 |
Новосибирский Государственный Университет |
Инновации и высокие технологии фотоники общего применения
Лазерные указки и дальномеры
Лазерная указка — компактный источник узконаправленного лазерного излучения. Выполняется, как правило, в виде цилиндра небольшого диаметра (~7-10 мм) длиной 50-100 мм. Базовым источником излучения лазерной указки служит красный лазерный диод (возможны варианты в диапазоне длин волн 635-670 нм) или миниатюрный твердотельный лазер с удвоением частоты излучения (зелёная указка). Излучение этих лазеров коллимируется линзой или линзами, диаметр коллимированного пучка - 1-2 мм. Наиболее распространенные лазерные указки имеют мощность выходного излучения 1-5 мВт. Мощность выходного излучения более мощных лазерных указок может составлять сотни милливатт, лазерный луч такой мощности может представлять опасность для человека. При мощности излучения 100 мВт луч лазерной указки может прожечь воздушный шарик с расстояния нескольких метров, а при мощности, например, 400 мВт - зажигает спички, прожигает тёмный пластик и пакеты, газеты, проводку и т.д.
Лазерные дальномеры используют два принципа измерения расстояния до объекта:
1. по времени прихода отраженного от объекта импульса излучения;
2. по изменению фазы отраженного от объекта света.
В первом случае на объект посылается зондирующий импульс и измеряется время,
через которое часть отраженного от объекта импульса возвращается назад.
Точность измерения расстояния в этом случае определяется точностью измерения
времени прохождения импульса (до объекта и обратно) и длительностью импульса -
чем короче импульс, тем точнее можно измерить расстояние. Как правило, этот
метод используется при измерении больших расстояний - сотни метров и больше.
При измерении расстояния, например, в 1 км время прохождения лазерного импульса
до объекта и назад составляет около 7 мксек.
В фазовом методе лазерное излучение модулируется
с частотой 10-150 МГц с помощью модулятора (электрооптического кристалла).
В зависимости от дальности объекта изменяется фаза отраженного сигнала
относительно фазы исходного сигнала. Измеряя разность фаз, определяют
расстояние до объекта.
Лазерные CD, DVD и Blue-Ray проигрыватели / рекодеры
Kомпакт-диск (CD, DVD, Blue-Ray) представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1-2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), на который в виде спиральной дорожки наносится информация в виде углублений (питов, по англ. pit — углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Данные с CD-диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, DVD-диска - c длиной волны 640 нм, а Blue-Ray-диска - 405 нм. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром около 1 мкм. Если свет сфокусировался между питами, то фотодиод регистрирует максимальный отражённый сигнал. В случае, если свет попадает в углубление и рассеивается, то фотодиод регистрирует меньшую интенсивность света.
Лазерные принтеры
Основным элементом лазерного принтера является вращающийся фотобарабан, с помощью которого производится перенос изображения на бумагу. Фотобарабан представляет собой металлический цилиндр, покрытый тонкой пленкой из фотопроводящего полупроводника (обычно оксид цинка). По поверхности барабана равномерно распределяется статический заряд. Лазер, управляемый микроконтроллером, генерирует тонкий световой луч, отражающийся от вращающегося зеркала. Этот луч, попадая на фотобарабан, засвечивает на нем элементарные площадки (точки), и в результате фотоэлектрического эффекта в этих точках изменяется электрический заряд. Таким образом, на фотобарабане возникает копия изображения в виде потенциального рельефа. На следующем шаге с помощью другого барабана на фотобарабан наносится тонер - мельчайшая красящая пыль. Под действием статического заряда мелкие частицы тонера легко притягиваются к поверхности барабана в точках подвергшихся экспозиции, и формируют на нем изображение. Лист бумаги с помощью системы валиков перемещается к барабану. Затем листу сообщается статический заряд, противоположный по знаку заряду засвеченных точек на барабане. При соприкосновении бумаги с барабаном частички тонера с барабана переносятся (притягиваются) на бумагу. Для фиксации тонера лист бумаги пропускается между двумя роликами нагревающими его до температуры около 180 - 200 град. С.
Лазерные шоу
В основе лазерного шоу лежит принцип вычерчивания в пространстве различных фигур мощными лучами лазеров. Лазерные "картины" могут формироваться как в воздухе, так и на поверхностях (на стенах, на полу, на потолке, на экране, на фасаде здания и т.д.). Лучи лазера отклоняются быстрыми гальво-драйверами, позволяющими управлять положением лучей в двух плоскостях. Для лазерных шоу чаще всего применяются зелёные лазеры (человеческий глаз наиболее чувствителен к зелёному излучению), хотя могут использоваться и лазеры с другим цветом излучения (красные, жёлтые, синие).
Лазерные телевизоры
Различают два типа лазерных телевизоров: лазерный проекционный телевизор и телевизор с подсветкой лазерными диодами. Лазерный проекционный телевизор формирует изображение с помощью развертки трёх лазерных лучей - синего, зелёного и красного. Особенностью такого телевизора является цветовая чистота изображения и возможность создания изображения больших размеров - на стенах зданий, на облаках и т.д. Недостатком проекционных телевизоров является проявление зернистости изображения (так называемый спекл-фон), являющейся следствием когерентной интерференции лазерного излучения, отраженного от поверхности экрана.