Главная // 
Общая информация // Принцип действия
Общая информация // Принцип действия
Общая информация // Принцип действия
Активная среда лазера – это материал, который обеспечивает размер, концентрацию и форму луча, который также усиливается процессом стимулируемой эмиссии. Активная среда может иметь любое физическое состояние – газ, жидкость, твердое тело или плазма. Активная среда лазера поглощает энергию накачки. Заряженные частицы среды могут взаимодействовать со светом или абсорбирующими или испускающими фотонами. Эмиссия может быть самопроизвольной или быть простимулированной сторонними методами. В последнем случае фотон испускается в том же самом направлении, что и свет.
Когда число частиц в возбужденном состоянии превышает число частиц, находящихся в состоянии с более низкой энергетической составляющей, инверсия лазера достигается стимулируемой эмиссии из-за проходящего через активную среду света. Как следствие, свет усиливается параллельно с усилением через оптический усилитель, который помещен в резонансной оптической впадине. Свет, произведенный стимулируемой эмиссией, подобен входному сигналу с точки зрения длины волны, фазы и поляризации. Фактически, таким образом, образуется лазер и позволяет ему поддерживать однородную поляризацию и часто моноцветность, установленную оптической конструкцией впадины лазера.
Оптический резонатор иногда упоминается как «оптическая впадина», но это не совсем верно с точки зрения конструкции лазера, поскольку лазерные установки используют открытые резонаторы в противоположность впадине, которая использовалась для микроволновых частот в квантовом генераторе. Резонатор, как правило, состоит из двух зеркал, расположенных в противоположных углах колбы активной среды, и между ними проходит последовательный пучок света. Каждый раз при стимулировании атома эмиссия возвращает его в стандартное состояние. Активная среда лазера усиливается любые фотоны, проходящие через нее, независимо от направления, но только фотоны, поддерживаемые резонатором, получат существенное увеличение.
Каким должен быть лазерный проектор? Более мощным или более ярким? Или лучше взять более быстрый?
Возьмём за пример цветной анимационный RGB проектор. Посмотрим, из чего он состоит и как работает. Как понятно из названия, здесь есть три лазерных модуля, излучающих соответственно красный, синий и зелёный цвета. С помощью дихронических зеркал, отражающих тот или иной свет, три луча объединяются. В результате получается луч белого цвета. Мы можем отрегулировать интенсивность каждого цвета, в результате чего цвет суммарного луча изменится. Попадая на гальванометры – двойное управляемое зеркало – лучи создают нужный нам рисунок.
Характеристики лазерного проектора
1.Общая мощность ЛП;
2.Мощность баланса белого цвета;
3.Угол и скорость сканирования;
4.Диапазон расхождения лазеров.
Рассмотрим каждый параметр отдельно.
Общая мощность
Это чуть ли не самая важная опция, которая составляется из отдельных мощностей всех лазерных модулей, установленных в проекторе. От этого параметра зависит общая яркость проектора.
Мощность баланса белого цвета
В режиме лазерного шоу проектор будет отображать картинку или анимацию, основываясь именно на балансе белого, поэтому данный параметр невероятно важен для работы аппарата. Если возникают проблемы с балансом белого, все цвета на картинке искажаются. Обычно картинка становится зелёная, потому что красный цвет является самым дорогим. Расчёт баланса белого происходит благодаря нескольким эмпирическим показателям.
Угол и скорость сканирования
Касаемо этого параметра работает правило «чем больше – тем лучше». От показателя скорости зависит сложность анимации, которую проектор будет способен воспроизводить без мерцания. Просчитывается этот параметр несложно. К примеру, анимация с цветком составляет около 1500 точек, если скорость сканирования, к примеру, равна 30kpps, картинка будет воспроизводиться 20 раз за секунду, что достаточно неплохо. Просмотр лазерного шоу становится некомфортным, когда картинка начинает мерцать с частотой около 10-15Гц. Угол сканирования помещён в один параметр со скоростью не просто так. Эти два понятия неразрывно связаны. На конкретном углу мы можем работать только с конкретной скоростью, хотя обычно указываются максимальные показатели.
Пример из практики: для воспроизведения картинки 3х3 метра проектор должен находиться на расстоянии 6 метров от холста. Далеко не каждая картинка имеет нужную глубину, а если она и есть, то экран 3х3 будет для неё недостаточно большим. Обычно работа производится при размере экрана, равному отдалённости проектора.
Диапазон расхождения лазеров
Лазерный луч – это не тот туч, который мы учили на математике, не бесконечная прямая, это пучок света, который постепенно расширяется. Чем быстрее лазерный луч расширяется, тем менее качественной становится картинка с увеличением расстояния проектора.
Небольшой FAQ для новичков, здесь можно найти информацию по использованию лазерных диодов.
В класс полупроводниковых лазеров входят:
1.Собственно лазерные диоды, а также линейки, созданные на их базе, есть модификации с фотодиодами обратной связи;
2.Излучатели лазерных лучшей, работающие в импульсивном режиме. Это, по сути, импульсный трансформатор тока, во вторичной оболочке которого использован диод;
3.Самостоятельные лазеры, которые, по сути, являются интегральными драйверами, где лазерный диод используется в качестве основной нагрузки. С использованием импульсивного режима превращается в генератор импульсов тока, а с использованием непрерывного режима – в генератор постоянного тока.
Сам по себе лазерный диод обладает вольтамперной характеристикой диода, но сконструирован он не на традиционном p-n переходе, как старые лазеры, в на специальных гетеропереходах.
Функции гетеропереходов:
1.Становится эмиттером для носителей заряда и одновременно локализатором носителей в активной области;
2.Может быть использовать в качестве оптического волновода для излучения.
Как работает прибор
Вышеупомянутый ток накачки создаёт инверсную концентрацию носителей заряда. Это происходит в энергетических зонах полупроводникововой (от этого и название современных лазеров) материи активной области. Электроны концентрируются в зоне проводимости, а «дырки» - в валентной зоне.
Процесс рекомбинации элементов может начаться даже с одной пары. Однако фотон, получившийся в результате, не один раз проходит через оптический резонатор, который образовывается благодаря зеркалам, находящимся в активной области. Проходя через резонатор, фотон буквально выкидывает электроны в валентную зону, в результате чего происходит новая рекомбинация, подобная лавине. Получается, все пары создают фотоны одновременно. Новые фотоны так же проходят через оптических резонатор, создавая обратную связь, благодаря которой происходит генерация. Судя по этому, лазеры было бы лучше назвать оптическими генераторами, поскольку они генерируют, а не усиливают свечение.
Зеркала оптических резонаторов создаются в результате скалывания по плоскостям, где оно проходит естественным путём. Эти плоскости имеются в каждом монокристалле. Для того, чтобы зеркала в результате расположились перпендикулярно слоям лазера, изначально монокристалл ориентируют, используя рентгеновские лучи.
Обычно излучение, создаваемое задними зеркалами, используется крайне редко, разве что для использования фотодиода обратной связи. Чаще всего на заднее зеркало просто напыляю отражающее покрытие.
Излучение передних зеркал используется всегда, а для облегчения его выхода на зеркала напыляются специальные плёночки.
Помните, это только FAQ для новичков, найти подробную информацию об использовании лазерных диодов вы можете в других статьях сайта.
Изобретение лазера стало одним из крупнейших достижений физики 20 столетия. Лазер и лазерные установки нашли свое применение во многих сферах: начиная от бытовой техники и заканчивая военными установками. Лучшие решения, которые осуществили только с помощью лазеров: