Лазер - акроним от L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation , что дословно переводится "усиление света посредством вынужденного излучения" - это устройство, преобразующее энергию накачки в энергию узконаправленного потока излучения.
Существует большое количество различных типов лазеров. Их можно разделять на группы по источнику накачки, рабочему телу, области применения. Т.к. в данной статье лазеры будут рассмотрены в контексте безопасности работы с лазерными нивелирами и дальномерами, то внимание будет обращено на такие параметры, как рабочая длина волны (нм) и мощность излучения (мВт).
Длина волны , если она находится в видимом диапазоне, обуславливает цвет лазерного луча. Мощность излучения обуславливает яркость луча, те или иные возможности (прицеливание, демонстрация оптических эффектов, считывание штрих-кодов, резка и сварка материалов, лазерная хирургия, накачка других лазеров).
Излучение в лазерных нивелирах и дальномерах работает как обычная лазерная указка - портативный генератор когерентных и монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона в виде узконаправленного луча. Изготавливается на основе красного лазерного диода, который излучает в диапазоне 635-670 нм . Мощность их излучения не превышает 1,0 мВт .
Существует несколько классификаций опасности лазеров, которые, однако, весьма похожи. Ниже приведена наиболее распространенная международная классификация.
| Класс 1
Лазеры и лазерные системы очень малой мощности, не способные создавать опасный для человеческого глаза уровень облучения. Излучение систем класс 1 не представляет никакой опасности даже при долговременном прямом наблюдении глазом. К классу 1 относятся также лазерные устройства с лазером большей мощности, имеющие надежную защиту от выхода луча за пределы корпуса |
| Класс 2
Маломощные видимые лазеры, способные причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если специально смотреть непосредственно на лазер на протяжении длительного периода времени. Такие лазеры не следует использовать на уровне головы. Лазеры с невидимым излучением не могут быть классифицированы как лазеры 2-го класса. Обычно к классу 2 относят видимые лазеры мощностью до 1 мВт |
| Класс 2a
Лазеры и лазерные системы класса 2a, расположенные и закрепленные таким образом, что попадание луча в глаз человека при правильной эксплуатации исключено |
| Класс 3a
Лазеры и лазерные системы с видимым излучением, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на лазер невооружённым взглядом только на протяжении кратковременного периода (как правило, за счет моргательного рефлекса глаза). Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на них через оптические инструменты (бинокль, телескоп). Обычно ограничены мощностью 5 мВт. Во многих странах устройства более высоких классов в ряде случаев требуют специального разрешения на эксплуатацию, сертификации или лицензирования |
| Класс 3b
Лазеры и лазерные системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча. Лазер относится к классу 3b, если его мощность более 5 мВт |
| Класс 4
Лазеры и лазерные системы большой мощности, которые способны причинить сильное повреждение человеческому глазу короткими импульсами (< 0,25 с) прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого. Лазеры и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение коже человека, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющиеся и горючие материалы |
Требования к конструкции и техническим характеристикам, правила безопасной работы и способы защиты от лазерного излучения на территории Республики Беларусь регламентируются СанПиН 2.2.4.13-2-2006 "Лазерное излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий" и СТБ IEC 60825-1-2011 "Безопасность лазерных изделий. Часть 1. Классификация оборудования и требования" - национальный стандартом Республики Беларусь, который является идентичным международному стандарту IEC.
Значительная часть производимой в мире лазерной техники выпускается и маркируется в соответствие с нормами, опубликованными американской организацией «Center for Devices and Radiological Health» (CDRH).
Лазерные нивелиры
и дальномеры
являются лазером класса 2
в соответствии с данной классификацией, что позволяет использовать их выполняя следующие меры предосторожности:
- не смотрите на лазерный луч, лазерный луч может повредить глаза, даже если Вы смотрите на него с большого расстояния;
- не направляйте лазерный луч на людей и животных;
- лазер должен быть установлен выше уровня глаз;
- используйте прибор только для замеров;
- не вскрывайте прибор;
- держите прибор в недоступном для детей месте;
- не используйте прибор вблизи взрывоопасных веществ.
Устроены зеленые лучи более сложно: первый лазер, инфракрасный, длиной волны 808 нм, светит в кристалл Nd:YVO4 – получается лазерное излучение с длиной волны 1064 нм. Оно попадает на кристалл «удвоителя частоты» - и получается 532 нм .
В некоторых лазерах есть инфракрасный фильтр, но это значительно увеличивает цену прибора, значит может присутствовать только в дорогих моделях. Так же стоит заметить, что зеленые диоды, устройства которые излучают зеленый луч, значительно дороже при производстве (в несколько раз по причине большего числа брака по сравнению с красным). А рабочий ресурс зеленого диода значительно ниже. Суммарно это отражается на конечной стоимости нивелира лазерного. В итоге получается следующая картина. Нивелир лазерный с зеленым лучом строит проекции, которые лучше видны, ресурс такого прибора ниже, стоимость выше (порой у один производитель за одинаковые модели отличающиеся лишь лазером выставляет цену отличающуюся в 1,5-2 раза).
Следует отметить, что по заявленным производителями нивелиров характеристикам мощность такого лазера до 2,7 мВт (у красного до 1,0 мВт), а безопасность по классу 3 (у красного 2).
Подведем итог, зеленый цвет лазера действительно лучше виден в условиях дневного света, чем красный, но нельзя забывать о том, что он значительно небезопаснее и неоправданно дорог .
Предлагаемая конструкция может пригодиться для охраны некапитальных проемов — окон, дверей проходов — или установлена по периметру открытого объекта. Принцип работы – срабатывание по прерыванию луча лазера нарушителем. Несмотря на свою простоту, система получилась достаточно надежной и экономичной, а красный лазер, работающий в режиме коротких импульсов практически незаметен нарушителю.
Рисунок 1. Схема передатчика лазерной охранной системы
Передатчик, схема которого изображена выше, состоит из генератора коротких импульсов и усилителя тока, нагруженного на лазерную указку, которую несложно найти практически в любом ларьке. Генератор собран на элементах DD1.1, DD1.2 и при указанных на схеме номиналах частотозадающей цепи работает на частоте около 5 Гц. Далее сигнал поступает на дифференцирующую цепь С2R3, которая формирует короткие импульсы длительностью около 10 мкс. Это не только делает устройство экономичным (одной шестивольтовой батареи типа 476 хватает более чем на год непрерывной работы передатчика), но и незаметным для нарушителя.
Далее импульсы выравниваются по форме и амплитуде элементами DD1.3, DD1.4 и поступают на усилитель, собранный на транзисторе VT1. Усилитель нагружен на лазерную указку, которую дорабатывают – исключают батареи и снимают конусообразный наконечник. Резистор R7, включенный последовательно с резистором, «впечатанным» в саму плату лазерного фонарика (его номинал порядка 50 Ом), является токоограничивающим для лазерного светодиода, тумблер SA1 включает непрерывный режим работы излучателя, необходимый для юстировки системы «передатчик-приемник».
Для большей экономии и стабильности частоты микросхема DD1 питается пониженным до 3-4 В напряжением, излишек гасится резистором R6. Средний ток потребления передатчиком не превышает 10 мкА, в импульсе светодиод потребляет около 20 мА, поэтому выключатель питания не предусмотрен. Передатчик сохраняет работоспособность (конечно, при снижении дальности) при снижении питающего напряжения до 4.5 В.
Приемник, схема которого изображена на рисунке 2, собран на интегральной микросхеме DA1, чувствительным элементом служит фотодиод ФД263-01. При его замене нужно учитывать длину импульсов засветки – время реакции светодиода на засветку должно быть в 5-10 раз ниже длительности импульса лазера.
На его месте смогут работать, к примеру, ФД320, ФД-11К, ФД-К-142, КОФ122 (А, Б) и многие другие. В ответ на каждую вспышку передатчика приемник формирует на выходе импульс высокого уровня амплитудой КМОП. Его можно использовать для дальнейшей обработки. Для исключения внешней засветки фотодиод нужно установить в непрозрачную трубку, выполняющую роль бленды.
Настройка системы сводится к ее юстировке. Делают это визуально, наводя луч лазера на фотоприемник как можно точнее. Для этого переключателем SA1 включают передатчик на непрерывное излучение. После окончания юстировки и приемник, и передатчик должны быть прочно закреплены. В принципе, «микронной» юстировки такая система не требует. Во время экспериментов она надежно работала, когда фотоприемник, отнесенный от передатчика на 50 м, находился в круге разброса излучения диаметром 30 см.
По материалам «Радио» №7, 2002 г.
Лазерные указки являются портативными приборами, в которых имеются излучатели, генерирующие волны электромагнитного когерентного и монохроматического происхождения в видимом диапазоне в лучевой форме. Излучателями могут выступать лазерные диоды, либо полноценные твердотельные лазеры.
Имеется несколько видов лазерных указок, которые отличаются типами излучателей и бывают таких цветов:
Эти ЛУ являются самыми дешевыми и самыми распространенными. Работают от обычной батареи таблеточного типа, на базе красных лазерных диодов со спектром излучения 650-660 нм. Они оснащены драйверными платами, управляющими питанием. Для излучения в форме узкого луча используются выпуклые с обеих сторон линзы, называемые коллиматорами.
Красные ЛУ в основном маломощные до 1-100 мВт. Их характерной особенностью является то, что красные диоды довольно-таки скоро «прогорают», снижая интенсивность излучения, отчего большинство таких указок, спустя пару месяцев работы, начинают хуже светить, невзирая на заряд батареек.
Днем человеческий глаз более чувствителен к зеленым цветам, чем к красным (где-то в 6-10 раз). Благодаря этому green laser светит более ярко. Однако в ночи все происходит наоборот.
Зеленые лазерные диоды чрезвычайно дорогостоящие, поэтому для создания green laser используют твердотелые лазеры с диодами. Они не такие дорогие как зеленые лазерные диоды, но ценнее, чем красные. Длина волны green laser - 532 нм, с КПД приблизительно 20%. Зеленые ЛУ энергозатратнее красных, вследствие этого трудно подбирать агрегаты, питающиеся от таблеточных батарей.
Начали выпускаться с 2006 года, схема действия схожа с green laser. Длина волны голубая- 490 нм, бирюзовая - 473 нм, а синяя - 445 нм. Излучателем является твердотелый мощный лазер. Синие ЛУ весьма дорогостоящие, диоды не такие дорогие, но не имеют широкого распространения. Излучение ЛУ синего цвета крайне опасно для глаз. КПД приблизительно 3%.
Длина волны желтых ЛУ - 593.5 нм. Имеются также их оранжевые «коллеги» с длиной волны 635 нм. КПД – чуть более 1%.
ЛУ с фиолетовыми лазерными диодам имеют длину волны 400-410 нм. Это почти предел в диапазоне, который воспринимает человеческий глаз, поэтому это свет видится как тусклый.
Свет фиолетовых ЛУ вызывает флуоресценцию, и яркость светящихся объектов становится интенсивнее, чем в самом лазере. В серию ЛУ пошли с появлением привода для оптического носителя Blu-ray, в котором применили лазерный диод с длиной волны соответственного излучения.
Лазерное излучение опасно при попадании в глаза.
Обыкновенные ЛУ обладают мощностью 1-5 мВт, их относят ко 2-3А классам опасности. Они могут быть опасными, в случаях направления луча в глаза людям на довольно-таки продолжительные периоды или при помощи оптических приборов. ЛУ мощностью 50-300 мВт относят к 3B-классу. Они опасны причинением сильных повреждений сетчатки глаз, причем даже при кратковременных попаданиях прямого лазерного луча.
Следует знать, что в маломощных зеленых DPSS-указках используются значительно мощные ИК-лазеры, которые не гарантируют достаточную фильтрацию ИК-излучений. Такие виды излучений не видимы и в результате этого куда более опасны для глаз людей и животных.
Кроме того, ЛУ могут оказывать исключительно раздражающие воздействия. Особенно, если луч попадет в глаза водителей или летчиков, что может отвлечь их внимание или даже привести к ослеплению. В некоторых странах такие деяния влекут за собой уголовную ответственность. Например, в 2018-ом году одного американца приговорили к почти двум годам тюремного заключения за непродолжительное ослепление мощным лазером летчика в полицейском вертолете.
В последние годы случается все больше многочисленных «лазерных инцидентов» в развитых странах, вызываемых требованиями по ограничению или запрещению ЛУ. В настоящее время законодательством Нового Южного Уэльса предусмотрен штраф за владение ЛУ, а за совершение «лазерного нападения» - заключение до 14-ти лет.
Применение ЛУ запрещено по правилам во время проведения футбольных матчей. Так, например Алжирская федерация футбола была оштрафована на 50 000 швейцарских франков за то, что болельщиками при помощи лазерной указки ослепили вратаря российской сборной Игоря Акинфеева во время ЧМ-2014.
Не так давно стало известно о появлении самого мощного карманного лазера, «короля» ЛУ или «меча джедая». Небольшой мощный лазер может прожигать тонкие пластмассы, взрывать детские шарики, поджигать бумагу и ослеплять людей. Устройство китайского производителя Wicked Lasers лишь бегло напоминает популярные ЛУ, но имеет более крупный корпус.
Часто лазерная указка с крошечным цилиндриком, выдающая красный лазерный луч, используется детьми для игр или для презентаций в школе. Однако указатель новой генерации компании Wicked Lasers для детей не будет игрушкой. И это не случайно, ведь выходная мощность китайской лазерной указки в десятки и сотни раз значительнее, чем у обычных недорогих ЛУ.
Удивительно, что китайская «зеленая супермодель» с мощностью луча от 0,3 ватт достигает «дальности воздействия» до 193-х километров.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Лазерная указка по своей сути является генератором электромагнитных волн видимого диапазона, которые и формируют луч, ради которого мы и покупает это устройство. В этой статье я расскажу вам о принципе их действия,а так же об основных видах
В красных указках используется простой лазерный диод, а так же крохотная плата-драйвер. Это один из самых примитивных видов указок, луч здесь рассеивается с помощью двояковыпуклой линзы
В 2000 году появились гораздо более мощные зеленые лазерные указки. Из-за дороговизны зеленых диодов здесь используется сложный и громоздкий метод получения зеленого света. В итоге коэффициент полезного действия этой схемы составлял всего двадцать процентов
Спустя несколько лет, в 2006, появились синие лазерные указки, с той же схемой действия. Но их коэффициент полезного действия был еще ниже, составляя всего три процента, и сами эти указки стоили довольно немалых денег
Наиболее современными считаются фиолетовые указки, в них луч генерируется специальным диодом на границе диапазона, воспринимаемого глазом человека. Эти указки появились примерно в одно и то же время с появлением технологии Blue-ray
Существуют также желтые указки, но их коэффициент полезного действия наиболее низок и равен примерно одному проценту. Существует очень много интернет-магазинов, где купить лазерную указку не составит труда, но стоит выбирать наиболее надежные, где вам не подсунут дешевую китайскую подделку, а продадут качественный товар.
Лазерная указка - это модный современный гаджет XXI века!
Вариантов использования лазерной указки в повседневной жизни уйма:
Как мы видим в наше время лазерные указки используются повсеместно.
Наиболее часто задаваемые вопросы и подробные, точные ответы на них:
Вопрос : Скажите, а как сильно зависит яркость луча лазерной указки от ее мощности?
Ответ : Луч мощностью до 20-30 мвт достаточно плохо виден даже ночью, а вот от 50 мвт ситуация резко меняется и в дальнейшем прирост мощности уже не дает таких ошеломляющих показателей. Т.е. если у Вас была указка 5 мВт и Вы поменяли ее на 50 мВт, то радость Ваша и удивление будут намного больше, чем если Вы поменяете 50-ти миливатную на 200 мВт. И хоть по яркости луча 50 мВт и 200 мВт отличаются не так уж сильно, то по своим прожигательным, поджигательным и другим подобным способностям 200 мВт не стоит сравнивать с 50 миливатной указкой.
Вопрос : Скажите, насколько соответствует мощность указок, написанная на них реальному положению дел?
Ответ : Часто бывает так, что на указке написано 200 мВт, а при измерении мощности оказывается, что она и 100 кое как выдает.. Такие ситуации бывают достаточно часто. Китайцы очень любят клеить стикеры с мощностью заведомо более высокой чем есть на самом деле. Тем более, что невооруженным взглядом отличить мощность 200mw от 100mw очень трудно и возможно только если поставить рядом две указки - 200 и 100 мВт. Если же просто включить указку мощностью в 50 мвт, дать ее человеку и сказать что эта указка мощностью 100 мВт - в это поверит каждый. Тут надо полагаться на опыт.
Вопрос : В интернете много магазинов продают данные указки. Чем они отличаются от Ваших? И почему Ваши цены подозрительно дешевле чем у других?
Ответ : Когда в каком-либо магазине Вам заявляют -"Наши лазерные указки самые лучшие!" - не верьте этому потому, что в Китае (откуда эти указки родом), лазерные диоды которые используются в данных указках - изготавливаются на одном заводе . И все производители лазерных указок (а в Китае ими торгует очень много компаний) покупают для своих изделий эти диоды у одного производителя, а металлические корпуса не имеют особого значения в данных устройствах. Поэтому наши указки ничем не лучше и не хуже чем в других магазинах. Абсолютно такие же. Все указки у всех одинаковые ! Относительно цены - продажа лазерных указок не является нашим приоритетным направлением, поэтому мы не ставим перед собой цель как можно больше заработать на данных лазерных указках.
Вопрос : Скажите, а луч Ваших зеленых лазеров виден полностью или только точка?
Ответ : Днем ни от какой указки луча полностью не видно! Видна только точка, яркость которой впрочем целиком и полностью зависит от мощности лазерного диода. Но вот с наступлением сумерек, все зависит от мощности указки. Чем больше мощность лазера - тем раньше во времени суток можно будет наслаждаться этим зрелищем - ярким сочным лучом. Начиная с мощности в 50 мВт луч от указок будет виден уже в ранних сумерках,а в темноте он будет казаться толстой зеленой веревкой и бороздить небесное пространство в радиусе нескольких тысяч метров. При мощности 150-200 мВт луч будет упираться в далекие облака, а от 300 мВт будет уходить на многие десятки километров.
Вопрос : Какое время беспрерывной работы лазера? Ну т.е. вот нажал кнопочку и светишь.
Ответ : Во первых, все зависит от мощности лазерной указки, а во вторых от типа используемых батарей или аккумуляторов. В третьих, в любом случае, производитель не рекомендует пользоваться указкой непрерывно более 2 минут, потому что лазерный диод сильно нагревается во время работы и от этого ухудшаются его характеристики, а в четвертых сила тока протекающая через диод достаточно велика, и следовательно разряд батареи наступит очень скоро если Вы будете светить указкой непрерывно. Рекомендуемый режим работы следующий: Светим 30 сек - 20 секунд отдыхаем. или светим 20 секунд - 7-10 секунд отдыхаем, чтобы за это время успел охладиться диод, а батарея восстановить рабочие характеристики. При режиме 5-6 секунды светим а затем 1-2 секунды отдыхаем - работа беспрерывная вплоть до полной разрядки батареи. Именно такой режим и будет являться для Вас самым интересным и оптимальным.
Вопрос : От какой мощности начинаются "прожигательные" и "поджигательные" способности?
Ответ : Указки мощностью до 100 мВт ничего не прожигают и не поджигают. Реально данные свойства проявляются на лазерных указках мощностью от 200 мВт. Но имейте ввиду, что чем дальше расстояние до объекта, тем слабее данные свойства. Зеленый лазер от 300 мВт, а фиолетовый лазер от 200 мВт уже во всю прожигают и поджигают предметы темного и красного цвета. Имейте ввиду, что предметы белого цвета Вы не подожжете никакой лазерной указкой! Белый цвет отражает лазерный луч и ничего кроме яркого светового пятна Вы не получите.
Вопрос : Какая мощность указки требуется для выжигания по дереву?
Ответ : Если дерево окрашено в черный, красный (или очень темный цвет), то при мощности в 200 мВт Вы уже сможете прожигать дерево, а от 300-400 мВт - дымок пойдет немедленно как только Вы станете светить на деревяшку.
