En laserpekare är en bärbar kvantoptisk generator av koherenta och monokromatiska elektromagnetiska vågor i det synliga området i form av en smal stråle. I de flesta fall är den gjord på basis av en röd laserdiod , som avger i intervallet 635-670 nm, och en kollimator - en bikonvex lins för att organisera en smal stråle. De mer sällsynta blå och lila pekarna och hittills (2016) även sällsyntare gröna pekare har en liknande enhet. Fram till början till mitten av 2010-talet hade gröna laserpekare en komplex struktur och var en halvledarlaser som pumpades av en infraröd laserdiod och följdes av ett icke-linjärt frekvensfördubblingselement.
De vanligaste är röda laserpekare med en effekt på upp till 1-20 mW, pekare upp till 100-200 mW är något mindre vanliga . De mest kraftfulla massproducerade pekarna: röd - upp till 1 W och blå - upp till 5 W, grön - upp till 2 W.
RGB laserpekare
Demonstration av RGB-pekaren
laserpunkter
Laserstråle
Tidiga modeller av laserpekare använde helium-neon (HeNe) gaslasrar och sänds ut inom 633 nm-området. De hade en effekt på högst 1 mW och var mycket skrymmande och dyra. Nu laserpekare tenderar att använda billigare röda dioder med en våglängd på 650-670 nm. Lite dyrare pekare använder orangeröda dioder med λ=635 nm, vilket gör dem ljusare för ögonen, eftersom det mänskliga ögat ser ljus med λ=635 nm bättre än ljus med λ=670 nm. Andra färger av laserpekare produceras också; till exempel är en grön pekare med λ=532 nm ett bra alternativ till en röd pekare med λ=635 nm, eftersom det mänskliga ögat är ungefär flera gånger känsligare för grönt ljus jämfört med rött. Nyligen har gul-orange pekare med λ=593,5 nm och blå laserpekare med λ=473 nm dykt upp till försäljning.
Den vanligaste typen av laserpekare. Dessa pekare använder laserdioder med en kollimator. Effekten varierar från cirka en milliwatt till en watt. Lågeffektpekare i formfaktorn av en nyckelbricka drivs av små batterier, "surfplattor" och kostar cirka 1-5 US-dollar i april 2012. Kraftfulla röda pekare (våglängd 650-660 nm) med en effekt på flera hundra milliwatt till en watt, som kan antända material som absorberar strålning väl, kostar cirka 50-500 dollar.
Mer ovanliga röda laserpekare använder en diodpumpad halvledarlaser ( DPSS) och arbetar vid en våglängd på 671 nm. De skiljer sig från pekare på en laserdiod genom en rund strålsektion (i en konventionell laserpekare är strålen tillplattad på grund av laserdiodresonatorns astigmatism).
Orange laserpekare använder en diodpumpad halvledarlaser som avger två linjer samtidigt: 1064 nm och 1342 nm. Denna strålning går in i en olinjär kristall, som absorberar fotoner av dessa två linjer och avger 593,5 nm fotoner (den totala energin av 1064 och 1342 nm fotoner är lika med fotonenergin på 593,5 nm). Effektiviteten för sådana orange lasrar är cirka 1 %.
Introducerade runt 2010 [1] [2] [3] var gröna laserdioder ( Direct Green Laser Diodes baserade på InGaN) från början mycket dyra att göra pekare, men situationen håller på att förändras. I början av 2017 föredrar många tillverkare att göra pekare baserade på en laserdiod[ specificera ] . Utformningen av pekaren blir mycket enklare, stabiliseringen av strålparametrarna, om det är viktigt, förenklas också. En grön laser kan ha en våglängd i intervallet 510-530 nm, vilket är nära den maximala känsligheten för det mänskliga ögats skymningsseende. Därför verkar det ljusare i mörkret. Det finns inga grundläggande skillnader från en pekare med en röd laserdiod.
Gröna laserpekare började säljas år 2000. Den vanligaste typen av halvledardiodpumpade (DPSS) lasrar. Tills nyligen har gröna laserdioder inte producerats, så en komplex optisk design används, vilket avsevärt komplicerar och ökar kostnaderna för produkter.
Ofta har billiga gröna DPSS-laserpekare otillräcklig kvalitetsfiltrering av IR-laserstrålning (den kan vara tiotals gånger kraftigare än den deklarerade effekten i grönt) och utgör en hälsorisk [4] [5] .
Först pumpar en kraftfull (vanligtvis 200-1000 mW [6] ) infraröd laserdiod med λ=808 nm en neodymdopad yttriumorthovanadatkristall (Nd:YVO 4 ), där strålningen omvandlas till 1064 nm. Sedan, passerar genom en kristall av kaliumtitanylfosfat (KTiOPO4 , förkortat KTP), fördubblas strålningsfrekvensen (1064 nm → 532 nm) och synligt grönt ljus erhålls. Generering och utmatning av grön strålning tillhandahålls av speglar, varav en fullständigt reflekterar strålning med en våglängd på 1064 och 532 nm och sänder fullständigt 808 nm pumpstrålning, och den andra reflekterar fullständigt 1064 nm strålning, men sänder fullständigt 532 nm. Pumpstrålningen reflekteras också delvis.
I de flesta moderna gröna laserpekare kombineras yttriumvanadat och KTP-kristaller tillsammans med resonatorspeglar till ett så kallat "microchip" - en limning av två kristaller med speglar avsatta på kanterna. För att generera laserstrålning är det tillräckligt att fokusera strålningen från pumplaserdioden inuti Nd:YVO 4 -kristallen.
Kretsens effektivitet beror starkt på pumpeffekten och kan inte nå mer än 20%. Förutom grönt ljus avger en sådan laser betydande effekt i IR vid våglängder på 808 och 1064 nm, så det är absolut nödvändigt att installera ett infrarött filter (IR-filter [7] ) i sådana pekare för att ta bort resterna av IR-strålning och undvika ögonskada. I billiga versioner av gröna pekare får ett sådant filter inte installeras, i vilket fall även en pekare med en effekt på 1-5 mW utgör en allvarlig fara för synen, eftersom effekten av IR-strålning kan nå tiotals milliwatt. Strålningen på 1064 nm är fokuserad nästan lika bra som grön och är farlig om den träffar ögat även på långa avstånd, medan 808 nm pumpstrålningen är mycket defokuserad och inte koncentrerad längs strålen, vilket utgör en fara på avstånd på upp till flera meter.
Det är värt att notera den höga strömförbrukningen för gröna lasrar - strömförbrukningen når hundratals milliampere. Eftersom effektiviteten av generering och fördubbling snabbt ökar med ökande pumpeffekt, kräver en ökning av uteffekten från 5 till 100 mW en ökning av den förbrukade strömmen med endast ungefär en faktor två.
Den lilla storleken på den gröna laserpekaren tillåter inte installation av ett system för att stabilisera temperaturen på laserdioden och aktiva medier i dem. Temperaturen har en särskilt stark effekt på våglängden som sänds ut av en laserdiod, vilket leder till att dess avvikelse från neodymabsorptionslinjens maximum och en minskning av uteffekten. Detta leder till att sådana pekare är instabila när temperaturen ändras. Denna nackdel elimineras delvis genom att stabilisera strålningseffekten vid laserutgången. För att göra detta installeras en stråldelare vid utgången (vars roll spelas av ett IR-filter, från vilket en del av strålningen reflekteras) och en fotodiod och negativ återkoppling införs. Nackdelen med denna lösning är möjligheten till fel på laserdioden med en betydande temperaturavvikelse, vid vilken stabiliseringssystemet, som kompenserar för minskningen av uteffekten, tvingas att avsevärt öka strömmen genom den.
Dessa laserpekare dök upp 2006 och har en funktionsprincip som liknar gröna laserpekare. 473 nm ljus produceras vanligtvis genom att fördubbla frekvensen av 946 nm laserljus. För att erhålla 946 nm används en kristall av yttriumaluminiumgranat med neodymtillsatser ( Nd :YAG ).
I dessa laserpekare sänds ljus ut av en kraftfull blå laserdiod på 1-5 watt. De flesta av dessa pekare tillhör den fjärde klassen av laserfara och utgör en mycket allvarlig fara för ögon och hud, både direkt och i form av strålning som sprids från ytan.
Aktiv distribution av blå pekare som tas emot i samband med serietillverkning av högeffektlaserdioder, främst för kompakta LED-projektorer, såsom Casio Slim [8] .
Ljuset i de lila pekarna genereras av en laserdiod som sänder ut en stråle med en våglängd på 405 nm. Dessa lasrar används i Blu-ray Disc-spelare . Våglängden på 405 nm ligger på gränsen till räckvidden som uppfattas av människans syn och därför verkar laserstrålningen från sådana pekare svag. Ljuset från pekaren orsakar dock fluorescens av några av de föremål som den riktas mot, vars ljusstyrka är högre för ögat än ljusstyrkan hos själva lasern. Även de mest lågkraftiga är extremt farliga för hud och ögon.
Lila laserpekare dök upp direkt efter tillkomsten av Blu-ray- enheter, i samband med starten av massproduktion av laserdioder vid 405 nm.
Laserstrålning är farlig om den kommer in i ögonen.
Konventionella laserpekare har en effekt på 1-5 mW och tillhör faroklass 2-3A och kan vara farliga om strålen riktas in i det mänskliga ögat under tillräckligt lång tid eller genom optiska enheter. Laserpekare med en effekt på 50-300 mW tillhör klass 3B och kan orsaka allvarliga skador på ögats näthinna även vid kort exponering för en direkt laserstråle, såväl som en speglande eller diffust reflekterad sådan. Även gröna DPSS-pekare med låg effekt använder mycket kraftfullare IR-lasrar internt och ger ofta inte tillräckligt med IR-filtrering. Sådan strålning är osynlig och är därför farligare för människors och djurs syn [9] .
I bästa fall är laserpekare bara irriterande. Men konsekvenserna blir farliga om strålen kommer in i någons öga eller riktas mot föraren eller piloten och kan distrahera dem eller till och med förblinda dem . I vissa länder kan detta leda till straffansvar. Så, 2015, dömdes en bosatt i USA till 21 månaders fängelse för att kortvarigt blinda en polishelikopterpilot med en laserpekare [10] . År 2017, i Tyskland, dömdes en 22-årig bosatt i Tyskland till ett och ett halvt års fängelse för liknande handlingar [11] .
Allt fler "laserincidenter" orsakar krav i Ryssland, Kanada, USA och Storbritannien att begränsa eller förbjuda laserpekare. Redan i New South Wales finns det böter för att ha en laserpekare och för en "laserattack" - ett fängelsestraff på upp till 14 år.
Användning av laserpekare är förbjuden enligt FIFA :s säkerhetsbestämmelser för fotbollsstadion [ 12] . Ett exempel på tillämpningen av detta förbud var böter på 50 000 schweiziska franc som ålades algeriska fotbollsförbundet för fans som riktade en laserpekare mot målvakten för det ryska landslaget Igor Akinfeev och andra kränkningar i Algeriet-Ryssland- matchen i World 2014 World Cup [13] .