Все про Лазерів

Ви всі любите лазери. Я то знаю, я від них тягнуся більше вашого. А если кто не любит - то он просто не видел танец сверкающих пылинок или как ослепи- тельный крошечный огонек прогрызает фанеру

А почалося все зі статті з Юного техніка за 91-й рік про створення лазера на барвниках - тоді повторити конструкцію для простого школяра було просто нереально... Зараз на щастя з лазерами ситуація простіша - їх можна діставати зі зламаної техніки, їх можна купувати готові, їх можна збирати з деталей... Про найбільш наближених до реальності лазерах і піде сьогодні мова, а також про способи їх застосування. Але в першу чергу про безпеку і небезпеку.

Чому лазери небезпечні

Проблема в тому, що паралельний промінь лазера фокусується оком в точку на сітківці. І якщо для запалювання паперу треба 200 градусів, для пошкодження сітківки достатньо всього 50, щоб кров згорнулася. Ви можете крапкою потрапити в кровоносну посудину і закупорити її, можете потрапити в сліпу пляму, де нерви з усього ока йдуть в мозок, можете випалити лінію «пікселів»... А потім пошкоджена сітківка може почати відшаровуватися, і це вже шлях до повної і незворотної втрати зору. І найнеприємніше - ви не помітите по початку ніяких пошкоджень: больових рецепторів там немає, мозок добудовує предмети в пошкоджених областях (так би мовити ремапінг битих пікселів), і лише коли пошкоджена область стає досить великою ви можете помітити, що предмети пропадають при попаданні в неї. Ніяких чорних областей в полі зору ви не побачите - просто подекуди не буде нічого, але це нічого і не помітно. Побачити пошкодження на перших стадіях може тільки офтальмолог.

Небезпека лазерів вважається виходячи з того, чи може він завдати ушкодження до того як око рефлекторно моргне - і вважається не надто небезпечною потужність в 5мВт для видимого випромінювання. Тому інфрачервоні лазери вкрай небезпечні (ну і частково фіолетові - їх просто дуже погано видно) - ви можете отримати пошкодження, і так і не побачити, що вам прямо в око світить лазер.

Тому, повторюся, краще уникати лазерів потужніше 5мВт і будь-яких інфрачервоних лазерів.

Також, ніколи і ні за яких умов не дивіться «в вихід» лазера. Якщо вам здається що «щось не працює» або «якось слабенько» - дивіться через вебкамеру/мильницю (тільки не через дзеркалку!). Це також дозволить побачити ВК випромінювання.

Є звичайно захисні очки, але тут багато тонкощів. Наприклад на сайті DX є очки проти зеленого лазера, але вони пропускають ІК випромінювання - і навпаки збільшують небезпеку. Так що будьте обережні.

PS. Ну і я звичайно відзначився один раз - ненавмисно собі бороду лазером підпалив; -)

650нм - червоний

Це мабуть найбільш поширений на просторах інтернету тип лазера, а все тому, що в кожному DVD-RW є такий, потужністю 150-250мВт (чим більша швидкість запису - тим вище). На 650нм чутливість ока не дуже, тому хоч крапка і осліпливо яскрава на 100-200мВт, промінь вдень лише ледь видно (вночі видно звичайно краще). Починаючи з 20-50мВт такий лазер починає «палити» - але тільки в тому випадку, якщо можна змінювати його фокус, щоб сфокусувати пляму в крихітну точку. На 200 мВт палить дуже жваво, але знову ж потрібен фокус. Кульки, картон, сірий папір...

Купувати їх можна готові (наприклад такий на першому фото червоний). Там же продаються дрібні лазерчики «оптом» - справжні малюки, хоча у них все по дорослому - система харчування, налаштовуваний фокус - те що потрібно для роботів, автоматики.

І головне - такі лазери можна акуратно діставати з DVD-RW (але пам'ятайте, що там ще інфрачервоний діод є, з ним потрібно вкрай акуратно, про це нижче). (До речі, в сервіс-центрах буває негарантійні DVD-RW купами лежать - я собі забрав 20 штук, більше не донести було). Лазерні діоди дуже швидко дохнуть від перегріву, від перевищення максимального світлового потоку - миттєво. Перевищення номінального струму вдвічі (за умови не перевищення світлового потоку) скорочує термін служби в 100-1000 разів (так що акуратніше з «розгоном»).

Харчування: є 3 основних схеми: примітивна, з резистором, зі стабілізатором струму (на LM317, 1117), і найвищий пілотаж - з використанням зворотного зв'язку через фотодіод.

У нормальних заводських лазерних указках застосовується зазвичай 3-я схема - вона дає максимальну стабільність вихідної потужності і максимальний термін служби діоду.

Друга схема - проста в реалізації, і забезпечує хорошу стабільність, особливо якщо залишати невеликий запас за потужністю (ауд 10-30%). Саме її я б і рекомендував робити - лінійний стабілізатор - одна з найбільш популярних деталей, і в будь-якому, навіть найдрібнішому радіомагазині є аналоги LM317 або 1117.

Найпростіша схема з резистором описана в попередній статті - лише трохи простіше, але з нею вбити діод елементарно. Справа в тому, що в такому випадку струм/потужність через лазерний діод буде сильно залежати від температури. Якщо наприклад при 20C у вас вийшов струм 50мА і діод не згорає, а потім під час роботи діод нагріється до 80С, струм зросте (такі вони підступні, ці напівпровідники), і досягнувши припустимо 120мА діод починає світити вже тільки чорним світлом. Тобто. таку схему все-таки можна використовувати, якщо залишити щонайменше трьох-чотириразовий запас за потужністю.

І на останок, налагоджувати схему варто зі звичайним червоним світлодіодом, а припоювати лазерний діод в самому кінці. Охолодження обов'язково! Діод «на проводочках» згорить моментально! Також не протирайте і не чіпайте руками оптику лазерів (принаймні > 5мВт) - будь-яке пошкодження буде «вигоряти», так що продуваємо грушею якщо потрібно і все.

А ось як виглядає лазерний діод поблизу в роботі. По вм'ятинам видно, як близький я був до провалу, дістаючи його з пластикового кріплення. Це фото також не далося мені легко

532нм - зелений

Влаштовані вони складно - це так звані DPSS лазери: Перший лазер, інфрачервоний на 808nm, світить у кристал Nd:YVO4 - виходить лазерне випромінювання на 1064нм. Воно потрапляє на кристал «подвоювача частоти» - т. зв. KTP, і отримуємо 532нм. Кристали всі ці виростити непросто, тому довгий час DPSS лазери були до біса дороги. Але завдяки ударній праці китайських товаришів, тепер вони стали сповнені доступні - від 7 $ штука. У будь-якому випадку, механічно це складні пристрої, бояться падінь, різких перепадів температур. Будьте дбайливими.

Основний плюс зелених лазерів - 532нм дуже близько до максимальної чутливості ока, і як точка, так і сам промінь дуже добре видно. Я б сказав, 5мВт зелений лазер світить яскравіше, ніж 200мВт червоний (на першій фото якраз 5мВт зелений, 200мВт червоний і 200мВт фіолетовий). Тому, я б не рекомендував купувати зелений лазер потужніше ніж 5мВт: перший зелений я купив на 150мВт і це справжня жесть - з ним нічого не можна зробити без окулярів, навіть відображене світло зліпить, і залишає неприємні відчуття.

Також у зелених лазерів є і велика небезпека: 808 і особливо 1064нм інфрачервоне випромінювання виходить з лазера, і в більшості випадків його більше ніж зеленого. У деяких лазерах є інфрачервоний фільтр, але в більшості зелених лазерів до 100 $ його немає. Тобто. «вражаюча» здатність лазера для ока набагато більша, ніж здається - і це ще одна причина не купувати зелений лазер потужніше ніж 5 мВт.

Палити зеленими лазерами звичайно можна, але потрібні потужності знову ж таки від 50мВт + якщо поблизу побічний інфрачервоний промінь буде «допомагати», то з відстанню він швидко стане «не у фокусі». А враховуючи як він зліпить - нічого веселого не вийде.

405нм - фіолетовий

Це вже швидше ближній ультрафіолет. Більшість діодів випромінюють 405нм безпосередньо. Проблема з ними в тому, що око має чутливість на 405нм близько 0.01%, тобто плямка 200мВт лазера здається дохленьким, а насправді воно до біса небезпечне і осліпливо-яскраве - сітківку пошкоджує на всі 200мВт. Інша проблема - око людини звик фокусуватися «під зелене» світло, і 405нм пляма завжди буде не у фокусі - не дуже приємне відчуття. Але є і хороший бік - багато предметів флуоресціюють, наприклад папір - яскравим блакитним світлом, тільки це і рятує ці лазери від забуття масової публіки. Але знову ж таки, з ними не так весело. Хоч 200мВт палять будь здоровий, через складність фокусування лазера в точку це складніше ніж з червоними. Також, до 405нм чутливі фоторезисти, і хто з ними працює, може придумати навіщо це може знадобитися;

780нм - інфрачервоний

Такі лазери в CD-RW і як другий діод в DVD-RW. Проблема в тому, що око людини промінь не бачить, і тому такі лазери дуже небезпечні. Можна спалити собі сітківку і не помітити цього. Єдиний спосіб працювати з ними - використовувати камеру без інфрачервоного фільтра (у веб камерах її легко дістати наприклад) - тоді і промінь, і пляма буде видно. ІК лазери застосовувати мабуть можна тільки в саморобних лазерних «верстатках», бавитися з ними я б вкрай не рекомендував.

Також ВК лазери є в лазерних принтерах разом зі схемою розгортки - 4-х або 6-і гранне обертове дзеркало + оптика.

10мкм - інфрачервоний, CO2

Це найбільш популярний у промисловості тип лазера. Основні його переваги - низька ціна (трубки від 100-200 $), висока потужність (100W - рутина), високий ККД. Ними ріжуть метал, фанеру. Гравірують тощо. Якщо самому хочеться зробити лазерний верстат - то в Китаї (alibaba.com) можна купити готові трубки потрібної потужності і зібрати до них тільки систему охолодження та харчування. Втім, особливі умільці роблять і трубки вдома, хоч це дуже складно (проблема в дзеркалах і оптиці - скло 10мкм випромінювання не пропускає - тут підходить тільки оптика з кремнію, німеччина і деяких солей).

Застосування лазерів

В основному - використовують на презентаціях, грають з кішками/собаками (5мвт, зелений/червоний), астрономи вказують на сузір'я (зелений 5мВт і вище). Саморобні верстати - працюють від 200мВт по тонких чорних поверхнях. CO2 лазерами ріжуть майже все, що завгодно. Ось тільки друковану плату різати важко - мідь дуже добре відображає випромінювання довше 350нм (тому на виробництві, якщо дуже хочеться - застосовують дорогі 355nm DPSS лазери). Ну і стандартна розвага на YouTube - лопання кульок, нарізка паперу і картону - будь-які лазери від 20-50мВт за умови можливості фокусування в точку.

З більш серйозного - цілевказівники для зброї (зелений), можна вдома робити голограми (напівпровідникових лазерів для цього більш ніж достатньо), можна з пластику, чутливого до СФ друкувати 3Д-об'єкти, можна експонувати фоторезист без шаблону, можна посвітити на куточковий відбивач на місяці, і через 3 секунди побачити відповідь, можна побудувати лазерну лінію зв'язку на 10Мбіт... Простір для творчості необмежений

Так що, якщо ви ще думаєте, який-би купити лазер - беріть 5мВт зелений:-) (ну і 200мВт червоний, якщо хочеться палити)

Питання/думки/коментарі - в студію!