На что способен мощный лазер

Как работают лазеры? Возможно ли сделать лазер Тони Старка?

В данной статье я постараюсь вкратце рассказать об основных принципах работы лазеров. Расскажу что такое рабочее тело, зачем нужен источник подкачки и резонатор. Зная основы мы сделаем небольшой обзор того, что имеется из лазеров на рынке и попытаемся понять, возможен ли лазер железного человека.

Каждый посмотревший фильм «железный человек» наверняка задумывался о том, как бы круто было бы полетать в костюме железного человека. Я вот до сих пор пересматриваю сцены из фильма и не могу налюбоваться.

Ричард Браунинг из Великобритании реально заморочился и за несколько лет сделал костюм, позволяющий летать пару минут:

А ребята с канала cnet собрали настоящую пуленепробиваемую титановую броню:

А давайте пофантазируем на тему возможности изготовления такого мощного лазера, а то вдруг нас обманули и эти сцены Фотошоп?

Основные принципы

Чтобы понять какие ограничения по мощности могут существовать для лазера, я очень простым языком разберу основные принципы их работы. После этого вы узнаете о компонентах, необходимых для сборки любого лазера. Когда станет понятно, что такое лазер и из чего он состоит вы узнаете какие самые мощные лазеры сейчас доступны и на что они способны.

Начнем с того, что разберёмся с основными принципами работы лазера. Практически любой лазер устроен одинаково и состоит из трёх главных компонентов
1) Рабочая среда
2) Источник энергии
3) Оптический резонатор (что это такое я расскажу немного позже)

В принципе это все, что нужно для создания лазера. Давайте разберёмся с каждым из этих компонентов. А начнём с того, как формируется лазерный пучок.

Представьте, что у нас имеется некоторая среда, наполненная, например, газом. В этой среде, как и полагается летают атомы, здесь ничего необычного. У каждого атома есть некоторая своя энергия. Некоторые из них имеют немного большую энергию, а некоторые – меньшую.

Понятно, что атомов с маленькой энергией будет больше, а с большой – меньше. Об этом мы знаем из закона распределения Больцмана, который гласит, что число атомов с заданной энергией экспоненциально падает при её увеличении:

$$
N = N_<0>e^<-E/kT>
$$
Для обозначения энергии атома рисуют два уровня на которых он может находится: нижний уровень (основной) и верхний (уровень высокой энергии). Если атом имеет маленькую энергию, то его рисуют внизу, а если у атома большая энергия, то и находится на картинке он будет сверху:

Атом с высокой энергией может сделать очень полезную штуку, которая и вкладывает во всё, что я рассказываю какой-то смысл: он может испустить квант света, то есть фотон. Ведь это то, что нам, по сути, и нужно.
Происходит это примерно так: атом с высокой энергией летает себе и вдруг решает испустить квант света. То есть он как бы тратит энергию на то, чтобы отдать свет. При этом он, как и полагается, переходит на нижний уровень:

Но это происходит случайно, а ускорить процесс может другой квант света. То есть пролетающий мимо квант света может потревожить атом на высоком энергетическом уровне. При этом произойдёт примерно то же самое: атом отдаст квант света и упадёт на нижний уровень:

То есть на атом налетал один фотон, а выделилось два. При этом эти фотоны неплохо так связаны между собой.
Я имею ввиду, что они будут иметь абсолютно равные частоты, да ещё и колебаться будут в одной фазе. А значит при сложении они будут усиливать друг друга:

Это, конечно круто, и так бы и пошла эта цепная реакция, но есть одно НО: дело в том, что фотоны могут как выделяться, так и поглощаться. Представьте теперь, что на атом с маленькой энергией налетает фотон. Атом может случайно забрать его себе, повысив свою энергию и все, мы потеряли квант света в пустую:

А это плохо, ведь мы то хотим, наоборот, получить много фотонов. Самое печальное то, что вероятности поглощения и выделения кванта света примерно равны.
Для того, чтобы не допускать поглощения нужен внешний источник энергии, который будет закачивать энергию в систему и не давать процессу остановиться.
В принципе все вроде понятно. Единственное, о чем я не сказал – это резонатор.
Объясню в чем дело. Для того, чтобы появилось много фотонов можно, конечно, сделать длинную трубу с газом, но можно поступить умнее и поставить два зеркала друг напротив друга так, чтобы свет много раз пере отражался и проходил по маленькому участку газа несколько раз:

То есть резонатор нужен просто для того, чтобы сделать лазер компактным и эффективно использовать газ. На выходе получается параллельный пучок фотонов. Параллельный он потому, что все фотоны движутся с одной частотой и в одной фазе. То есть одинаково относительно друг друга.
Теперь, когда мы разобрались в основных принципах, работы лазера становится понятно, что главным ограничением на мощность выходного пучка является структура рабочего тела, используемого для порождения фотонов.
Всё дело в том, что существует ограничение на скорость излучения фотона, ведь переход атома из возбуждённого состояния в обычное длится порядка 10 нсек (то есть конечная) и для обеспечения требуемой мощности пучка фотоны могут просто не успевать появляться.

Существующие мощные лазеры

Мощность лазерной установки Nova, расположенной в Ливерморской национальной лаборатории (США) измеряется в сотнях ТВт. Этого достаточно для того, чтобы расплавить любой металл, да и вообще в принципе любое, даже самое крепкое соединение не выдержит такой мощности.

Но нас такие установки не сильно интересуют, ведь они слишком большие, дорогие и могут работать только при огромных энергиях и короткое время.
Есть более компактные военные лазеры, которые достаточно мощные для того, чтобы за доли секунды плавить металл, но это тоже не подходит опять же из-за своей громоздкости и дороговизны:

Проблемой объединения нескольких лазеров является то, что пучки всех лазеров нужно фокусировать в одном месте, а иначе толку от использования нескольких лазеров нет (вот пример неграмотной конструкции):

Еще одной проблемой является то, что лазерная пушка становится громоздкой и требующей тонкой настройки (фокусировка). На руку она уже не поместится.

Возможен ли лазер, прожигающий металл?

Очевидно, что лазеров, которые умеют резать металл, очень много и они используются повсеместно в промышленности и научных исследованиях:

Лазерные установки, способные плавить металлы становятся всё меньше и меньше т.к учёные постоянно занимаются разработкой и изучением новых и более подходящих элементов. (Как мы уже поняли ранее, одним из главных ограничений является структура рабочего тела)
Чем лучше и совершеннее материалы мы будем находить и использовать, тем больших плотностей энергии мы сможем достичь, без каких бы то ни было ограничений.

Даже сегодняшних технологий, в принципе, хватает для создания лазера Тони Старка (не такого маленького, но всё же). Все упирается в цену итогового устройства. Если нужен маленький размер и огромная мощность, прям как в фильме, то цена может быть неоправданно большой даже по сравнению с бронёй и jetpack’ом.

К тому же всё усугубляет то, что лазер такой будет очень опасный и в случае сбоя или попадания в него снаряда он может взорваться, как это всегда происходит в случаях высокой концентрации энергии в маленьком пространстве.

На этом у меня сегодня всё. Буду рад вашим комментариям и поддержке 🙂

Друзья! Я очень благодарен вам за то, что вы интересуетесь моими работами, ведь каждый пост на сайте даётся очень непросто. Я буду рад любому отклику и поддержке с вашей стороны.

Источник

Лазерное оружие: технологии, история, состояние, перспективы. Часть 1

Первый действующий лазер был создан в 1960 году. Это был импульсный твердотельный лазер на искусственном рубине. На момент создания это были самые высокие технологии. В наше время такой лазер можно собрать в домашних условиях, при этом энергия его импульса может достигать 100 Дж.

Ещё более простым в реализации является азотный лазер, для его реализации не нужны сложные покупные изделия, он может работать даже на азоте, содержащемся в атмосфере. При наличии прямых рук он может быть легко собран в домашних условиях.

С момента создания первого лазера найдено огромное количество способов получения лазерного излучения. Существуют твердотельные лазеры, газовые лазеры, лазеры на красителях, лазеры на свободных электронах, волоконные лазеры, полупроводниковые и другие лазеры. Также лазеры различаются по способу возбуждения. Например, в газовых лазерах различных конструкций, возбуждение активной среды может осуществляться оптическим излучением, разрядом электрического тока, химической реакцией, ядерной накачкой, тепловой накачкой (газодинамические лазеры, ГДЛ). Появление полупроводниковых лазеров породило лазеры типа DPSS (Diode-pumped solid-state laser – твердотельный лазер с диодной накачкой).

Различные конструкции лазеров позволяют получить на выходе излучение разных длин волн, от мягкого рентгеновского излучения, до излучения инфракрасного спектра. В разработке находятся лазеры, излучающие жесткое рентгеновское излучение и гамма-лазеры. Это позволяет подбирать лазер исходя из решаемой задачи. Относительно военного применение, это означает, к примеру, возможность выбора лазера, с излучением такой длины волны, которая минимально поглощается атмосферой планеты.

С момента разработки первого прототипа, непрерывно росла мощность, улучшались массогабаритные характеристики и коэффициент полезного действия (КПД) лазеров. Очень наглядно это заметно на примере лазерных диодов. В 90-х годах прошлого века в широкой продаже появились лазерные указки мощностью 2-5 мВт, в 2005-2010 годах уже можно было приобрести лазерную указку 200-300 мВт, сейчас, в 2019 году, в продаже есть лазерные указки с оптической мощностью 7 Вт. В России в открытой продаже есть модули инфракрасных лазерных диодов с оптоволоконным выходом, оптической мощностью 350 Вт.

Темпы роста мощности лазерных диодов сравнимы со скоростью роста вычислительной мощностью процессоров, в соответствии с законом Мура. Безусловно лазерные диоды не пригодны для создания боевых лазеров, но они в свою очередь используются для накачки эффективных твердотельных и волоконных лазеров. Для лазерных диодов КПД преобразования электрической энергии в оптическую может составлять свыше 50%, теоретически можно получить КПД и свыше 80%. Высокий КПД не только снижает требования к источнику питания, но и упрощает охлаждение лазерного оборудования.
Важным элементом лазера является система фокусировки луча – чем меньше площадь пятна на цели, тем выше удельная мощность, позволяющая нанести повреждение. Прогресс в создании сложных оптических систем и появление новых высокотемпературных оптических материалов позволяет создавать высокоэффективные системы фокусировки. В систему фокусировки и наведения американского экспериментального боевого лазера HEL входит 127 зеркал, линз и светофильтров.

При стрельбе на большие дальности система наведения должна компенсировать искажения, вносимые атмосферой, для чего в системе наведения могут применяться несколько лазеров различного назначения, обеспечивающих точное наведение основного «боевого» лазера на цель.

Какие лазеры получили приоритетное развитие в сфере вооружений? В связи с отсутствием мощных источников оптической накачки таковыми стали в первую очередь газодинамические и химические лазеры.

Программа СОИ столкнулась с многочисленными техническими трудностями и была закрыта. В тоже время некоторые проводимые в рамках программы исследования позволили получить достаточно мощные лазеры. В 1985 году лазер на фториде дейтерия с выходной мощностью 2,2 мегаватта разрушил закреплённую в 1 километре от лазера жидкостную баллистическую ракету. В результате 12-секундного облучения стенки корпуса ракеты потеряли прочность и были разрушены внутренним давлением.

В СССР также велись разработки боевых лазеров. В восьмидесятые годы XX века велись работы по созданию орбитальной платформы «Скиф» с газодинамическим лазером мощностью 100 кВт. Массогабаритный макет «Скиф-ДМ» (Космический аппарат «Полюс») был выведен на орбиту Земли в 1987 году, но из-за ряда ошибок не вышел на расчётную орбиту и по баллистической траектории был затоплен в Тихом океане. Развал СССР поставил крест на этом и аналогичных проектах.

Также в СССР с середины 70-х годов XX века разрабатывался лазерный комплекс воздушного базирования А-60 на базе самолёта Ил-76МД. Изначально комплекс предназначался для борьбы с автоматическими дрейфующими аэростатами. В качестве вооружения должен был быть установлен непрерывный газодинамический СО-лазер мегаваттного класса разработки КБ «Химавтоматики» (КБХА).

В рамках испытаний было создано семейство стендовых образцов ГДЛ с мощностью излучения от 10 до 600 кВт. Можно предположить, что на момент испытаний комплекса А-60 на нём был установлен лазер мощностью 100 кВт.

Было выполнено несколько десятков полетов с испытанием лазерной установки по стратосферному аэростату, находящемуся на высоте 30-40 км и по мишени Ла-17. В части источников указывается на то, что комплекс с самолетом А-60 создавался в качестве авиационного лазерного компонента ПРО по программе «Терра-3».

В феврале 2010 г. в СМИ прошло сообщение о возобновлении работ по лазерному оружию воздушного базирования на платформе Ил-76МД-90А с двигателями ПС-90А-76. Концерн ВКО «Алмаз-Антей», ТАНТК имени Г.М. Бериева и предприятие «Химпромавтоматика» в Воронеже получили задание на создание авиационного комплекса с «лазером, способным прожигать корпуса самолетов, спутников и баллистических ракет». Самолет Ил-76МД-90А, переоборудованный для этой цели, в октябре 2014 года совершил первый полет и 24 ноября 2014 г. прибыл в Таганрог для установки лазерного комплекса. Доработка машины и ее наземная отработка продолжались два года, и 4 октября 2016 г. в СМИ прошло сообщение о начале летных испытаний преемника А-60. Как следует из слов заместителя министра обороны Российской Федерации Юрия Борисова, «продолжаются летные эксперименты, результаты которых подтверждают правильность принятых решений».

Какие типы лазеров наиболее перспективны для применения в военных целях в настоящее время? При всех достоинствах газодинамических и химических лазеров, у них есть существенные недостатки: необходимость в расходных компонентах, инерция запуска (по некоторым данным до одной минуты), значительное тепловыделение, большие габариты, выход отработанных компонентов активной среды. Такие лазеры могут быть размещены только на крупных носителях.

В настоящий момент наибольшие перспективы имеют твердотельные и волоконные лазеры, для работы которых необходимо лишь обеспечить их электроэнергией достаточной мощности. Военно-морские силы США активно прорабатывают технологию лазера на свободных электронах. К важным преимуществам волоконных лазеров можно отнести их масштабируемость, т.е. возможность объединять несколько модулей для получения большей мощности. Важна и обратная масштабируемость, если создан твердотельный лазер мощностью 300 кВт, то наверняка его основе может быть создан менее габаритный лазер мощностью, например, 30 кВт.

Какая ситуация с волоконными и твердотельными лазерами в России? Наука СССР в части разработки и создания лазеров была самой передовой в мире. К сожалению развал СССР изменил всё. Одна из крупнейших в мире компаний по разработке и производству волоконных лазеров IPG Photonics основана выходцем из России В. П. Гапонцевым на базе российской компании НТО «ИРЭ-Полюс». В настоящий момент головная компания IPG Photonics зарегистрирована в США. Несмотря на то, что одна из крупнейших производственных площадок IPG Photonics расположена в России (Фрязино, Московская область), компания действует в рамках законодательства США и её лазеры не могут применяться в вооружённых силах РФ, в том числе компания должна выполнять наложенные на Россию санкции.

Вместе с тем возможности волоконных лазеров, производимых IPG Photonics, чрезвычайно высоки. Волоконные лазеры непрерывного излучения высокой мощности компании IPG обладают диапазоном мощности от 1 кВт до 500 кВт, а также широким спектром длин волн, КПД преобразования электрической энергии в оптическую доходит до 50 %. Параметры расходимости волоконных лазеров IPG намного превосходят другие лазеры большой мощности.

Есть ли в России другие разработчики и производители современных мощных волоконных и твердотельных лазеров? Если судить по коммерческим образцам, то нет.

Отечественный производитель в промышленном сегменте предлагает газовые лазеры мощностью максимум десятки кВт. Например, компания «Лазерные системы» в 2001 году представила кислородно-йодный лазер мощностью 10 кВт с химической эффективностью, превышающей 32%, являющийся наиболее перспективным компактным автономным источником мощного лазерного излучения этого типа. Теоретически кислородно-йодные лазеры могут достигать мощности до одного мегаватта.

Вместе с тем нельзя полностью исключать то, что отечественным учёным удалось совершить прорыв в каком-либо другом направлении создания мощных лазеров, основанный на глубоком понимании физики лазерных процессов.

Можно предположить, что наиболее вероятным кандидатом для установки в этот комплекс является газодинамический лазер, потомок лазера, разрабатывающегося для программы А-60. В этом случае оптическая мощность лазера комплекса «Пересвет» может составлять 200-400 киловатт, в оптимистичном сценарии до 1 мегаватта. В качестве другого кандидата можно рассмотреть ранее упомянутый кислородно-йодный лазер.

Если исходить из этого, то со стороны кабины основной машины комплекса «Пересвет» предположительно последовательно расположены – дизельный или бензиновый генератор электрического тока, компрессор, отсек хранения химических компонент, лазер с системой охлаждения, система наведения лазерного луча. Нигде не видно РЛС или ОЛС обнаружения целей, что предполагает внешнее целеуказание.

В любом случае эти предположения могут оказаться ложными, как в связи с возможностью создания отечественными разработчиками принципиально новых лазеров, так и в связи с отсутствием достоверной информации по оптической мощности комплекса «Пересвет». В частности, в печати проскакивала информация о наличии в составе комплекса «Пересвет» малогабаритного ядерного реактора, в качестве источника энергии. Если это действительно так, то конфигурация комплекса и возможные характеристики могут быть совершенно иными.

Какой мощности нужен лазер, чтобы его можно было эффективно применять в военных целях как средство поражения? Во многом это зависит от предполагаемой дальности применения и характера поражаемых целей, а также способа их поражения.

В составе комплекса бортовой самозащиты «Витебск» присутствует станция активных помех Л-370-3С. Она осуществляет противодействие подлетающим ракетам противника с тепловой головкой самонаведения путём ослепления инфракрасным лазерным излучением. С учётом габаритов станции активных помех Л-370-3С, мощность лазерного излучателя составляет максимум несколько десятков ватт. Этого вряд ли достаточно для уничтожения тепловой головки самонаведения ракеты, но вполне достаточно для временного ослепления.

В ходе испытаний комплекса А-60 с лазером мощностью 100 кВт поражались мишени Л-17, представляющие аналог реактивного самолёта. Дальность поражения неизвестна, можно предположить, что она составляла порядка 5-10 км.

Примеры испытаний зарубежных лазерных комплексов:

В ходе испытаний американского воздушного лазерного комплекса Boeing YAL-1 были уничтожены баллистические ракеты-мишени. Одна ракета-мишень с жидкостным ракетным двигателем, вторая твердотопливная, дальность стрельбы на испытаниях составила порядка 100 км.

На испытательном полигоне в Шробенхаузене компанией Rheinmetall были проведены испытания лазерной установки мощностью 20 кВт, уничтожающей беспилотный летательный аппарат (БПЛА) на расстоянии в 500 метров за 3,39 секунды.

Боевая бронированная машина Армии США «Страйкер», оснащенная мобильным высокоэнергетическим лазером (Mobile High-Energy Laser, MEHEL) мощностью 5 кВт, поразила небольшой БЛА на полигоне Графенвер в Германии (земля Бавария)

В ходе более 100 испытаний израильская лазерная система ПРО «Керен Барзель» в апреле 2014 г. система поразила 90% целей (мины, снаряды, БПЛА) показала работоспособность (Proof Of Concept), было проведено более 100 испытаний. Мощность применяемого лазера составляет несколько десятков киловатт.

Компания «Боинг» совместно с Армией США провели испытания перспективного боевого лазера HEL MD. Несмотря на плохую погоду – сильный ветер, дождь и туман – 10-киловаттная установка успешно поразила несколько воздушных целей на авиабазе Эглин во Флориде».

Предыдущее испытание комплекса проводились в 2013 г. на полигоне Уайт-Сэндз, штат Нью-Мексико. Тогда лазер поразил более 90 миномётных снарядов, и несколько БПЛА. В общей сложности за два испытания HEL MD поразил 150 воздушных целей, включая 60-миллиметровые миномётные снаряды и БЛА. В планах компании – увеличение мощности комплекса до 50-60 квт и усовершенствование системы энергообеспечения лазерной установки.

Исходя из изложенного, можно предположить:

— для поражения малых БПЛА на дальности 1-5 километров необходим лазер мощностью 2-5 кВт;

— для поражения неуправляемых мин, снарядов, и высокоточных боеприпасов на дальности 5-10 километров необходим лазер мощностью 20-100 кВт;

— для поражения целей типа самолёт или ракета на дальности 100-500 км необходим лазер мощностью 1-10 МВт.

Лазеры указанных мощностей или уже существуют, или будут созданы в обозримой перспективе. Какие образцы лазерного вооружения в недалёком будущем могут использоваться военно-воздушными силами, наземными войсками и флотом, рассмотрим в продолжении настоящей статьи.

Источник

Все о Лазерах

Вы все любите лазеры. Я то знаю, я от них тащусь больше вашего. А если кто не любит – то он просто не видел танец сверкающих пылинок или как ослепи- тельный крошечный огонек прогрызает фанеру

А началось все со статьи из Юного техника за 91-й год о создании лазера на красителях – тогда повторить конструкцию для простого школьника было просто нереально… Сейчас к счастью с лазерами ситуация проще – их можно доставать из сломанной техники, их можно покупать готовые, их можно собирать из деталей… О наиболее приближенных к реальности лазерах и пойдет сегодня речь, а также о способах их применения. Но в первую очередь о безопасности и опасности.

Почему лазеры опасны

Проблема в том, что параллельный луч лазера фокусируется глазом в точку на сетчатке. И если для зажигания бумаги надо 200 градусов, для повреждения сетчатки достаточно всего 50, чтобы кровь свернулась. Вы можете точкой попасть в кровеносный сосуд и закупорить его, можете попасть в слепое пятно, где нервы со всего глаза идут в мозг, можете выжечь линию «пикселей»… А потом поврежденная сетчатка может начать отслаиваться, и это уже путь к полной и необратимой потере зрения. И самое неприятное –вы не заметите по началу никаких повреждений: болевых рецепторов там нет, мозг достраивает предметы в поврежденных областях (так сказать ремапинг битых пикселей), и лишь когда поврежденная область становится достаточно большой вы можете заметить, что предметы пропадают при попадании в неё. Никаких черных областей в поле зрения вы не увидите – просто кое-где не будет ничего, но это ничего и не заметно. Увидеть повреждения на первых стадиях может только офтальмолог.

Опасность лазеров считается исходя из того, может ли он нанести повреждения до того как глаз рефлекторно моргнет – и считается не слишком опасной мощность в 5мВт для видимого излучения. Потому инфракрасные лазеры крайне опасны (ну и отчасти фиолетовые – их просто очень плохо видно) – вы можете получить повреждения, и так и не увидеть, что вам прямо в глаз светит лазер.

Потому, повторюсь, лучше избегать лазеров мощнее 5мВт и любых инфракрасных лазеров.

Также, никогда и ни при каких условиях не смотрите «в выход» лазера. Если вам кажется что «что-то не работает» или «как-то слабовато» — смотрите через вебкамеру/мыльницу (только не через зеркалку!). Это также позволит увидеть ИК излучение.

Есть конечно защитные очки, но тут много тонкостей. Например на сайте DX есть очки против зеленого лазера, но они пропускают ИК излучение- и наоборот увеличивают опасность. Так что будьте осторожны.

PS. Ну и я конечно отличился один раз – нечаянно себе бороду лазером подпалил 😉

650нм – красный

Это пожалуй наиболее распространенный на просторах интернета тип лазера, а все потому, что в каждом DVD-RW есть такой, мощностью 150-250мВт (чем больше скорость записи – тем выше). На 650нм чувствительность глаза не очень, потому хоть точка и ослепительно яркая на 100-200мВт, луч днем лишь едва видно (ночью видно конечно лучше). Начиная с 20-50мВт такой лазер начинает «жечь» — но только в том случае, если можно менять его фокус, чтобы сфокусировать пятно в крошечную точечку. На 200 мВт жгет очень резво, но опять же нужен фокус. Шарики, картон, серая бумага…

Покупать их можно готовые (например такой на первом фото красный). Там же продаются мелкие лазерчики «оптом» — настоящие малютки, хотя у них все по взрослому – система питания, настраиваемый фокус — то что нужно для роботов, автоматики.

И главное – такие лазеры можно аккуратно доставать из DVD-RW (но помните, что там еще инфракрасный диод есть, с ним нужно крайне аккуратно, об этом ниже). (Кстати, в сервис-центрах бывает негарантийные DVD-RW кучами лежат — я себе унес 20 штук, больше не донести было). Лазерные диоды очень быстро дохнут от перегрева, от превышения максимального светового потока – мгновенно. Превышение номинального тока вдвое (при условии не превышения светового потока) сокращает срок службы в 100-1000 раз (так что аккуратнее с «разгоном»).

Питание: есть 3 основных схемы: примитивнейшая, с резистором, со стабилизатором тока (на LM317, 1117), и самый высший пилотаж – с использованием обратной связи через фотодиод.

В нормальных заводских лазерных указках применяется обычно 3-я схема – она дает максимальную стабильность выходной мощности и максимальный срок службы диода.

Вторая схема – проста в реализации, и обеспечивает хорошую стабильность, особенно если оставлять небольшой запас по мощности (

10-30%). Именно её я бы и рекомендовал делать – линейный стабилизатор – одна из наиболее популярных деталей, и в любом, даже самом мелком радиомагазине есть аналоги LM317 или 1117.

И на последок, отлаживать схему стоит с обычным красным светодиодом, а припаивать лазерный диод в самом конце. Охлаждение обязательно! Диод «на проводочках» сгорит моментально! Также не протирайте и не трогайте руками оптику лазеров (по крайней мере >5мВт) — любое повреждение будет «выгорать», так что продуваем грушей если нужно и все.

А вот как выглядит лазерный диод вблизи в работе. По вмятинам видно, как близок я был к провалу, доставая его из пластикового крепления. Это фото также не далось мне легко

532нм – зеленый

Устроены они сложно – это так называемые DPSS лазеры: Первый лазер, инфракрасный на 808nm, светит в кристалл Nd:YVO4 – получается лазерное излучение на 1064нм. Оно попадает на кристалл «удвоителя частоты» — т.н. KTP, и получаем 532нм. Кристаллы все эти вырастить непросто, потому долгое время DPSS лазеры были чертовски дороги. Но благодаря ударному труду китайских товарищей, теперь они стали всполне доступны — от 7$ штука. В любом случае, механически это сложные устройства, боятся падений, резких перепадов температур. Будьте бережными.

Основной плюс зеленых лазеров – 532нм очень близко к максимальной чувствительности глаза, и как точка, так и сам луч очень хорошо видны. Я бы сказал, 5мВт зеленый лазер светит ярче, чем 200мВт красный (на первой фото как раз 5мВт зеленый, 200мВт красный и 200мВт фиолетовый). Потому, я бы не рекомендовал покупать зеленый лазер мощнее чем 5мВт: первый зеленый я купил на 150мВт и это настоящая жесть – с ним ничего нельзя сделать без очков, даже отраженный свет слепит, и оставляет неприятные ощущения.

Также у зеленых лазеров есть и большая опасность: 808 и особенно 1064нм инфракрасное излучение выходит из лазера, и в большинстве случаев его больше чем зеленого. В некоторых лазерах есть инфракрасный фильтр, но в большинстве зеленых лазеров до 100$ его нет. Т.е. «поражающая» способность лазера для глаза намного больше, чем кажется — и это еще одна причина не покупать зеленый лазер мощнее чем 5 мВт.

Жечь зелеными лазерами конечно можно, но нужны мощности опять же от 50мВт + если вблизи побочный инфракрасный луч будет «помогать», то с расстоянием он быстро станет «не в фокусе». А учитывая как он слепит – ничего веселого не выйдет.

405нм – фиолетовый

Это уже скорее ближний ультрафиолет. Большинство диодов – излучают 405нм напрямую. Проблема с ними в том, что глаз имеет чувствительность на 405нм около 0.01%, т.е. пятнышко 200мВт лазера кажется дохленьким, а на самом деле оно чертовски опасное и ослепительно-яркое – сетчатку повреждает на все 200мВт. Другая проблема – глаз человека привык фокусироваться «под зеленый» свет, и 405нм пятно всегда будет не в фокусе – не очень приятное ощущение. Но есть и хорошая сторона – многие предметы флуоресцируют, например бумага – ярким голубым светом, только это и спасает эти лазеры от забвения массовой публики. Но опять же, с ними не так весело. Хоть 200мВт жгут будь здоров, из-за сложности фокусировки лазера в точку это сложнее чем с красными. Также, к 405нм чувствительны фоторезисты, и кто с ними работает, может придумать зачем это может понадобиться 😉

780нм – инфракрасный

Такие лазеры в CD-RW и как второй диод в DVD-RW. Проблема в том, что глаз человека луч не видит, и потому такие лазеры очень опасны. Можно сжечь себе сетчатку и не заметить этого. Единственный способ работать с ними – использовать камеру без инфракрасного фильтра (в веб камерах её легко достать например) – тогда и луч, и пятно будет видно. ИК лазеры применять пожалуй можно только в самодельных лазерных «станочках», баловаться с ними я бы крайне не рекомендовал.

Также ИК лазеры есть в лазерных принтерах вместе со схемой развертки — 4-х или 6-и гранное вращающееся зеркало + оптика.

10мкм – инфракрасный, CO2

Это наиболее популярный в промышленности тип лазера. Основные его достоинства – низкая цена(трубки от 100-200$), высокая мощность (100W — рутина), высокий КПД. Ими режут металл, фанеру. Гравируют и проч. Если самому хочется сделать лазерный станок – то в Китае(alibaba.com) можно купить готовые трубки нужной мощности и собрать к ним только систему охлаждения и питания. Впрочем, особые умельцы делают и трубки дома, хоть это очень сложно (проблема в зеркалах и оптике – стекло 10мкм излучение не пропускает – тут подходит только оптика из кремния, германия и некоторых солей).

Применения лазеров

В основном – используют на презентациях, играют с кошками/собаками (5мвт, зеленый/красный), астрономы указывают на созвездия (зеленый 5мВт и выше). Самодельные станки – работают от 200мВт по тонким черным поверхностям. CO2 лазерами режут почти все, что угодно. Вот только печатную плату резать трудно – медь очень хорошо отражает излучение длиннее 350нм (потому на производстве, если очень хочется – применяют дорогущие 355nm DPSS лазеры). Ну и стандартное развлечение на YouTube – лопание шариков, нарезка бумаги и картона – любые лазеры от 20-50мВт при условии возможности фокусировки в точку.

Из более серьёзного — целеуказатели для оружия(зеленый), можно дома делать голограммы (полупроводниковых лазеров для этого более чем достаточно), можно из пластика, чувствительного к УФ печатать 3Д-объекты, можно экспонировать фоторезист без шаблона, можно посветить на уголковый отражатель на луне, и через 3 секунды увидеть ответ, можно построить лазерную линию связи на 10Мбит… Простор для творчества неограничен

Так что, если вы еще думаете, какой-бы купить лазер – берите 5мВт зеленый 🙂 (ну и 200мВт красный, если хочется жечь)

Источник