Un pointer laser este un generator cuantic-optic portabil de unde electromagnetice coerente și monocromatice în domeniul vizibil sub forma unui fascicul îngust. În cele mai multe cazuri, este realizat pe baza unei diode laser roșii , care emite în intervalul 635-670 nm, și a unui colimator - o lentilă biconvexă pentru organizarea unui fascicul îngust. Indicatoarele albastre și violete mai rare și până acum (2016) și mai rare indicatoarele verzi au un dispozitiv similar. Până la începutul anilor 2010, pointerii laser verzi aveau o structură complexă și erau un laser cu stare solidă pompat de o diodă laser în infraroșu și urmat de un element de dublare a frecvenței neliniare.
Cele mai comune sunt pointerii laser roșii cu o putere de până la 1-20 mW, pointerii de până la 100-200 mW sunt oarecum mai puțin frecvente . Cele mai puternice indicatoare produse în serie: roșu - până la 1 W și albastru - până la 5 W, verde - până la 2 W.
Indicator laser RGB
Demonstrarea indicatorului RGB
puncte laser
Raza laser
Modelele timpurii de pointere laser au folosit lasere cu gaz heliu-neon (HeNe) și au emis în intervalul de 633 nm. Aveau o putere de cel mult 1 mW și erau foarte voluminoase și scumpe. Acum pointerii laser tind să folosească diode roșii mai puțin costisitoare, cu o lungime de undă de 650-670 nm. Indicatoarele puțin mai scumpe folosesc diode portocaliu-roșu cu λ=635 nm, ceea ce le face mai strălucitoare pentru ochi, deoarece ochiul uman vede lumina cu λ=635 nm mai bine decât lumina cu λ=670 nm. Sunt produse și alte culori de pointere laser; de exemplu, un indicator verde cu λ=532 nm este o alternativă bună la un indicator roșu cu λ=635 nm, deoarece ochiul uman este de aproximativ câteva ori mai sensibil la lumina verde în comparație cu roșu. Recent, au apărut la vânzare indicatori galben-portocaliu cu λ=593,5 nm și indicatori laser albastru cu λ=473 nm.
Cel mai comun tip de indicator laser. Aceste indicatoare folosesc diode laser cu un colimator. Puterea variază de la aproximativ un miliwatt la un watt. Indicatoarele de putere redusă, în formatul unei chei, sunt alimentate de baterii mici, „tablete” și costă aproximativ 1-5 dolari SUA din aprilie 2012. Indicatoarele roșii puternice (lungime de undă 650-660 nm) cu o putere de câteva sute de miliwați la un watt, capabile să aprindă materiale care absorb bine radiațiile, costă aproximativ 50-500 USD.
Indicatoarele laser roșii mai rare utilizează un laser cu stare solidă pompat cu diode ( DPSS) și funcționează la o lungime de undă de 671 nm. Ele diferă de indicatoarele de pe o diodă laser printr-o secțiune rotundă a fasciculului (într-un pointer laser convențional, fasciculul este aplatizat din cauza astigmatismului rezonatorului diodei laser).
Indicatoarele laser portocalii folosesc un laser cu stare solidă pompat cu diode care emite două linii simultan: 1064 nm și 1342 nm. Această radiație intră într-un cristal neliniar, care absoarbe fotonii acestor două linii și emite fotoni de 593,5 nm (energia totală a fotonilor de 1064 și 1342 nm este egală cu energia fotonului de 593,5 nm). Eficiența unor astfel de lasere portocalii este de aproximativ 1%.
Introduse în jurul anului 2010 [1] [2] [3], diodele laser verzi ( Direct Green Laser Diodes bazate pe InGaN) erau inițial foarte scumpe pentru a face pointeri, dar situația se schimbă. Până la începutul anului 2017, mulți producători preferă să facă indicatori bazați pe o diodă laser[ specificați ] . Designul indicatorului devine mult mai simplu, stabilizarea parametrilor fasciculului, dacă este importantă, este și ea simplificată. Un laser verde poate avea o lungime de undă în intervalul 510-530 nm, care este aproape de sensibilitatea maximă a vederii crepusculare a ochiului uman. Prin urmare, în întuneric, pare mai strălucitor. Nu există diferențe fundamentale față de un pointer cu o diodă laser roșie.
Indicatoarele laser verzi au început să fie vândute în 2000. Cel mai obișnuit tip de lasere pompate cu diode în stare solidă (DPSS). Până de curând, diode laser verzi nu au fost produse, așa că este utilizat un design optic complex, care complică și crește semnificativ costul produselor.
Adesea, indicatoarele laser DPSS verzi ieftine au o filtrare de calitate insuficientă a radiației laser IR (poate fi de zeci de ori mai puternică decât puterea declarată în verde) și prezintă un pericol pentru sănătate [4] [5] .
În primul rând, o diodă laser cu infraroșu puternic (de obicei 200-1000 mW [6] ) cu λ=808 nm pompează un cristal de ortovanadat de ytriu dopat cu neodim (Nd:YVO 4 ), unde radiația este convertită la 1064 nm. Apoi, trecând printr-un cristal de titanil fosfat de potasiu (KTiOPO 4 , prescurtat KTP), se dublează frecvența radiației (1064 nm → 532 nm) și se obține lumină verde vizibilă. Generarea și eliberarea radiației verzi este asigurată de oglinzi, dintre care una reflectă complet radiația cu o lungime de undă de 1064 și 532 nm și transmite complet radiația pompei de 808 nm, iar cealaltă reflectă complet radiația de 1064 nm, dar transmite complet 532 nm. Radiația pompei este, de asemenea, reflectată parțial.
În majoritatea indicatoarelor laser verzi moderne, cristalele de vanadat de ytriu și KTP, împreună cu oglinzile rezonatoare, sunt combinate într-un așa-numit „microcip” - o lipire a două cristale cu oglinzi depuse pe margini. Pentru a genera radiație laser, este suficient să focalizați radiația diodei laser a pompei în interiorul cristalului Nd:YVO 4 .
Eficiența circuitului depinde puternic de puterea pompei și nu poate ajunge la mai mult de 20%. Pe lângă lumina verde, un astfel de laser emite o putere semnificativă în IR la lungimi de undă de 808 și 1064 nm, așa că este imperativ să instalați un filtru infraroșu (filtru IR [7] ) în astfel de indicatori pentru a elimina resturile de radiație IR și pentru a evita afectarea ochilor. În versiunile ieftine de indicatori verzi, este posibil să nu fie instalat un astfel de filtru, caz în care chiar și un indicator cu o putere de 1-5 mW prezintă un pericol grav pentru vedere, deoarece puterea radiației IR poate ajunge la zeci de miliwați. Radiația de 1064 nm este focalizată aproape la fel de bine ca verde și este periculoasă dacă lovește ochiul chiar și la distanță mare, în timp ce radiația pompei de 808 nm este foarte defocalizată și nu este concentrată de-a lungul fasciculului, prezentând un pericol la distanțe de până la câteva. metri.
Este de remarcat consumul mare de energie al laserelor verzi - curentul consumat ajunge la sute de miliamperi. Deoarece eficiența de generare și de dublare crește rapid odată cu creșterea puterii pompei, o creștere a puterii de ieșire de la 5 la 100 mW necesită o creștere a curentului consumat doar cu un factor de doi.
Dimensiunea mică a indicatorului laser verde nu permite instalarea unui sistem de stabilizare a temperaturii diodei laser și a mediilor active în ele. Temperatura are un efect deosebit de puternic asupra lungimii de undă emisă de o diodă laser, ceea ce duce la îndepărtarea acesteia de la maximul liniei de absorbție a neodimului și la o scădere a puterii de ieșire. Acest lucru duce la faptul că astfel de indicatoare sunt instabile atunci când temperatura se schimbă. Acest dezavantaj este parțial eliminat prin stabilizarea puterii de radiație la ieșirea laserului. Pentru a face acest lucru, la ieșire este instalat un divizor de fascicul (al cărui rol este jucat de un filtru IR, din care se reflectă o parte a radiației) și o fotodiodă și se introduce feedback negativ. Dezavantajul acestei soluții este posibilitatea defecțiunii diodei laser cu o abatere semnificativă de temperatură, la care sistemul de stabilizare, compensând scăderea puterii de ieșire, este forțat să crească semnificativ curentul prin ea.
Aceste indicatoare laser au aparut in 2006 si au un principiu de functionare similar cu indicatoarele laser verzi. Lumina de 473 nm este de obicei produsă prin dublarea frecvenței luminii laser de 946 nm. Pentru a obține 946 nm, se folosește un cristal de granat de ytriu-aluminiu cu aditivi de neodim ( Nd:YAG ).
În aceste indicatori laser, lumina este emisă de o puternică diodă laser albastră de 1-5 wați. Majoritatea acestor indicatoare aparțin clasei a 4-a de pericol laser și prezintă un pericol foarte grav pentru ochi și piele, atât direct, cât și sub formă de radiații împrăștiate de suprafață.
Distribuția activă a indicatoarelor albastre primite în legătură cu producția în serie de diode laser de mare putere, în principal pentru proiectoare LED compacte, precum Casio Slim [8] .
Lumina din indicatoarele violet este generată de o diodă laser care emite un fascicul cu o lungime de undă de 405 nm. Aceste lasere sunt utilizate în playerele Blu-ray Disc . Lungimea de undă de 405 nm se află la limita intervalului perceput de vederea umană și, prin urmare, radiația laser a unor astfel de indicatori pare slabă. Cu toate acestea, lumina indicatorului provoacă fluorescența unora dintre obiectele către care este îndreptat, a căror luminozitate este mai mare pentru ochi decât luminozitatea laserului în sine. Chiar și cele mai slabe sunt extrem de periculoase pentru piele și ochi.
Pointerii laser violet au apărut imediat după apariția unităților Blu-ray , în legătură cu începerea producției în masă a diodelor laser la 405 nm.
Radiația laser este periculoasă dacă intră în ochi.
Indicatoarele laser convenționale au o putere de 1-5 mW și aparțin clasei de pericol 2-3A și pot fi periculoase dacă fasciculul este îndreptat spre ochiul uman pentru o perioadă suficient de lungă sau prin dispozitive optice. Indicatoarele laser cu o putere de 50-300 mW aparțin clasei 3B și sunt capabile să provoace leziuni severe retinei ochiului chiar și cu o expunere scurtă la un fascicul laser direct, precum și unul specular sau reflectat difuz. Chiar și indicatoarele DPSS verzi de putere mică folosesc lasere IR mult mai puternice în interior și adesea nu oferă suficientă filtrare IR. O astfel de radiație este invizibilă și din această cauză este mai periculoasă pentru vederea oamenilor și animalelor [9] .
În cel mai bun caz, indicatoarele laser sunt doar enervante. Dar consecințele vor fi periculoase dacă fasciculul intră în ochiul cuiva sau este îndreptat către șofer sau pilot și îi poate distrage atenția sau chiar îi poate orbi . În unele țări, acest lucru poate duce la răspundere penală. Așadar, în 2015, un rezident din SUA a fost condamnat la 21 de luni de închisoare pentru că a orbit pentru scurt timp un pilot de elicopter al poliției cu un indicator laser [10] . În 2017, în Germania, un tânăr de 22 de ani rezident în Germania a fost condamnat la un an și jumătate de închisoare pentru fapte similare [11] .
Din ce în ce mai multe „incidente cu laser” provoacă cereri în Rusia, Canada, SUA și Marea Britanie de a limita sau interzice indicatoarele laser. Deja, în New South Wales, există o amendă pentru deținerea unui indicator cu laser și pentru un „atac cu laser” - o pedeapsă de închisoare de până la 14 ani.
Utilizarea pointerelor laser este interzisă de reglementările FIFA privind siguranța stadionelor de fotbal [12] . Un exemplu de aplicare a acestei interdicții a fost o amendă de 50.000 de franci elvețieni aplicată Federației Algeriene de Fotbal pentru fanii care îndreptau cu laser spre portarul naționalei ruse Igor Akinfeev și alte încălcări în meciul Algeria-Rusia de la Mondialul din 2014. Cupa [13] .