. Особенно актуальным будет использование в больших лекционных залах и на проецируемых экранах большого размера.
  • На уроках физики в старшей школе или университете лазерная указка может использоваться как наглядное пособие для демонстрации возможностей лазерного луча.
  • Бизнес-презентации. Лазерная указка не занимает много места и легко помещается в карман. Однако, это небольшое устройство поможет Вам в эффектном представлении разработанного проекта и сделает презентационный макет более наглядным. Не задерживайте долго цель на одной точке, чтобы избежать рывков.
  • В приключенческих фильмах и боевиках Вы неоднократно могли заметить красную точку, с помощью которой снайпер удерживает потенциальную жертву на прицеле. Лазерная указка — это мощный указатель цели, который давно используется военными для огнестрельного, а также пневматического оружия.
  • В научных лабораториях часто используют зеленые лазерные указки: они помогают обнаруживать примеси или жидкости в прозрачных веществах, а в комплектации с соответствующими светофильтрами эффективно выявляют флуоресцентное свечение, связанное с загрязнением поверхностей остаточным количеством органических соединений.
  • Яркий лазерный свет — это отличный помощник для шахтеров, разрабатывающих новые проходы и туннели.
  • Для чего нужна лазерная указка в астрономии? Их активно используют в процессе юстировки — настройки телескопов и изучения форм поверхности системы их зеркал.
  • В отличие от красных, зеленые лучи лазерных указок отлично видны днем на достаточно длительных расстояниях, поэтому экскурсоводы активно их используют не только в помещениях, но и на открытых пространствах.

Отдых и увлечения: для чего нужна лазерная указка

Если Вы являетесь фанатом старой доброй радиосвязи, возможно использование лазера в конструкциях как элемента связи в зоне видимости.

Любители астрономии по достоинству оценят яркий зеленый луч, с помощью которого в безлунную ночь можно указывать на звезды и кометы. Контрастное свечение лазера в звездном небе создаст дополнительную романтическую атмосферу для влюбленной пары. Вы также можете привить интерес к изучению созвездий и планет своим детям, доверив им указку под бдительным контролем.

Сняв с красной указки коллиматор, можно использовать гаджет в любительской голографии.

Любители туристических походов и горных перевалов могут использовать лазерные указки как указатели планируемого маршрута и сигнальное устройство в случае отставания от группы. Также лазерная указка легко поджигает спички и сухие щепки.

Рыбаки, предпочитающие лодочную сетевую рыбалку, могут легко кооперироваться на водном пространстве в абсолютной темноте при помощи ярких лазерных лучей.

Диджей с лазерной указкой в ночном клубе быстро привлечет к себе визуальное внимание благодарной и восторженной публики.

Домашние питомцы, особенно кошки, любят играть со световым пятном. Будьте осторожны, чтобы не напугать животное ярким свечением.

Бытовое использование лазера в любом случае требует осторожности: прямое попадание луча в глаза человека или животного может вызвать повреждение клеток сетчатки и даже вызвать временное ослепление.

Как сделать лазерную указку своими руками

Лазерная указка — полезный предмет, предназначение которого зависит от мощности. Если она не очень велика, то луч можно наводить на удаленные предметы. В этом случае указка может играть роль игрушки и использоваться для развлечения. Она же может нести и практическую пользу, помогая человеку показывать на тот объект, о котором он говорит. Используя подручные предметы, можно изготовить лазер своими руками.

  • Кратко об устройстве
  • Принцип действия лазерной указки
  • Подготовка к изготовлению
  • Самостоятельная сборка лазера

Кратко об устройстве

Лазер был изобретен в результате проверки теоретических предположений ученых, занимающихся еще только начавшей тогда зарождаться квантовой физикой. Принцип, положенный в основу лазерной указки, был предсказан Эйнштейном еще вначале XX в. Недаром это приспособление так называется — «указка».

Более мощные лазеры используются для выжигания. Указка дает возможность реализовать творческий потенциал, например, с их помощью можно выгравировать на дереве или на оргстекле красивый качественный узор. Самые мощные лазеры могут разрезать металл, поэтому они применяются в строительных и ремонтных работах.

Принцип действия лазерной указки

По принципу действия лазер представляет собой генератор фотонов. Суть явления, которое лежит в его основе, состоит в том, что на атом оказывает воздействие энергия в виде фотона. В результате этот атом излучает следующий фотон, который движется в том же направлении, что и предыдущий. Эти фотоны имеют одну и ту же фазу и поляризацию. Разумеется, излучаемый свет в этом случае усиливается. Такое явление может произойти только в отсутствии термодинамического равновесия. Чтобы создать индуцированное излучение, применяют разные способы: химические, электрические, газовые и другие.

Само слово «лазер» возникло не на пустом месте. Оно образовалось в результате сокращения слов, описывающих суть процесса. На английском полное название этого процесса звучит так: «light amplification by stimulated emission of radiation», что на русский переводится как «усиление света посредством вынужденного излучения». Если говорить по-научному, то лазерная указка — это оптический квантовый генератор.

Читать еще:  Устройство электродвигателя переменного тока

Подготовка к изготовлению

Как говорилось выше, можно сделать лазер своими руками в домашних условиях. Для этого следует подготовить следующие инструменты, а также простые предметы, которые практически всегда имеются в домашнем обиходе:

  • отвертку;
  • нож;
  • паяльник;
  • напильник;
  • вышедший из строя DVD-привод с исправным лазерным диодом;
  • маломощную лазерную указку;
  • 2 резистора на 1 Ом;
  • 3 аккумулятора типа AAA;
  • конденсаторы на 100 мкФ и на 0,1 мкФ.

Этих материалов хватит, чтобы выполнить все работы по изготовлению как простого, так и мощного лазера своими руками.

Самостоятельная сборка лазера

Потребуется найти дисковод. Главное, чтобы его лазерный диод был исправен. Конечно, дома такого предмета может и не быть. В этом случае его можно приобрести у тех, у кого он есть. Зачастую люди выбрасывают оптические приводы, даже если их лазерный диод еще работает или продают их.

Выбирая привод для изготовления лазерного устройства, нужно обращать внимание на фирму, в которой он был выпущен. Главное, чтобы этой фирмой не была Samsung: приводы от этого производителя оснащены диодами, которые не имеют защиту от наружного воздействия. Следовательно, такие диоды быстро загрязняются и подвергаются тепловым нагрузкам. Они могут быть повреждены даже в результате легкого прикосновения.

Лучше всего для изготовления лазера подходят приводы от компании LG: каждая их модель оснащается мощным кристаллом.

Важно, чтобы привод при использовании по прямому назначению мог не только считывать, но и записывать информацию на диск. В записывающих принтерах есть инфракрасный излучатель, необходимый для сборки лазерного устройства.

Работа заключена в следующих действиях:

  1. Разборка DVD-привода. Это нужно делать максимально осторожно, так как находящиеся внутри детали очень хрупкие.
  2. После разборки корпуса без труда можно заметить нужный компонент. Он представляет собой маленькое стеклышко, находящееся в передвижной каретке. В нем находятся пара диодов и линза. Луч способен навредить зрению, поэтому ни в коем случае нельзя направлять его в глаза, даже если он находится на расстоянии 100 м.
  3. Как только кристалл будет извлечен, нужно сразу же перевязать его концы проводами без изоляции. В результате образуются два выхода напряжения. К одному из них необходимо с помощью паяльника присоединить малый конденсатор, имеющий полярность «-«. К другому выходу также с помощью паяльника прикрепляется второй из заготовленных ранее конденсаторов. Его полярность «+».
  4. Питаться лазерная установка должна током напряжением 3 В и силой около 300 мА. Можно использовать три простых пальчиковых батарейки или аккумулятор мобильного телефона. Если скорость записи разобранного привода была небольшой, то и сила тока тоже может быть небольшой, например, всего 200 мА. Если же скорость была больше, то и силу тока следует увеличить.
  5. Коллиматор можно изготовить из оптической линзы. Ее можно взять из простейшей лазерной указки китайского производства.

Готовая лазерная указка, сделанная своими руками, может с легкостью разрезать целлофановые пакеты и моментально взрывать воздушные шары. Если же навести этот самодельный прибор на деревянную поверхность, то луч сию же минуту прожжет ее. При использовании необходимо соблюдать меры осторожности.

Устройство и принцип работы лазерных указок

Активные темы (За последние xx минут)
15 Минут30 Минут45 Минут
Активные темы (За последние xx часов)
1 Час2 Часа4 Часа
6 Часов12 Часов18 Часов
Активные темы (За последние xx дней)
1 День2 Дня3 Дня
4 Дня7 Дней14 Дней
Темы без ответа
Ссылки сообщества
Пользователи
Розыгрыши призов
К странице.
  • Бесплатные розыгрыши призов
  • Для гостей форума
  • Пожертвования (Donate)

На форуме ежемесячно проходят бесплатные розыгрыши призов для зарегистрированных и активно общающихся форумчан. Вы можете выиграть не только различные лазерные указки и другое лазерное оборудование, но и фонарики, зарядные устройства, аккумуляторы и другие аксессуары известных брендов, а также фонари и компоненты от известных кастомщиков и мелкосерийных производителей. Также разыгрываются и другие призы, такие как мультитулы, ножи, рюкзаки и другое снаряжение. Все проходящие розыгрыши призов являются действительно абсолютно бесплатными для самих участников, т.к. все расходы берут на себя организаторы (т.е. владельцы данного форума) и сами спонсоры, которые предоставляют тот или иной приз для наших розыгрышей призов. Форумчане не несут никаких имущественных рисков, связанных с участием в данных розыгрышах (т.е. вы ничего не оплачиваете и ничем не рискуете). Вам достаточно нажать кнопку «Принять участие» и ждать результата!

На данный момент проходит 1 розыгрыш призов.

Искренне рады видеть Вас на нашем независимом проекте о лазерах и лазерной технике!

Что Вам даст регистрация на нашем проекте:

— Возможность участия во всевозможных акциях, конкурсах и лотереях постоянно проходящих на форуме
— Возможность пользоваться скидками и бонусами, которые предоставляют различные популярные магазины специально для наших форумчан
— Возможность побывать в роли тестеров новейших разработок в области лазерной техники и их комплектующих
— Возможность неограниченного доступа к закрытой технической информации и некоторым интересным разделам форума

и много других приятных привилегий

Искренне надеемся, что Вам у нас понравится!

Лазерная указка — портативный генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча.
В ранних моделях лазерных указок использовали гелий-неонные (HeNe) газовые лазеры и излучали в диапазоне 633 нм. Они имели мощность не более 1 мВт и были очень дорогими. Сейчас в лазерных указках в большинстве случаев используют менее дорогие красные диоды с длиной волны 650—670 нм.

В наших указках используется обычный лазерный диод с линзой и небольшая плата для управления питанием.

Типы лазерных указок:

Красные лазерные указки.

В большинстве случаев лазерные указки изготавливаются на основе красного лазерного диода, который излучает в диапазоне 635—670 нм.
Для питания лазерного диода используется небольшая плата-драйвер.
Для сведения излучения в узконаправленный луч, как правило используется двояковыпуклая линза-коллиматор.

ДЛЯ СПРАВКИ: -Человеческий глаз приблизительно в 6-10 раз чувствительнее к зелёному свету чем к красному(см. график ниже).

Зеленые лазерные указки

Зеленые лазерные указки начали продаваться в 2000 году. Это самый распространенный тип твердотельных с диодной накачкой (DPSS) лазеров. Лазерные диоды зелёного цвета производятся, но они очень дорогие и их нет в серийном производстве, поэтому используется другая схема. Устройство намного сложнее, чем у обычных красных указок, и зелёный свет получают довольно громоздким способом.
Сначала мощным (обычно >100 мВт) инфракрасным лазерным диодом 808 нм накачивается кристалл ортованадата иттрия с неодимовым легированием (Nd:YVO4), где излучение преобразуется в 1064 нм. Потом, проходя через кристалл титанила-фосфата калия (KTiOPO4, сокр. KTP), частота излучения сдваивается (1064 нм → 532нм) и получается видимый зелёный свет.
КПД схемы около 20 %.

Синие лазерные указки

Синие лазерные указки появились в 2006 году и имеют схожий с зелёными лазерными указками принцип работы. 473 нм свет обычно получают путем удвоения частоты 946 нм лазерного излучения. Для получения 946 нм используется кристалл алюмо-иттриевого граната с добавками неодима (Nd:YAG).
КПД низкий, около 3 %, сами лазеры очень дорогие.
Появились Синие ЛД. http://forum.hobbi.tv/forumdisplay.php?f=53

Фиолетовые лазерные указки

Свет в фиолетовых указках генерируется лазерным диодом, излучающим луч с длиной волны 405 нм. Длина волны 405 нм находится на границе диапазона, воспринимаемого человеческим зрением и поэтому лазерное излучение таких указок кажется тусклым. Однако, свет указки вызывает флюоресценцию некоторых предметов, на которые он направлен, яркость которой для глаза выше, чем яркость самого лазера.
Фиолетовые лазерные указки появились сразу после появления Blu-ray-приводов, в связи с началом массового производства лазерных диодов на 405 нм.

Жёлтые лазерные указки

В жёлтых лазерных указках 808 нм луч конвертируется в 1064 нм луч, далее 1064 нм луч конвертируется в луч 1342 нм и только потом сдваивается в луч 593,5 нм.
КПД жёлтых лазеров составляет около 1 %.

Лазерная указка в быту

Лазерная указка — это сложное изделие, хотя с виду кажется что наоборот. Она содержит полупроводниковый лазер, автоматику поддержания определенного тока, протекающего через него, оптическую систему, батарею гальванических элементов напряжением 3…4,5 В, кнопку включения. Потребляемый лазером ток составляет 30…50 мА.

Хотя излучаемая указкой мощность (длина волны 630…650 нм) не превышает 5 мВт, за счет концентрации ее в узконаправленном луче потери на распространение невелики.

Излучение лазера можно зафиксировать на большом расстоянии. Однако категорически не допускается направлять луч указки на глаза — это опасно. Указка может работать в охранных устройствах, светотелефонах, самодельных игрушках, устройствах отпугивания птиц и т.д. Пока же ограничимся рассказом о постройке автомата, способного по сигналу указки включать и выключать бытовые электро и радиоприборы. Сама указка при этом никакой переделки не требует.

Автомат представленный на рисунке выше содержит фотоприемник на фотодиоде VD1, компаратор напряжения на логических элементах DD1.1, DD1.2, генератор импульсов на элементах DD1.3, DD1.4, D-триггер DD2, два электронных ключа на транзисторах VT1, VT2, исполнительный элемент — электромагнитное реле К1 и блок питания.

Блок питания выполнен по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором С6. Переменное напряжение выпрямляется диодами VD6, VD7, сглаживается конденсатором С5 и стабилизируется стабилитронами VD4, VD5. Питание на микросхемы поступает со стабилитрона VD4 через диод VD2 и сглаживающий конденсатор С1.

Рассмотрим теперь как устройство работает. В начальный момент времени, после подключения устройства к сети, высокий логический уровень через цепочку C4R7 поступает на вход R триггера и обнуляет его. На выходе триггера — низкий логический уровень, ключ на транзисторе VT2 закрыт, реле обесточено, нагрузка отключена от сети. На входе и выходе компаратора будет высокий логический уровень, а на входах элементов DD1.3, DD1.4 — низкий, генератор не работает. При этом на выходе элемента DD1.4 устанавливается высокий уровень, транзистор VT1 открывается и включает светодиод HL1.

Рассмотрим, как же происходит переключение. Фотодиод VD1 освещают лазерным лучом, и напряжение на нем значительно уменьшается. Компаратор после разрядки конденсатора С2 срабатывает, и на его выходе появляется низкий уровень. На выводы элементов DD1.3, DD1.4 поступает высокий уровень, генератор начинает работать, светодиод мигает, свидетельствуя об освещении фотодиода.

Если теперь выключить лазер или убрать луч в сторону от фотодиода, то напряжение на нем увеличится, компаратор установится в положение с высоким уровнем на выходе, и триггер переключится. На его выходе появится высокий логический уровень, транзистор VT2 откроется, реле сработает и замыкающимися контактами К 1.1 подаст на нагрузку сетевое напряжение.

В случае повторного кратковременного освещения фотодиода (пока не замигает светодиод) устройство переключится в исходное состояние и нагрузка будет без напряжения.

Благодаря использованию реле, к устройству допустимо подключать самую разнообразную радиоэлектронную аппаратуру: радиоприемники, телевизоры, видеомагнитофоны и т.д. с любыми блоками питания, а также электроприборы с электродвигателями, например вентиляторы.

В устройстве можно использовать транзисторы КТ315А-КТ315Е, КТ312А-КТЗ12В, КТ3102А-КТ3102Д, микросхемы серий К176, К561, 564, любого светодиода из серии АЛ307 (желательно в пластмассовом корпусе). Диоды VD2, VD3 — любые выпрямительные, VD6, VD7 — КД102Б или аналогичные маломощные с максимально допустимым обратным напряжением не менее 400 В и током не менее 100 мА, стабилитроны — на напряжение стабилизации 8…10 В. Полярные конденсаторы — серий К50, К52, С6-К73, остальные — КМ, КЛС, К10. Подстроечный резистор R2 — СПЗ-19, постоянные — МЛТ, С2-33. Реле следует подобрать с напряжением срабатывания 12…15 В при токе не более 30 мА, например, РЭС9 (паспорт РС4.524.200, РС4.524.201), его контакты должны выдерживать напряжение сети и ток, потребляемый нагрузкой.

Читать еще:  Калькулятор перевода киловатт в лошадиные силы (кВт в л

Несколько слов о реле РЭС9. По справочным данным его контакты рассчитаны на напряжение 115 В. Однако многолетняя практика использования реле в различных устройствах показала надежную работу контактов при сетевом напряжении 220 В. Конечно, можно остановить выбор на реле типов РКН, МКУ-48, но габариты конструкции значительно возрастут.

Чтобы избежать помех и сбоев в работе, нужно так установить автомат, чтобы фотодиод был защищен от попадания на него света от осветительных приборов.

Налаживание устройства сводится к установке его чувствительности (подстроенным резистором R2), скорости реагирования на освещение лазером (подбором конденсатора С2), частоты мигания светодиода (грубо — подбором конденсатора С3, плавно — резистора R5).

Автомат можно несколько упростить, исключив генератор. При этом левый по схеме вывод резистора R8 надо отсоединить от вывода 3 микросхемы DD1 и соединить с выводом 11. Элементы R5, СЗ удаляют, соединение между выводами 2 и 4 DD1 убирают, а неиспользованные входы элементов DD1.3, DD1.4 соединяют с общим проводом. В этом случае при попадании лучом лазера на фотодиод и срабатывании компаратора, светодиод будет гаснуть.

Возможен вариант более простого автомата, если в нем использовать чувствительные тринисторы 2У107А-2У107Е, которые открываются при небольшом (менее вольта) напряжении на управляющем электроде и малом (несколько микроампер) токе в его цепи. Его основой является триггер на тринисторах VS1,VS2, который питается, как и в предыдущей конструкции, от блока с гасящим конденсатором.

Разберем работу автомата. После подключения его к сети оба тринистора будут закрыты, а реле обесточено. Если осветить фотодиод VD2 лазерным лучом, то за счет фотоэффекта на нем появится напряжение, которое поступит на управляющий электрод тринистора VS2, и он откроется. Реле сработает и включит нагрузку в сеть — об этом просигнализирует загоревшийся светодиод HL2. Начнет заряжаться конденсатор С1 (минус на правом по схеме выводе).

Чтобы отключить нагрузку, освещают фотодиод VD1. При этом тринистор VS1 открывается, включая светодиод HL1. Тринистор VS2 закрывается, поскольку на его анод кратковременно поступает отрицательное напряжение с конденсатора С1. Реле обесточивается, светодиод HL2 гаснет, нагрузка отключается от сети.

Если теперь снова осветить фотодиод VD2, откроется тринистор VS2, a VS1 закроется, поскольку на его анод поступит отрицательное напряжение с конденсатора С1. На нагрузку поступит напряжение.

Эксперименты показали, что в качестве фотодиода в этом автомате неплохо работают светодиоды АЛ360А, АЛ360Б, поскольку их основой являются излучающие диоды ИК диапазона. Кроме того, они снабжены фокусирующие отражателем, что повышает их чувствительность к лазерному излучению указки.

Детали автомата рассчитаны для работы с реле РЭС9 (паспорт РС4.524.200). При налаживании автомата предварительно подбирают конденсатор СЗ и стабилитрон. Напряжение стабилизации стабилитрона должно быть примерно на 4…5 В больше напряжения срабатывания реле, а емкость конденсатора такой, чтобы обеспечивался ток через реле на 15…20 мА больше тока его срабатывания.

Недостаток автомата заключается в низкой чувствительности, которая ограничивает дальность управления им.

Принцип работы лазерной указки

Зеленые лазерные указки начали продаваться в 2000 году. Самый распространенный тип твердотельных с диодной накачкой (DPSS) лазеров. Лазерные диоды зелёного цвета не производятся, поэтому используется другая схема. Устройство намного сложнее, чем у обычных красных указок, и зелёный свет получают довольно громоздким способом.

Сначала мощным (обычно >100 мВт [источник не указан 508 дней] ) инфракрасным лазерным диодом с λ=808 нм накачивается кристалл ортованадата иттрия с неодимовым легированием (Nd:YVO4), где излучение преобразуется в 1064 нм. Потом, проходя через кристалл титанила-фосфата калия (KTiOPO4, сокр. KTP), частота излучения удваивается (1064 нм → 532нм) и получается видимый зелёный свет. КПД схемы около 20 %, большая часть приходится на комбинацию 808 и 1064 нм ИК. На мощных указках >50 мВт нужно устанавливать инфракрасный фильтр (IR-фильтр [1] ), чтобы убрать остатки ИК-излучения и избежать повреждения зрения. Также стоит отметить высокую энергозатратность зелёных лазеров — в большинстве используются две AA/AAA/CR123 батареи.

473 нм (бирюзовый цвет)

Данные лазерные указки появились в 2006 году и имеют схожий с зелёными лазерными указками принцип работы. 473 нм свет обычно получают путем удвоения частоты 946 нм лазерного излучения. Для получения 946 нм используется кристалл алюмо-иттриевого граната с добавками неодима (Nd:YAG).

445 нм (синий цвет)

В этих лазерных указках свет излучается мощным синим лазерным диодом. Большинство подобных указок относится к 4-му классу лазерной опасности и представляет очень серьёзную опасность для глаз и кожи. Своё активное распространение начали в связи с выпуском компанией Casio проекторов [2] , использующих вместо привычных ламп мощные лазерные диоды.

Фиолетовые лазерные указки

Свет в фиолетовых указках генерируется лазерным диодом, излучающим луч с длиной волны 405 нм. Длина волны 405 нм находится на границе диапазона, воспринимаемого человеческим зрением и поэтому лазерное излучение таких указок кажется тусклым. Однако, свет указки вызывает флюоресценцию некоторых предметов, на которые он направлен, яркость которой для глаза выше, чем яркость самого лазера.

Фиолетовые лазерные указки появились сразу после появления Blu-ray-приводов, в связи с началом массового производства лазерных диодов на 405 нм.

Жёлтые лазерные указки

В жёлтых лазерных указках используется DPSS лазер, излучающий одновременно две линии: 1064 нм и 1342 нм. Это излучение попадает в нелинейный кристалл, который поглощает фотоны этих двух линий и излучает фотоны 593,5 нм (суммарная энергия 1064 и 1342 нм фотонов равна энергии фотона 593,5 нм). КПД таких жёлтых лазеров составляет около 1 %.

Использование лазерных указок

  • Лазерные указки обычно используются в образовательных учреждениях и на бизнес-презентациях вместо обычных указок. Бывают встроены в ПДУ проекторов или компьютерные ПДУ для презентаций. Красные лазерные указки могут использоваться в помещениях и вечером на открытых пространствах. Зеленые лазерные указки могут использоваться в тех же условиях, но они, в отличие от красных, хорошо видны на улице днем и на дальних расстояниях. Единственным недостатком лазерных указок при указывании на цель являются рывки точки, так как человеческая рука не может долго находиться в неподвижном состоянии из-за тремора. В будущих моделях некоторых лазерных указок планируется внедрить стабилизацию точки [источник не указан 1318 дней] , сейчас же возможным решением проблемы является использование подходящих кондукторов.
  • Световое пятно, образуемое лазерной указкой, привлекает кошек, собак и других домашних животных, вызывая сильное стремление поймать его, что нередко используется людьми в играх с этими домашними животными. Не следует забывать, что луч лазерной указки, направленный в глаза человека или животного, может повредить сетчатку.
  • Зелёные лазерные указки могут использоваться для любительской астрономии. В безлунную ночь луч зелёной лазерной указки может использоваться для указывания на звезды и созвездия.
  • Точно установленная лазерная указка может использоваться как лазерный прицел, чтобы нацелить огнестрельное или пневматическое оружие.
  • Лазерные указки используют в своих конструкциях радиолюбители, в качестве элемента связи в пределах видимости.
  • Указка со снятым коллиматором используется в любительской голографии. Это единственное известное применение лазера в быту, где используется именно наиболее ценное свойство лазера, в корне отличающее его от светодиода — когерентность излучения.

Безопасность

Лазерное излучение опасно при попадании в глаза.

Обычные лазерные указки имеют мощность 1-5 мВт и относятся к классу опасности 2 — 3А и могут представлять опасность, если направлять луч в человеческий глаз достаточно продолжительное время или через оптические приборы. Лазерные указки мощностью 50-300 мВт относятся к классу 3B и способны причинить сильные повреждения сетчатке глаза даже при кратковременном попадании прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого.

В лучшем случае лазерные указки оказывают только раздражающее воздействие. Но последствия будут опасными, если луч попадает в чей-то глаз или направлен в водителя или пилота и может отвлечь их или даже ослепить. Если это приведёт к аварии, то повлечёт за собой уголовную ответственность.

Всё более многочисленные «лазерные инциденты» вызывают в России, Канаде, США и Великобритании требования ограничить или запретить лазерные указки. Уже сейчас в Новом Южном Уэльсе предусмотрен штраф за обладание лазерной указкой, а за «лазерное нападение» — срок лишения свободы до 14 лет.

Также важно учесть, что у большинства дешёвых китайских лазеров, работающие по принципу накачки (то есть зелёные, жёлтые и оранжевые) отсутствует ИК-фильтр ради соображения экономии, и такие лазеры фактически представляют большую опасность для органов зрения, чем заявлено производителями.

Лазерная указка

Ла́зерная ука́зка — портативный квантово-оптический генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча. В большинстве случаев изготавливается на основе красного лазерного диода, который излучает в диапазоне 635—670 нм, и коллиматора — двояковыпуклой линзы для организации узконаправленного луча. Сходное устройство имеют более редкие синие и фиолетовые указки и пока (2016) ещё более редкие зелёные. До начала-середины 2010-х годов зелёные лазерные указки имели сложное строение и представляли собой твердотельный лазер с накачкой инфракрасным лазерным диодом и последующим нелинейным элементом для удвоения частоты.

Наиболее распространены красные лазерные указки мощностью до 1-20 мВт, несколько реже встречаются указки до 100-200 мВт. Наиболее мощные серийно производимые указки: зелёные до 1Вт и синие — до 5 Вт, зелёные до 2 вт.

Демонстрация RGB-лазерной указки

Содержание

  • 1 Типы лазерных указок
    • 1.1 Красные лазерные указки
    • 1.2 Зелёные лазерные указки (510-530нм)
    • 1.3 Зелёные лазерные указки с использованием DPSS (532нм)
      • 1.3.1 473 нм (бирюзовый цвет)
      • 1.3.2 445 нм (синий цвет)
    • 1.4 Фиолетовые лазерные указки (405нм)
    • 1.5 Жёлтые лазерные указки
  • 2 Использование лазерных указок
  • 3 Безопасность
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки

Типы лазерных указок

Ранние модели лазерных указок использовали гелий-неоновые (HeNe) газовые лазеры и излучали в диапазоне 633 нм. Они имели мощность не более 1 мВт и были очень громоздкими и дорогими. Сейчас лазерные указки, как правило, используют менее дорогие красные диоды с длиной волны 650—670 нм. Указки чуть подороже используют оранжево-красные диоды с λ=635 нм, которые делают их более яркими для глаз, так как человеческий глаз видит свет с λ=635 нм лучше, чем свет с λ=670 нм. Производятся и лазерные указки других цветов; например, зелёная указка с λ=532 нм — хорошая альтернатива красной с λ=635 нм, поскольку человеческий глаз приблизительно в несколько раз чувствительнее к зелёному свету по сравнению с красным. В последнее время появились в продаже жёлто-оранжевые указки с λ=593,5 нм и синие лазерные указки с λ=473 нм.

Красные лазерные указки

Самый распространённый тип лазерных указок. В этих указках используется лазерные диоды с коллиматором. Мощность варьируется приблизительно от одного милливатта до ватта. Маломощные указки в форм-факторе брелока питаются от маленьких батареек-«таблеток» и на апрель 2012 года стоят порядка 1—5 долларов США. Мощные красные указки (длина волны 650—660 нм) мощностью от нескольких сотен милливатт до ватта, способные зажигать хорошо поглощающие излучение материалы, стоят порядка 50—500$.

Читать еще:  Ванная комната из пластиковых панелей: разновидности панелей краткое руководство по отделке

Более редкие красные лазерные указки используют твердотельный лазер с диодной накачкой (англ. Diode-pumped solid-state laser , DPSS) и работают на длине волны 671 нм. Отличаются от указок на лазерном диоде круглым сечением луча (у обычной лазерной указки луч уплощён вследствие астигматизма резонатора лазерного диода).

Зелёные лазерные указки (510-530нм)

Появившиеся около 2010 [1] [2] [3] зеленые лазерные диоды (Direct Green Laser Diodes на базе InGaN) были вначале очень дороги для изготовления указок, но ситуация меняется. К началу 2017 многие производители предпочитают изготавливать указки на основе лазерного диода [ уточнить ] . Конструкция указки становится намного проще, стабилизация параметров луча, если это важно, тоже упрощается. Зелёный лазер может иметь длину волны в диапазоне 510-530нм, что находится вблизи максимума чувствительности сумеречного зрения человеческого глаза. Поэтому в темноте он кажется ярче. Принципиальных отличий от указки с красным лазерным диодом нет.

Зелёные лазерные указки с использованием DPSS (532нм)

Зелёные лазерные указки начали продаваться в 2000 году. Самый распространённый тип твердотельных с диодной накачкой (DPSS) лазеров. Лазерные диоды зелёного цвета до недавнего времени не производились, поэтому используется сложная оптическая схема, которая значительно усложняет и удорожает изделия.

Зачастую дешевые зеленые DPSS лазерные указки имеют недостаточно качественную систему фильтрации ИК-лазерного излучения (оно может быть в десятки раз мощнее, чем заявленная мощность в зеленом цвете) и представляют опасность для здоровья [4] [5] .

Сначала мощным (обычно 200—1000мВт [6] ) инфракрасным лазерным диодом с λ=808 нм накачивается кристалл ортованадата иттрия, легированный неодимом (Nd:YVO4), где излучение преобразуется в 1064 нм. Потом, проходя через кристалл титанила-фосфата калия (KTiOPO4, сокращённо KTP), частота излучения удваивается (1064 нм → 532нм) и получается видимый зелёный свет. Генерация и вывод зелёного излучения обеспечиваются зеркалами, одно из которых полностью отражает излучение с длиной волны 1064 и 532 нм и полностью пропускает излучение накачки 808 нм, а другое полностью отражает излучение 1064 нм, но полностью пропускает 532 нм. Частично отражается и излучение накачки.

В большинстве современных зелёных лазерных указок кристаллы ванадата иттрия и KTP вместе с зеркалами резонатора объединены в так называемый «микрочип» — склейку из двух кристаллов с напылёнными на грани зеркалами. Для генерации лазерного излучения достаточно сфокусировать внутри кристалла Nd:YVO4 излучение лазерного диода накачки.

КПД схемы сильно зависит от мощности накачки и может достигать не более 20 %. Кроме зелёного света такой лазер излучает значительную мощность в ИК на длинах волн 808 и 1064 нм, поэтому в таких указках обязательно нужно устанавливать инфракрасный фильтр (IR-фильтр [7] ), чтобы убрать остатки ИК-излучения и избежать повреждения зрения. В недорогих вариантах зелёных указок такой фильтр могут не устанавливать, в таком случае даже указка с мощностью 1-5 мВт представляет серьёзную опасность для зрения, так как мощность ИК-излучения может достигать десятков милливатт. Излучение 1064 нм сфокусировано почти так же хорошо, как и зелёное и представляет опасность при попадании в глаз даже на большой дистанции, тогда как излучение накачки 808 нм сильно расфокусировано и не сконцентрировано вдоль луча, представляя опасность на расстоянии до нескольких метров.

Стоит отметить высокое энергопотребление зелёных лазеров — потребляемый ток достигает сотен миллиампер. Так как эффективность генерации и удвоения с ростом мощности накачки быстро возрастает, увеличение выходной мощности с 5 до 100 мВт приводит к повышению потребляемого тока лишь примерно в два раза.

Малые размеры зелёной лазерной указки не позволяют установить в них систему стабилизации температуры лазерного диода и активных сред. Особенно сильное влияние температура оказывает на длину волны, излучаемую лазерным диодом, что приводит к уходу её с максимума линии поглощения неодима и падению выходной мощности. Это приводит к тому, что такие указки нестабильно работают при изменении температуры. Частично этот недостаток устраняется путём стабилизации мощности излучения на выходе лазера. Для этого на выходе устанавливают светоделитель (роль которого исполняет ИК-фильтр, от которого отражается часть излучения) и фотодиод, и вводят отрицательную обратную связь. Недостатком такого решения является возможность выхода из строя лазерного диода при значительном отклонении температуры, при котором система стабилизации, компенсируя падение выходной мощности, вынуждена значительно поднять ток через него.

473 нм (бирюзовый цвет)

Данные лазерные указки появились в 2006 году и имеют схожий с зелёными лазерными указками принцип работы. 473 нм свет обычно получают путём удвоения частоты 946 нм лазерного излучения. Для получения 946 нм используется кристалл алюмо-иттриевого граната с добавками неодима (Nd:YAG).

445 нм (синий цвет)

В этих лазерных указках свет излучается мощным синим лазерным диодом в 1-5 Вт. Большинство подобных указок относится к 4-му классу лазерной опасности и представляет очень серьёзную опасность для глаз и кожи как непосредственно, так и в виде рассеянного поверхностью излучения.

Активное распространение синие указки получили в связи с серийным выпуском мощных лазерных диодов, в основном для компактных LED-проекторов, например Casio Slim [8] .

Фиолетовые лазерные указки (405нм)

Свет в фиолетовых указках генерируется лазерным диодом, излучающим луч с длиной волны 405 нм. Эти лазеры используются в проигрывателях для записи Blu-ray Disc. Длина волны 405 нм находится на границе диапазона, воспринимаемого человеческим зрением и поэтому лазерное излучение таких указок кажется тусклым. Однако, свет указки вызывает флюоресценцию некоторых предметов, на которые он направлен, яркость которой для глаза выше, чем яркость самого лазера. Даже самые маломощные из них чрезвычайно опасны для кожи и глаз.

Фиолетовые лазерные указки появились сразу после появления Blu-ray-приводов, в связи с началом массового производства лазерных диодов на 405 нм.

Жёлтые лазерные указки

В жёлтых лазерных указках используется DPSS лазер, излучающий одновременно две линии: 1064 нм и 1342 нм. Это излучение попадает в нелинейный кристалл, который поглощает фотоны этих двух линий и излучает фотоны 593,5 нм (суммарная энергия 1064 и 1342 нм фотонов равна энергии фотона 593,5 нм). КПД таких жёлтых лазеров составляет около 1 %.

Использование лазерных указок

  • Лазерные указки обычно используются в образовательных учреждениях и на бизнес-презентациях вместо обычных указок. Бывают встроены в ПДУ проекторов или компьютерные ПДУ для презентаций. Красные лазерные указки могут использоваться в помещениях и вечером на открытых пространствах. Зелёные лазерные указки могут использоваться в тех же условиях, но они, в отличие от красных, хорошо видны на улице днём и на дальних расстояниях. Единственным недостатком лазерных указок при указывании на цель являются рывки точки, так как человеческая рука не может долго находиться в неподвижном состоянии из-за тремора.
  • Световое пятно, образуемое лазерной указкой, привлекает кошек, собак и других домашних животных, вызывая сильное стремление поймать его, что нередко используется людьми в играх с этими домашними животными. Однако, зелёные лазерные указки из-за значительно большей яркости луча могут пугать животное. Не следует также забывать, что луч лазерной указки, направленный в глаза человека или животного, может повредить сетчатку.
  • Зелёные лазерные указки могут использоваться для любительской астрономии. В безлунную ночь луч зелёной лазерной указки может использоваться для указывания на звезды и созвездия. Также лазерная указка может использоваться для юстировки телескопов и для исследования формы поверхностей зеркал телескопов (как теневым методом, так и интерферометрически).
  • Точно установленная лазерная указка может использоваться как лазерный целеуказатель, чтобы нацелить огнестрельное или пневматическое оружие.
  • Лазерные указки используют в своих конструкциях радиолюбители, в качестве элемента связи в пределах видимости.
  • Красная указка со снятым коллиматором используется в любительской голографии. Это одно из немногих применений лазера в быту, где используется именно наиболее ценное свойство лазера, в корне отличающее его от светодиода — когерентность излучения. Не все лазерные указки обладают достаточной когерентностью, поэтому может потребоваться выбор подходящего экземпляра и подбор тока лазерного диода. Когерентность можно оценить в домашних условиях, например, наблюдая интерференцию с помощью плоскопараллельной стеклянной пластины толщиной 1-2 см.
  • В лабораторной практике лазерная указка (особенно зелёная) является весьма полезным инструментом, имеющим множество применений—в частности, она может быть использована для обнаружения в жидкости, газе или любом прозрачном веществе (например, оптическом стекле) малого количества механических примесей или взвесей, незаметного невооружённому глазу. Зелёная, а в особенности, синяя или фиолетовая указки в сочетании с подходящим светофильтром, не пропускающим её излучение, позволяют визуально обнаружить слабую флюоресценцию, например, связанную с загрязнением поверхности органическими веществами.
  • Лазерная указка, как источник узконаправленного когерентного света, может быть использована на школьных уроках физики для демонстрации наглядных опытов по оптике: отражение и преломление света, дифракция и интерференция, флюоресценция (с зелёной или синей указкой), световоды и тому подобное.

Безопасность

Лазерное излучение опасно при попадании в глаза.

Обычные лазерные указки имеют мощность 1-5 мВт и относятся к классу опасности 2 — 3А и могут представлять опасность, если направлять луч в человеческий глаз достаточно продолжительное время или через оптические приборы. Лазерные указки мощностью 50-300 мВт относятся к классу 3B и способны причинить сильные повреждения сетчатке глаза даже при кратковременном попадании прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого. Даже маломощные зеленые DPSS указки используют внутри гораздо более мощные ИК-лазеры и зачастую не обеспечивают достаточной фильтрации ИК-излучения. Подобное излучение невидимо и из-за этого более опасно для зрения человека и животных [9] .

В лучшем случае лазерные указки оказывают только раздражающее воздействие. Но последствия будут опасными, если луч попадает в чей-то глаз или направлен в водителя или пилота и может отвлечь их или даже ослепить. В ряде стран это может повлечь за собой уголовную ответственность. Так, в 2015 г. житель США был приговорён к тюремному заключению на 21 месяц за кратковременное ослепление лётчика полицейского вертолёта лазерной указкой [10] .

Всё более многочисленные «лазерные инциденты» вызывают в России, Канаде, США и Великобритании требования ограничить или запретить лазерные указки. Уже сейчас в Новом Южном Уэльсе предусмотрен штраф за обладание лазерной указкой, а за «лазерное нападение» — срок лишения свободы до 14 лет.

Использование лазерных указок запрещено правилами безопасности на футбольных стадионах ФИФА [11] . Одним из примеров применения этого запрета стал штраф в 50000 швейцарских франков, наложенный на Алжирскую федерацию футбола за направление болельщиками лазерной указки на вратаря сборной России Игоря Акинфеева и другие нарушения в матче Алжир — Россия на ЧМ-2014 [12] .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector