Что такое лазерная указка

Ранние модели лазерных указок использовали гелий-неоновые (HeNe) газовые лазеры и излучали в диапазоне 633 нм. Они имели мощность не более 1 мВт и были очень дорогими. Сейчас лазерные указки, как правило, используют менее дорогие красные диоды с длиной волны 650—670 нм. Указки чуть подороже используют оранжево-красные диоды с λ=635 нм, которые делают их более яркими для глаз, так как человеческий глаз видит свет с λ=635 нм лучше, чем свет с λ=670 нм. Производятся и лазерные указки других цветов; например, зеленая указка с λ=532 нм — хорошая альтернатива красной с λ=635 нм, поскольку человеческий глаз приблизительно в 6 раз чувствительнее к зелёному свету по сравнению с красным. В последнее время набирают популярность жёлто-оранжевые указки с λ=593,5 нм и синие лазерные указки с λ=473 нм.

Красные лазерные указки

Самый распространенный тип лазерных указок. В этих указках используется лазерные диоды с коллиматором. Мощность варьируется приблизительно от одного милливатта до ватта. Маломощные указки в форм-факторе брелока питаются от маленьких батареек-«таблеток» и на сегодняшний день (апрель 2012 г.) стоят порядка 1$. Мощные красные указки — одни из самых дешевых по соотношению цена/мощность. Так, фокусируемая лазерная указка мощностью 200мВт, способная зажигать хорошо поглощающие излучение материалы (спички, изоленту, тёмную пластмассу и т. д.), стоит порядка 20-30$. Длина волны — примерно 650 нм.

Более редкие красные лазерные указки используют Твердотельный лазер c диодной накачкой (diode-pumped solid-state, DPSS) и работают на длине волны 671 нм.

Зеленые лазерные указки

Зеленые лазерные указки начали продаваться в 2000 году. Самый распространенный тип твердотельных с диодной накачкой (DPSS) лазеров. Лазерные диоды зелёного цвета не производятся, поэтому используется другая схема. Устройство намного сложнее, чем у обычных красных указок, и зелёный свет получают довольно громоздким способом.

Сначала мощным (обычно >100 мВт [источник не указан 508 дней] ) инфракрасным лазерным диодом с λ=808 нм накачивается кристалл ортованадата иттрия с неодимовым легированием (Nd:YVO₄), где излучение преобразуется в 1064 нм. Потом, проходя через кристалл титанила-фосфата калия (KTiOPO₄, сокр. KTP), частота излучения удваивается (1064 нм → 532нм) и получается видимый зелёный свет. КПД схемы около 20 %, большая часть приходится на комбинацию 808 и 1064 нм ИК. На мощных указках >50 мВт нужно устанавливать инфракрасный фильтр (IR-фильтр [1] ), чтобы убрать остатки ИК-излучения и избежать повреждения зрения. Также стоит отметить высокую энергозатратность зелёных лазеров — в большинстве используются две AA/AAA/CR123 батареи.

473 нм (бирюзовый цвет)

Данные лазерные указки появились в 2006 году и имеют схожий с зелёными лазерными указками принцип работы. 473 нм свет обычно получают путем удвоения частоты 946 нм лазерного излучения. Для получения 946 нм используется кристалл алюмо-иттриевого граната с добавками неодима (Nd:YAG).

445 нм (синий цвет)

В этих лазерных указках свет излучается мощным синим лазерным диодом. Большинство подобных указок относится к 4-му классу лазерной опасности и представляет очень серьёзную опасность для глаз и кожи. Своё активное распространение начали в связи с выпуском компанией Casio проекторов [2] , использующих вместо привычных ламп мощные лазерные диоды.

Фиолетовые лазерные указки

Свет в фиолетовых указках генерируется лазерным диодом, излучающим луч с длиной волны 405 нм. Длина волны 405 нм находится на границе диапазона, воспринимаемого человеческим зрением и поэтому лазерное излучение таких указок кажется тусклым. Однако, свет указки вызывает флюоресценцию некоторых предметов, на которые он направлен, яркость которой для глаза выше, чем яркость самого лазера.

Фиолетовые лазерные указки появились сразу после появления Blu-ray-приводов, в связи с началом массового производства лазерных диодов на 405 нм.

Жёлтые лазерные указки

В жёлтых лазерных указках используется DPSS лазер, излучающий одновременно две линии: 1064 нм и 1342 нм. Это излучение попадает в нелинейный кристалл, который поглощает фотоны этих двух линий и излучает фотоны 593,5 нм (суммарная энергия 1064 и 1342 нм фотонов равна энергии фотона 593,5 нм). КПД таких жёлтых лазеров составляет около 1 %.

Использование лазерных указок

• Лазерные указки обычно используются в образовательных учреждениях и на бизнес-презентациях вместо обычных указок. Бывают встроены в ПДУ проекторов или компьютерные ПДУ для презентаций. Красные лазерные указки могут использоваться в помещениях и вечером на открытых пространствах. Зеленые лазерные указки могут использоваться в тех же условиях, но они, в отличие от красных, хорошо видны на улице днем и на дальних расстояниях. Единственным недостатком лазерных указок при указывании на цель являются рывки точки, так как человеческая рука не может долго находиться в неподвижном состоянии из-за тремора. В будущих моделях некоторых лазерных указок планируется внедрить стабилизацию точки [источник не указан 1318 дней] , сейчас же возможным решением проблемы является использование подходящих кондукторов.
• Световое пятно, образуемое лазерной указкой, привлекает кошек, собак и других домашних животных, вызывая сильное стремление поймать его, что нередко используется людьми в играх с этими домашними животными. Не следует забывать, что луч лазерной указки, направленный в глаза человека или животного, может повредить сетчатку.
• Зелёные лазерные указки могут использоваться для любительской астрономии. В безлунную ночь луч зелёной лазерной указки может использоваться для указывания на звезды и созвездия.
• Точно установленная лазерная указка может использоваться как лазерный прицел, чтобы нацелить огнестрельное или пневматическое оружие.
• Лазерные указки используют в своих конструкциях радиолюбители, в качестве элемента связи в пределах видимости.
• Указка со снятым коллиматором используется в любительской голографии. Это единственное известное применение лазера в быту, где используется именно наиболее ценное свойство лазера, в корне отличающее его от светодиода — когерентность излучения.

Безопасность

Лазерное излучение опасно при попадании в глаза.

Обычные лазерные указки имеют мощность 1-5 мВт и относятся к классу опасности 2 — 3А и могут представлять опасность, если направлять луч в человеческий глаз достаточно продолжительное время или через оптические приборы. Лазерные указки мощностью 50-300 мВт относятся к классу 3B и способны причинить сильные повреждения сетчатке глаза даже при кратковременном попадании прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого.

В лучшем случае лазерные указки оказывают только раздражающее воздействие. Но последствия будут опасными, если луч попадает в чей-то глаз или направлен в водителя или пилота и может отвлечь их или даже ослепить. Если это приведёт к аварии, то повлечёт за собой уголовную ответственность.

Всё более многочисленные «лазерные инциденты» вызывают в России, Канаде, США и Великобритании требования ограничить или запретить лазерные указки. Уже сейчас в Новом Южном Уэльсе предусмотрен штраф за обладание лазерной указкой, а за «лазерное нападение» — срок лишения свободы до 14 лет.

Также важно учесть, что у большинства дешёвых китайских лазеров, работающие по принципу накачки (то есть зелёные, жёлтые и оранжевые) отсутствует ИК-фильтр ради соображения экономии, и такие лазеры фактически представляют большую опасность для органов зрения, чем заявлено производителями.

Портативные «лазерные» телескопические указки китайского производства, сочетающие в себе магнит, фонарик, ручку и инфракрасный подсвечивающий луч, сегодня можно недорого приобрести практически на каждом углу мегаполиса.

Особенно охотно их распространяют за символическую цену на рынках, в метро и электропоездах, то есть там, где не требуется показывать свидетельство о сертификации устройства, даже если бы оно у продавцов и было. При этом указка с псевдолазером может быть применена не только по назначению, это довольно опасная игрушка.

Устройство со слабым по мощности лучом — всего 0,5−1 милливатт (мВт). Но даже этот лучик опасен для зрения человека и животного, если его направить в глаза фронтально. Дело не столько в мощности, сколько в самом луче, который необратимо повреждает отдельные клетки сетчатки глаза даже при кратковременной экспозиции.

Если направить такой луч на кожу, к примеру, на руки, ничего не случится. Неплохой вариант применения указки с лазерным диодом может быть реализован дома — для игры с котенком. Лазерный зайчик, почти как солнечный, забавляет братьев наших меньших, а динамика его смещения, когда указка в наших руках, придает игре нешуточный (для кошки) задор.

Устройство

Первичный источник светового потока — лазерный инфракрасный светодиод с непрерывным излучением. Генерируемый диодом луч с длиной волны (инфракрасного спектра) примерно 808 нм (нанометров) проходит сквозь линзу и попадает в кристалл из оксидов неодима, иттрия и ванадия, где преобразуется в излучение с длиной волны 1064 нм. Затем световой поток проходит сквозь калий-титаново-фосфорный кристалл, который преобразует до того невидимое человеческому глазу излучение в луч с длиной волны 532−670 нм. Далее — инфракрасный фильтр, концентрация потока в пучок посредством выходной линзы и… минигиперболоид инженера Гарина готов. Почти настоящий, не смертельный, но и не вполне безопасный. Детям отдавать в игру не советую, хотя бы из-за их любопытства и желания все экспериментально испытывать на себе, в частности на своем лице и глазах.

Дальность

Надежность китайской указки поистине сравнится с вечностью и зависит от ресурса лазерного диода, который составляет не менее 50 000 часов (наработки до отказа).

Продавцы лазерных указок любят приводить в пример их дальнобойность. Но что понимать под этим определением «лазерного» луча, который очень мало рассеивается, — дело туманное. Причем как в прямом, так и в переносном смысле, ведь в туман, дождь или снег, а также в яркую солнечную погоду лазерная подсветка на расстоянии более нескольких десятков метров практически не видна, а значит, теряется весь ее смысл.

Возьмем за основу расстояние, на котором можно заметить невооруженным глазом пятнышко на цели. В вечернее время лазерной «китайской» указкой такое пятнышко диаметром не более 20 см проецируется на стену дома в прямой видимости, на расстоянии 1,12 км. И даже с такого расстояния до источника излучения, смотреть на китайский лазер не комфортно. Хотя, скорее всего, никому не придет в голову светить себе в глаз, все же выводы о безопасности китайского «гаджета» делайте, пожалуйста, сами.

Лазерные указки давно перестали быть новомодной диковинкой. Этот яркий и необычный гаджет имеет множество самых разнообразных граней применения. Принцип функционирования лазерной указки основан на непрерывном прохождении луча, который генерируется инфракрасным светодиодом, через систему специальных линз и кристаллов. В результате оптического преобразования на выходе излучение концентрируется в пучок и превращается в видимый человеческому глазу мощный лазерный поток.

Теоретически цвет лазерной указки может быть самым разнообразным, однако на практике оказалось, что использование лазера в быту и на производстве может оказаться рискованным занятием: далеко не весь диапазон лазерного излучения безопасен для человека. В настоящее время массово выпускаются и поступают в продажу указки с зеленым, синим и красным свечением. Давайте творчески подойдем к вопросу: для чего нужна лазерная указка?

Наука на службе у человека: самые распространенные области использования лазера

• Первое, что приходит в голову при слове указка — это школа или другое любое учебное заведение. Безусловно, лазерную указку также можно использовать в образовательных целях для того, чтобы сконцентрировать внимание аудитории на конкретном объекте. Особенно актуальным будет использование в больших лекционных залах и на проецируемых экранах большого размера.
• На уроках физики в старшей школе или университете лазерная указка может использоваться как наглядное пособие для демонстрации возможностей лазерного луча.
• Бизнес-презентации. Лазерная указка не занимает много места и легко помещается в карман. Однако, это небольшое устройство поможет Вам в эффектном представлении разработанного проекта и сделает презентационный макет более наглядным. Не задерживайте долго цель на одной точке, чтобы избежать рывков.
• В приключенческих фильмах и боевиках Вы неоднократно могли заметить красную точку, с помощью которой снайпер удерживает потенциальную жертву на прицеле. Лазерная указка — это мощный указатель цели, который давно используется военными для огнестрельного, а также пневматического оружия.
• В научных лабораториях часто используют зеленые лазерные указки: они помогают обнаруживать примеси или жидкости в прозрачных веществах, а в комплектации с соответствующими светофильтрами эффективно выявляют флуоресцентное свечение, связанное с загрязнением поверхностей остаточным количеством органических соединений.
• Яркий лазерный свет — это отличный помощник для шахтеров, разрабатывающих новые проходы и туннели.
• Для чего нужна лазерная указка в астрономии? Их активно используют в процессе юстировки — настройки телескопов и изучения форм поверхности системы их зеркал.
• В отличие от красных, зеленые лучи лазерных указок отлично видны днем на достаточно длительных расстояниях, поэтому экскурсоводы активно их используют не только в помещениях, но и на открытых пространствах.

Отдых и увлечения: для чего нужна лазерная указка

Если Вы являетесь фанатом старой доброй радиосвязи, возможно использование лазера в конструкциях как элемента связи в зоне видимости.

Любители астрономии по достоинству оценят яркий зеленый луч, с помощью которого в безлунную ночь можно указывать на звезды и кометы. Контрастное свечение лазера в звездном небе создаст дополнительную романтическую атмосферу для влюбленной пары. Вы также можете привить интерес к изучению созвездий и планет своим детям, доверив им указку под бдительным контролем.

Сняв с красной указки коллиматор, можно использовать гаджет в любительской голографии.

Любители туристических походов и горных перевалов могут использовать лазерные указки как указатели планируемого маршрута и сигнальное устройство в случае отставания от группы. Также лазерная указка легко поджигает спички и сухие щепки.

Рыбаки, предпочитающие лодочную сетевую рыбалку, могут легко кооперироваться на водном пространстве в абсолютной темноте при помощи ярких лазерных лучей.

Диджей с лазерной указкой в ночном клубе быстро привлечет к себе визуальное внимание благодарной и восторженной публики.

Домашние питомцы, особенно кошки, любят играть со световым пятном. Будьте осторожны, чтобы не напугать животное ярким свечением.

Бытовое использование лазера в любом случае требует осторожности: прямое попадание луча в глаза человека или животного может вызвать повреждение клеток сетчатки и даже вызвать временное ослепление.