Главная » Отделочные материалы » Отражение лазера от поверхности измерение. Лазерный дальномер – какой купить? Всегда ли свет распространяется по прямой линии

Отражение лазера от поверхности измерение. Лазерный дальномер – какой купить? Всегда ли свет распространяется по прямой линии

Закон отражения света.
Отраженный и падающий лучи лежат в плоскости, содержащей перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения, и угол падения равен углу отражения.
Представьте, что вы направили тонкий луч света на отражающую поверхность, - например, посветили лазерной указкой на зеркало или полированную металлическую поверхность. Луч отразится от такой поверхности и будет распространяться дальше в определенном направлении. Угол между перпендикуляром к поверхности (нормалью) и исходным лучом называется углом падения, а угол между нормалью и отраженным лучом - углом отражения. Закон отражения гласит, что угол падения равен углу отражения. Это полностью соответствует тому, что нам подсказывает интуиция. Луч, падающий почти параллельно поверхности, лишь слегка коснется ее и, отразившись под тупым углом, продолжит свой путь по низкой траектории, расположенной близко к поверхности. Луч, падающий почти отвесно, с другой стороны, отразится под острым углом, и направление...

0 0

Человек, знающий элементарные законы оптики, от души посмеется над сюжетом, в котором супергерой отражает лазерную атаку злодея с помощью блестящей поверхности. Зеркало не способно отразить луч лазера, не рассеяв его пучок. Чтобы отразить или перенаправить луч лазера, нужно потрудиться и иметь для этого достаточно сложное оборудование.
Да и рука супергероя находится в большой опасности. Ведь при попадании мощного луча, зеркало с недостаточным качеством поверхности, или разрушится, или расплавится.

Это немалая проблема для современных специалистов в области лазерной оптики. Они сталкиваются с необходимостью отражать пучок лазера постоянно. Каких только ухищрений не предпринимали ученые до недавнего времени, их зеркала не удовлетворяли поставленным задачам. Какой бы идеальной ни была поверхность зеркала, она греется в точке соприкосновения с лучом, нагревается и деформируется. Лазерный луч не отражается полностью, большая часть его энергии...

0 0

Я так понимаю потеряет и при правильном подборе материала потеряет очень много, фактически станет бесполезным. Т.е. при относительно небольших затратах всю эту очень эффектную технологию можно свести на нет. Думаете только у нас деньги "на оборонке" отмывают? :)

И конечно опасен, но обратно в самолет он не отразится, будет "метаться".

Если ставить уголковое зеркало из трёх зеркал под прямым углом друг к другу (как на автомобильных/велосипедных отражателях), то луч пойдёт строго обратно.

Проблема в том, что зеркало отражает не всё, и поглощённая часть луча может расплавить зеркало.

А ведь это идея!

Это обсуждали сразу как появилось пресловутое видео. Собственно делались даже расчеты, получилось что весь этот лазер можно свести на нет специализированной отражающей краской, с подобранной под его частоту максимальной...

0 0

Эта страничка посвящена самодельному изготовлению зеркала для лазера. Зеркало - составная часть лазерного резонатора, и от коэффициента отражения зеркала зависит возможность возникновения лазерной генерации в активной среде.

В книге Т. Раппа "Эксперименты с самодельными лазерами" изложены способы изготовления лазерных зеркал в условиях домашней мастерской. Однако для самостоятельного изготовления потребуется хороший двухступенчатый форвакуумный насос. Ниже приводится, возможно, не самый лучший, зато простой способ изготовления лазерной оптики.

Сразу надо сказать, что в настоящей статье изложены способы изготовления зеркала с металлической отражающей поверхностью. Коэффициент отражения такого зеркала в диапазоне волн 500-800 нм равен ~ 95 %. При таком значении коэффициента отражения можно добиться лазерной генерации только в активных средах с высоким коэффициентом усиления. В частности металлическое зеркало можно применять в самодельных азотных лазерах, лазерах на...

0 0

Лазер без зеркал

В длинном волоконном световоде может возникнуть лазерная генерация света – необходимая для этого положительная обратная связь создается из-за рэлеевского рассеяния генерируемого излучения на неоднородностях волокна. Такой лазер может быть отнесен к классу «случайных» лазеров, активно изучаемых в последнее время. По эффективности и качеству создаваемого пучка света лазер с распределенной случайной обратной связью не уступает лазеру с обычным резонатором, но при этом его излучение обладает рядом уникальных свойств

Устройство лазера сейчас знает даже школьник. С лазерами мы сталкиваемся практически на каждом шагу – в магазинах при сканировании штрих-кодов, при воспроизведении и чтении компакт-дисков, при печати на лазерных принтерах. Широко используются лазеры и в промышленности – для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов.

Известно, что для лазерной...

0 0

Важный и серьёзный пост. Я должен знать что будет, если в идеальный, изнутри зеркальный шар (скажем определённого размера - 1 метр в диаметре) запустить лазерный луч от указки.
Подскажите, инженеры и учёные, битте. Я никак не доработаю свой эксперимент.
Второй вариант - шар не полый, а кварцевый например.
Есть ли возможность сделать "световой" луп?
Скажем у нас есть зеркало на которое мы направили лазерный луч, который отразившись идёт на другое зеркало, от которого отразившись идёт опять на первоначальное, замыкая луп?

Ну можно как вариант акустического резонатора.
Определённый сигнал определённой частоты посылаем на отражающую поверхность, он отражается и идёт на другую, от которой возвращается на первую, складывается с первоначальным резонирует, амплитуда растёт и т.д...Идёт раскачка...
Как завязка - микрофон-динамик.
Мне интересна лазерная завязка.

Проясните мне некоторые моменты. Это важно...Нет времени лезть в учебники или гугль,...

0 0

Зеркала отражают поляризованный свет вполне нормально. (У некоторых типов зеркал есть маленькая зависимость коэффициента отражения от поляризации, но она заметна только на очень точных приборах).

У любого зеркала есть основные характеристики - коэффициент отражения и коэффициент пропускания (если зеркало полупрозрачное). То есть, считается, что зеркало сколько-то отражает, сколько-то пропускает насквозь, остальное теряется. Пример: настенное зеркало отражает 75% и поглощает 25% света. Хорошее зеркало для лазера отражает 99.95% света, остальное в основном пропускает. Выходное зеркало в гелий-неоновом лазере отражает 99% и пропускает 1% - этот 1% и есть тот самый "луч лазера".

У диэлектрических зеркал соотношение отражения и пропускания зависит от длины волны света и от угла падения на зеркало. В...

0 0

Https://www.slideshare.net/neulukinnuwikabe516233/vaccum-pump-for-pennis-enlargement
п»їPE Bible, true, or just another scam?
Re: PE Bible, true, or just another scam?
In my opinion, if it is not a popular exercise, method or device on MOS it is more than likely not too effective. This of course is only true for methods that have been around for a while, new methods will need to be reviewed. If there was a Bible created for Penis Enlargement I am pretty sure MOS would be the promised land
Matters of Size SRT Suppressed -Restricted-Tra nsposition The World"s Best Penis Enlargement Routine based on 11 Years of Research ! Four Easy Steps to Starting SRT and Making the Fastest Penis Size Gains Possible
6. Follow the SRT Routine: Maximizing Gains and Healing Fastest! Watch your Penis gain inches in girth and length in the FASTEST time Possible! Over 15 Years of...

0 0

Вопрос 37. Устройство лазера.Принцип действия лазера.

Лазер обязательно состоит из трех основных компонент: 1) активной среды, в которой создаются состояния с инверсией населенностей; 2) системынакачки(устройства для создания инверсии в активной среде); 3) оптического резонатора(устройства, формирующего направление пучка фотонов).Кроме этого оптический резонатор предназначен для многократного усиления лазерногоизлучения.

В настоящее время в качествеактивной(рабочей)среды лазера используются различные агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма.

Источник накачки подаёт энергию в систему. В его качестве могут выступать: электрический разрядник; импульсная лампа; дуговая лампа; другой лазер; химическая реакция; взрывчатое вещество

Тип используемого устройства накачки напрямую зависит от используемого рабочего тела, а также определяет способ подвода энергии к системе. Например, гелий-неоновые лазеры используют электрические разряды в...

0 0

Этот проект посвящен исследованию свойств и особенностей лазерного излучения на практике, использованию лазера для создания несложных физических приборов. В работе изложено и описано устройство и физические принципы работы лазера, показана широкая область применения лазеров, в частности в космической отрасли.

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Орган местного самоуправления

«Управление образования г. Каменска-Уральского»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 40»

Второй Молодежный космический форум «Семихатовские чтения»

Секция 1. Физика и познание мира

Проект

«Самодельные лазерные приборы»

Исполнитель:

Жеребятьев Илья Владимирович,

учащийся 9 класса

Руководитель:

Балашова Марина Эдуардовна,

учитель физики

Каменск-Уральский – Екатеринбург

Введение

На протяжении многих веков астрономия была лидером естествознания. Астрономические наблюдения послужили исходным фундаментом для открытия многих законов физики. Несколько лет назад радиоастрономы сделали любопытное открытие. Оказалось, что в межзвездной среде есть группы молекул ОН (гидроксильные группы). Излучение гидроксила подобно излучению лазера. Так что природа создала лазеры раньше, чем их изобрел человек.

В 2015 г. научная общественность отмечает 55-летие изобретения лазера.

Лазерное излучение обладает удивительными свойствами. Недаром фантастика предвосхитила его создание.

Работа над проектом включала в себя изучение истории изобретения лазера, принципа его работы, знакомство на практике со свойствами излучения и рассмотрение применения лазерных приборов в различных сферах деятельности человека, знакомство школьной общественности (учащиеся 1-11 классов, родители) с лазером.

Цель данной работы : изготовить приборы с использованием лазера: простейший сканатор и резонатор.

Задачи:

изучить литературу по данной теме (теория лазера, история, применение);
исследовать свойства и особенности лазерного излучения на практике;
подобрать материалы для изготовления приборов.

Актуальность данной темы обусловлена постоянным ростом темпа развития лазерных технологий и их внедрения в нашу жизнь, в том числе в космическую отрасль.

Объект исследования: лазерное излучение.

Предмет исследования: возможность использования лазера для создания несложных физических приборов.

Основная часть

Что такое лазер. Основные свойства лазерного излучения

Слово "лазер" составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания.

Лазер (оптический квантовый генератор) – это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию согласованного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Основные свойства лазерного излучения: Монохроматичность (одноцветность) – все электромагнитные колебания потока имеют одинаковую частоту и длину волны. Характеризует ширину спектра излучения. Чем ширина спектра меньше, тем выше монохроматичность излучения. Когерентность – совпадение фаз электромагнитных колебаний. Характеризует меру согласования между фазами волн, образующими данное излучение. Два пучка называются когерентными, если разность фаз между волнами остается постоянной за время наблюдения.Свойство временной когерентности излучения лазеров используется в оптоэлектронных приборах для приема и передачи информации. Чем короче волна, тем больший объем информации может быть передан. Поляризация – фиксированная ориентация векторов электромагнитного излучения в пространстве относительно направления его распространения. Направленность – малая расходимость потока излучения, распространяется в пределах небольшого телесного угла. Высокая направленность обеспечивает максимальную плотность энергии на выходе прибора.

Благодаря своим свойствам, лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века. Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники.

Из истории создания лазера

1900г. Немецкий ученый Макс Планк выдвигает смелую гипотезу квантованности излучения: вещество излучает и поглощает свет отдельными порциями (квантами). Энергия кванта Е = h∙ν, где h – постоянная Планка.

1913г. Нильс Бор, пытаясь объяснить планетарную модель атома Э. Резерфорда, сформулирует два постулата:

Энергия атома квантована, т. е. может принимать ряд дискретных значений: Е 1 ,Е 2 ,Е 3 ,…Е n
При переходе атома с уровня с энергией Е 2 на уровень с энергией Е 1 излучается квант (фотон) с энергией h ∙ ν = Е 2 – Е 1

1916г. Альберт Эйнштейн создает теорию взаимодействия излучения с веществом, и в 1917г. предсказывает возможность индуцированного (вынужденного) излучения атомами, из чего вытекает принципиальная возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн.

1940г. Советский физик В. А. Фабрикант показывает возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн.

1954г. Ученые Николай Геннадиевич Басов и Александр Михайлович Прохоров и не зависимо от них американский физик Чарлз Таунс создают микроволновый квантовый генератор радиоволн с длиной волны 1,27 см («МАЗЕР»). За это изобретение они были удостоены Нобелевской премии.

1960г. Американский физик Теодор Майман сконструировал первый лазер на рубине с длиной волны в 0,69 мкм. Питер Сорокин и Мирек Стивенсон собрали инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана. Али Джаван, Уильям Беннетт и Дональд Хэрриот продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни.

Изобретение лазеров и их совершенствование идет и по сей день.

Теория лазера

Лазеры, как правило, состоят из трех частей (рис. 1):

Источник энергии или механизм накачки;

Рабочее тело;

За что отвечает каждая из этих частей:Система зеркал или оптический резонатор.

Источник энергии подает необходимую для работы устройства энергию. Такой первоначальной энергией может выступать и другой источник света, а также электрический разряд, химическая реакция и т.д.

Рабочее тело – вещество (газ, твердое, жидкость и даже плазма), в котором находятся атомы, излучающие когерентные фотоны. Определяет все наиболее важные характеристика лазера, такие как мощность, длину волны и др., что, в конечном итоге, определяет его практическое применение.

Оптический резонатор – это система зеркалдля сбора излучения в один узкий пучок.

Принцип действия

Чтобы процесс излучения когерентных фотонов произошел, рабочее тело подвергается энергетической накачке, которая приводит, к тому, что большая часть атомов, из которых состоит рабочее тело, перешли в возбужденное энергетическое состоянии. В этом состоянии переход к обратному – основному (не возбужденному) состоянию произойдет, если через атом пройдет фотон, соответствующий по своей энергии разнице между этими двумя состояниями атома. Таким образом, возбужденный атом, при переходе в основное состояние добавляет к «пролетавшему через него» фотону его точную копию. Таким образом, происходит усиление света .

Применение лазеров

С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекциизрения до управления транспортными средствами, откосмических полётов дотермоядерного синтеза . Примеры использования лазера: промышленность: резка, сварка, сверление, гравировка; медицина: хирургия, лазеротерапия; военное дело: прицелы, светолокаторы, СОИ; быт: принтер, DVD, передача данных; наука: нивелир, голография, автофокус.

Применение лазеров в космической отрасли

Учеными ведутся разработки инновационных способов передачи данных в космосе с помощью лазера .

Первым шагом в этой программе NASA станет запуск проекта LCRD, намеченного на 2017 год. Главной задачей этой миссии является проверка и демонстрация возможностей новой технологии с увеличенной в 6 раз скоростью передачи данных.

В космонавтике и в авиации сегодня применяются импульсные лазерные локаторы (рис. 2) для определения расстояния до цели.

Лазерные высотомеры (рис. 3) применялись в космическом корабле “Аполлон” для фотографирования поверхности Луны, на Межпланетном зонде «Messenger» для высокоточной топографической съёмки поверхности Меркурия.

Энергетическая проблема для к

осмонавтики не менее важная. Одно из решений использование управляемого те рмоядерного синтеза . Но существует ряд технологических проблем, не позволяющих довести работы до практического использования. Одна из таких проблем - удержание нагретой плазмы в ядерном реакторе. Один из способов решить эту проблему может заключаться в использовании лазеров.

Не далеко то время, когда человечество начнет отрываться от Земли и летать на другие планеты. При этом многие технологии, сейчас используемые в областях, далеких от космонавтики, космонавтам придется взять с собой. В том числе и лазерные: лазерный скальпель, лазерные резка и сварка, голография и т. д.

Конструктор космических систем академик РАН Борис Черток не исключает, что в перспективе в космосе могут появиться поражающее лазерное и высокочастотное космическое оружие.

Практическая часть

1. Исследование некоторых свойств лазерного излучения

Определение длины волны лазерного излучения

Цель: определить длины волн красного и зеленого лазерного излучения.

Оборудование, необходимое для измерения: В работе для определения длины световой волны используется дифракционная решетка с известным периодом (период указан на решетке).

Если пропустить лазерный луч сквозь решетку, то на темном фоне экрана можно наблюдать дифракционные максимумы 0-го, 1-го, 2-го и т. д. порядков.

Длина волны λ, определяется по формуле: , где а – расстояние от решетки до экрана, b – расстояние на экране от максимума 0-го порядка до дифракционного максимума 1-го или 2-го порядка, d – период дифракционной решетки, k – порядок спектра.

Вычисление длины волны красного лазерного луча. Решетка с периодом 1/50 мм:

Вычисление длины волны красного

Вычисление длины волны зеленого лазерного луча. Решетка с периодом 1/75 мм:

Вычисление длины волны зеленого лазерного луча. Решетка с периодом 1/300 мм:

Для сравнения полученных результатов использую ниже приведенную таблицу.

Таблица. Длины волн лазерного излучения в лазерных указках

Вывод: С учетом погрешности при измерениях в опыте, а также, учитывая, что лазерные указки отличаются спектральным диапазоном, у них разный производитель, результаты, практически, близки к приведенным в таблице.

Отражение лазерного луча

Цель: наблюдать отражение лазерного луча от зеркальной поверхности.

Оборудование: оптическая скамья, зеркало, транспортир, лазер.

На отражающую поверхность (зеркало) в заданном направлении падает лазерный луч. Луч, отражаясь от зеркала, изменяет свое направление. Не зависимо от того, как падает луч на зеркало, всегда угол падения равен углу отражения и находятся лучи в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча.

На фотографиях показано отражение луча от зеркала при углах падения 304) и 60 (рис. 5).

Вывод: опыт доказывает справедливость закона отражения света.

Определение угла расхождения лазерного луча

Цель: наблюдение расхождения лазерного луча и определение угла расхождения.

Оборудование: лазер, линейка.

Для определения угла расхождения лазерного луча я расположил источник лазерного излучения на расстоянии 67230 мм от стены (опыт проводился в рекреации школы). Диаметр светового пятна на стене получился равным 90 мм (рис. 8). Диаметр луча на выходе из прибора примерно составляет 3 мм. Этим размером можно пренебречь, т. к. он намного меньше полученного значения диаметра пятна на стене и расстояния до стены (рис. 9).

Простые расчеты позволяют определить угол расхождения луча:

Вывод: угол расхождения лазерного луча примерно составляет 4,824"".

В работе также были проведены опыты по преломлению, дифракции, рассеиванию, поляризации лазерного луча и измерение температуры поверхности под действием лазерного луча.

2. Изготовление лазерного спирографа

Зрелище спиральных узоров, которые воспроизводятся на стенах при помощи этого прибора, завораживает и привлекает внимание. Большинство людей из тех, кому я продемонстрировал узоры спирографа, были просто в восторге от увиденного.

Идея создания пришла ко мне на дискотеке, когда я увидел своими глазами что такое настоящее лазерное шоу и лазерная цветомузыка, и как это все работает. Принцип действия прибора я подсмотрел в китайском светомузыкальном приборе, который меняет узоры в зависимости от звука. В нём применяются шаговые двигатели, управляемые микроконтроллером, при таком построении рисуемые картинки получаются нестабильными, за счёт синхронной работы моторов.

Я сделал похожее по принципу устройство, с простым управлением и с применением доступных деталей. Луч лазера направлен на первое зеркало, которое вращается первым мотором и отражает луч на следующее зеркало, а за счёт не большого наклона зеркал относительно оси мотора, луч отражается с круговым вращением и пятно получается виде чёткого узора.

В моем приборе используется два лазерных луча, четыре моторчика, пять зеркал и три реостата-регулятора скорости вращения моторчиков. Таким образом, получается «лазерное шоу».

3. Изготовление лазерного сканатора

Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты внешнего воздействия с некоторыми значениями (резонансными частотами), определяемыми свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с некоторой другой частотой, определяемой из параметров колебательной системы, таких как внутренняя (собственная) частота, коэффициент вязкости и т.п.

Сканатор предназначен для получения незамысловатых оптических фигур. Весь прибор основан на магнитном резонансе. Прибор изготовлен из моторчика, пластиковой пластинки и магнитов. Увеличение амплитуды колебаний пластинки при резонансе можно наблюдать по световой линии. Изменяя положение мотора и скорость его вращения, можно получать не только разные фигуры на экране, но и найти резонансные частоты.

Заключение

Данная работа позволила мне не только подробно разбираться в выбранном материале по данной теме, но и учиться анализировать информацию из множества источников, также подавать ее аудитории. Проведенные эксперименты, подтверждающие, некоторые законы физики и свойства лазерного излучения также способствовали изучению материала. Проектная деятельность способствует развитию способностей к самостоятельной работе, формированию навыков самоорганизации.

К моим практическим достижениям можно отнести значимость моей (уже не первой, подобной) работы, которая заключается в том, что она помогает пропедевтике физического образования в начальной школе, куда я выхожу регулярно со своими проектами по физике. И у меня уже появились последователи в этом деле. В проектную работу по физике включаются и сами малыши, что, несомненно, поможет им в образовании, в том числе и с выбором будущей профессии. Не исключаю возможности, что кто-то из них свяжет свою деятельность с космонавтикой.

Событие

Подписка на новости

Оптические системы формирования лазерного излучения в технологических установках

Назначение оптических систем в лазерных установках состоит в следующем:

– изготовление оптических резонаторов и получение лазерных излучения,

– передача энергии излучения лазера к месту обработки,

– регулирование параметров излучения,

– формирование светового пучка с высокой плотностью мощности (фокусировка),

– наводка излучения на обрабатываемую точку,

– контроль за процессом обработки и оценка ее результатов.

Оптические системы содержат следующие основные элементы:

– фокусирующие – линзы, объективы,

– отражающие элементы – зеркала, сканаторы,

– преломляющие – призмы полного отражения, оптические дефлекторы (устройства позволяющие расщеплять один луч на несколько лучей),

– регулирующие излучения – оптические затворы и др.,

– передающие световоды.

Фокусирующие элементы служат для изменения диаметра пучка лазерного излучателя с целью изменения плотности мощности излучения. В технологических установках, как правило, требуется уменьшать диаметр пучка и повышать плотность энергии мощности излучения, т.е. фокусировать излучение.

Наиболее простой и широко применяемый способ фокусировки излучения – применение одиночной линзы (рис.), где f – фокусное расстояние, F – фокальная плоскость оптической системы.

Из-за того, что лазерное излучение обладает определенной расходимостью (хотя и очень малой), оно может быть сфокусировано (уменьшено) до вполне определенного размера. Диаметр светового пятна излучения имеет наименьшее значение в фокальной плоскости F и определяется по формуле:

Подставляя выражение для θ получаем

(2.38)

На практике наблюдается искажение фокусировки(аберрации)

С учетом сферических аберраций

, (2.39)

где P* – расчетный параметр (определяется размерами и формой линзы).

Зная энергию или мощность лазерного излучения W и, P и, можно рассчитать плотность энергии или мощность в сфокусированном пятне:

; . (2.40)

Ранее (см. свойства лазерного излучения) проводили оценку этих величин исходя из диаметра лазерного излучения. При фокусировке эти параметры возрастают на несколько порядков. На практике обычно стремятся к уменьшению диаметра пятна излучения.

Из формулы (2.39) видно, что для уменьшения диаметра сфокусированного пятна излучения необходимо уменьшать фокусное расстояние. Однако, это можно делать лишь до определенных пределов, т.к. при слишком малом расстоянии между линзой и поверхностью фокусировки возникает опасность повреждения линзы (например, парами и жидкими частицами обрабатываемого материала).

Поэтому для получения пятна диаметром в несколько микрон применяют другой способ – увеличение диаметра пучка с помощью телескопической системы – см.(2.39).

Диаметр светового пятна в этом случае определяется с учетом (2.39) по следующей формуле:

где Г>1 – увеличение телескопической системы.

Оптимальное фокусное расстояние линзы (при котором достигается наименьший диаметр сфокусированного пятна) может быть определено по формуле:

(2.41)

При прохождении лазерного излучения происходит нагревание линз оптической системы вследствие частичного поглощения излучения. Это может привести к термическим деформациям и повреждениям оптической системы. Поэтому плотность мощности излучения не должна превышать определенных значений, допускающих длительную нормальную работу деталей оптической системы.

Допустимая плотность мощности зависит от материала, из которого изготавливаются спицы и длины волны излучения.

– для фокусировки излучения с длиной волны 0.4 – 2 мкм (видимый и ближний инфракрасный спектры) применяют линзы, изготовленные из различных сортов оптического стекла. Допустимая плотность мощности составляет ~ 10 3 Вт/см 2 .

– для излучения с длиной волны 10.6 мкм

(CO 2 – лазеры) обычные оптические материалы непрозрачны. Материалами для изготовления линз служат:

– монокристаллы солей галогеноводородных кислот – NaCl, KBr, KCl и др.

Допустимая плотность мощности ~ 10 3 Вт/см 2 . Обладают высокой гигроскопичостью и малым сроком службы.

– полупроводниковые кристаллы – германий, арсенид галлия и др. Допустимая плотность мощности 100 Вт/см 2 .

При мощности излучения, превышающей допустимую, применяют либо принудительное воздушное или жидкостное охлаждение линз, либо Фокусирующие системы из зеркал с металлическими покрытиями на металлической основе(с целью лучшего охлаждения). Основа – стекло, медь, кремний. Покрытие – золото, серебро, медь, никель, молибден, алюминий и др.

Отражающие и преломляющие элементы оптических систем служат для изменения направления лазерного излучения. Применяются в оптических резонаторах и системах транспортировки лазерного излучения.

При длине волны лазерного излучения 0.4 – 2 мкм для этой цели применяют призмы полного внутреннего отражения и зеркала с многослойным диэлектрическим покрытием (для увеличения коэффициента отражения и уменьшения расстояния).

При длине волны излучения 10.6 мкм. применяют зеркала плоские, выпуклые, вогнутые с металлическим покрытием (из золота и алюминия), которые имеют высокий коэффициент отражения (~1). Изменяя плотность покрытий можно изменять коэффициент отражения, т.е. изготавливать полупрозрачные зеркала.

На практике часто возникает задача по перемещению лазерного луча по произвольному контуру. Для этого применяют систему подвижных плоских зеркал (см. рис.).

1 – излучатель лазера

2,3 – подвижные зеркала

4 – линза

5 – материал

По оси Х перемещаются зеркала 2 и 3 и линза 4 совместно, а по оси У могут двигаться только зеркало 3 и линза 4.

Одновременное перемещение по осям Х и У позволяет получать любую траекторию луча.

С применением зеркал изготавливаются системы сканирования лазерного луча, т.е. периодического перемещения его по одной и той же траектории.

Регулирующие элементы оптических систем предназначены для изменения энергии, мощности лазерного излучения, его пространственных и временных характеристик. К ним относятся

– оптические квантовые усилители – устройства, позволяющие увеличивать энергию лазерного импульсного излучения. Фактически это лазеры, в которых генерируются не самопроизвольно, а под действием излучения другого лазера. В результате к энергии импульса инициирующего излучения добавляется энергия излучения оптического усилителя.

– устройства для регулировки мощности излучения от нуля до номинального значения – диаграммы с переменным диаметром отверстия, сменные светофильтры с различными коэффициентами поглощения, оптические затворы, модуляторы, заслонки.

В качестве затворов модуляторов применяют следующие типы затворов

– электрооптический (эффект Понкельса), основан на явлении плоскости поляризации некоторыми веществами под действием высокого постоянного напряжения до 5кВ.

– механические затворы – вращающиеся зеркала до 30000 об/мин.

– затворы на насыщающихся затворах, основаны на явлении: при некотором значении интенсивности излучения некоторые органические красители становятся прозрачными.

– акустооптические затворы, кварцевое стекло и германий(для ИК диапазона) при воздействии ультразвуковых волн сопровождаются большими потерями(рассеяниями) для лазерного излучения и его генерация прекращается.

Затворы устанавливаются в резонаторе. Кроме этого применяются механические заслонки на выходе лазерного излучения из резонатора.

Передающие элементы оптических систем предназначены для передачи лазерного излучения на расстояния вплоть до нескольких десятков км. – для этого применяют волоконные световоды .

В настоящее время известно большое количество световодов. Наиболее широкое применение получили световоды следующей конструкции

Волоконный световод состоит из сердечника 1 с показателем преломления n 1 , оболочки 2 с показателем преломления n 2 >n 1 и защитной оболочки 3. Материалы применяемые для изготовления: сердечник например, из кварца с добавкой титана, чтобы повысить показатель преломления, оболочка из чистого кварца. Вообще для изготовления этих элементов световодов применяют, в настоящее время, большое количество различных сортов стекол и полимеров; для защитной оболочки применяют различные лаки, полимеры, металлы, она обеспечивает защиту световода от воздействия внешней среды(влаги), повышает механическую прочность, улучшает оптические характеристики. Диаметр световода колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен мкм. Сердечник имеет диаметр в пределе от нескольких мкм. до 1000 мкм. (1мм.).

В световодах используется явление внутреннего полного отражения (рис.). На границе раздела 2-х сред происходт явление преломления и отражения света. При переходе светового потока из среды с большим коэффициентом преломления n 1 в среду с n 2

. (2.42)

Таким образом, если при входе светового потока в сердечник световода он падает на границу раздела с оболочкой под углом ≥ θ кр, то этот поток распространяется только в пределах сердечника.

Важной характеристикой световода является – затухание эффективности свеового потока при распространении по световоду. В настоящее время созданы созданы световоды с затуханием ~ 1дБ/км.

Приборы измеряющие расстояние прошли свой долгий путь от куска веревки с узелками до, различной точности, линеек и рулеток. Однако даже современные ручные измерительные инструменты имеют ряд недостатков.

Во-первых, их длина невелика, и для замеров больших дистанций требуется использовать их несколько раз, что грозит значительными погрешностями в результатах.

Во-вторых, скорость измерения низка и во многом зависит от навыка пользователя. Наконец, ручные измерительные инструменты позволяют производить лишь линейные измерения, все прочие операции по обработке данных ложатся на плечи человека - ему приходится вооружаться бумагой и ручкой, записывать результаты, складывать или перемножать их и т. д.

Лазер или ультразвук

Дальномеры тоже прошли эволюционный путь. Современные приборы компактны, легки, просты в работе. По принципу действия дальномеры подразделяют на лазерные и ультразвуковые.
имеет на фронтальной части корпуса лазерный излучатель и рядом - приёмник излучения. Испускаемый лазерный луч достигает препятствия впереди, отражается от его поверхности, возвращается и фиксируется приёмником. Обработка полученного сигнала встроенным процессором позволяет почти моментально вычислить пройденное лучом расстояние до точки отражения. Лазерные дальномеры характеризуются высокой точностью - у топовых моделей погрешность не превышает десятых долей миллиметра.

Ещё одно преимущество лазерных моделей - большой рабочий диапазон. В зависимости от назначения (для использования в помещениях или на улице) и класса прибора он может достигать 30–200 м. Однако на дальность работы и погрешность дальномера влияют внешние условия.

Например, природа поверхности, от которой отражается лазерный луч, - её отражающая способность. Особое же значение имеет освещение, в частности солнечный свет. При ярком свете отражённый лазерный луч хуже определяется приёмником, и чем больше расстояние до отражающей поверхности, тем больше вероятность того, что прибор не сможет произвести измерение.

Поэтому лучшие результаты достигаются в помещениях с неярким освещением, а на улице и при солнечном свете дальность работы дальномеров будет меньше «паспортных» значений. Впрочем, есть возможность снизить влияние негативных факторов окружающей среды - например, с помощью специальных мишеней.

Их поверхность обладает высокой отражающей способностью, поэтому отражённый луч мощнее и лучше фиксируется приёмником. Поскольку человеку на большом расстоянии и ярком солнечном свете тоже непросто различить красную точку лазера, производители выпускают особые очки, в которых она лучше видна.

В некоторых высокоуровневых моделях для решения этой же проблемы предусмотрены своего рода «оптические прицелы» или даже функции вывода увеличенного изображения со встроенной камеры. Принцип работы ультразвуковых дальномеров основан на эффекте эхолокации. Прибор испускает ультразвуковую волну в направлении объекта измерения, она достигает поверхности объекта, отражается и возвращается назад.

Традиционно, ученые искали новые теплостойкие материалы для изготовления зеркал. Одни материалы лучше, иные хуже, одни материалы дорогие, а другие требуют сложной обработки. Поиски подходящего материала не закончены и по сей день. Скорее всего, эти поиски затянутся на неопределенное время.

Оптики из института Фраунгофера пошли другим путем. Они применили известную поговорку «если гора не идет к Магомету, то Магомет идет к горе». Они изменили подход к проблеме и решили создать умное зеркало, которое само компенсирует потери энергии и «подстраивается» под каждый вил лазерного луча индивидуально. Это стало возможным за счет того, что зеркало не поглощает тепло и деформируется, а просто компенсирует тепловую деформацию. Для компенсации используется высокоточный искусственный нагрев нужных областей зеркала и пьезоэлектрический эффект.
Зеркало, изготовленное из специальной керамики и покрытое слоем меди, может менять свою поверхность автоматически. Это происходит благодаря тепловым датчикам, которые дают команду нагревательному устройству разогреть ту область зеркала, которая компенсирует деформацию от тепла лазерного луча.

Применение умных зеркал дает простор для широкого применения лазера. Это могут быть установки для разрезания крупногабаритного космического мусора на мелкие части, которые способны сгореть в атмосфере Земли. Для этого не понадобится значительных затрат энергии и работы можно проводить с большого расстояния.

Применение таких зеркал поможет преодолеть атмосферные искажения лазерного луча и передавать большие объемы информации без потерь на расстояния в тысячи километров. В этом проекте кроются отличные перспективы для развития лазерной связи.

Конечно же, супергерою в карман такое зеркало не поместится. Ему нужно найти другие способы противостоять лазерному оружию. Кто знает, может такие методы и найдутся в будущем?!

Напечатать