Лазер схема: КАК РАБОТАЕТ ЛАЗЕР | Наука и жизнь

Зачем фокусироваться в минимальное пятно? Если у нас есть два лазера, которые фокусируются в два разных пятна, и первое в 10 раз больше второго, то, так как энергия распределяется по всей площади круга и площадь круга пропорциональна радиусу в квадрате, то интенсивность (энергия на единицу площади) уменьшится не в 10, а в 100 раз, что очень сильно скажется на конечном результате.

В случае, когда луч отклоняется зеркалами, применяют не линзу, а набор линз — объектив. Объективы, которые позволяют фокусировать луч на плоскости (а не сфере, как линза) при перемещении луча, называются F-Theta объективы. Схема прохождения излучения через такой объектив:

Так как при отклонении луча свет, фокусируясь, проходит разные условия, то пятно фокусировки излучения в разных частях поля получается различным. Пример распределения интенсивности излучения в разных частях фокальной плоскости:

планшетная система перемещения

Изначально лазерные системы фокусировали излучения на поверхности изделия и, перемещая изделия, мы получали обработку на площади. С появлением ЧПУ-столов этот процесс автоматизировался, и система управляла параметрами лазера и перемещением изделия.

Фотография системы с неподвижной лазерной головой и подвижным столом

Развитие этой системы привело к созданию легких фокусирующих головок, которые быстро перемещались по направляющим. Маленькая масса таких головок обеспечила быстрый разгон и торможение, а размеры осей — большие поля обработки. Такие системы перемещения называют планшетными.

Принципиальная схема планшетной системы перемещения

Планшетные системы могут обеспечить обработку плоских изделий с размерами, измеряемыми метрами, и со скоростями в сотни миллиметров в секунду. Примеры планшетных систем:

Газолазерная резка фанеры СО2-лазером

Система лазерной сварки тонкостенных изделий. Перемещается свариваемое изделие. Оптическая голова неподвижна

Процесс лазерной резки. Перемещается оптическая голова. Изделие неподвижно

сканаторная система перемещения

Параллельно с планшетными системами развились системы перемещения, основанные на отклонении луча поворотным зеркалом. Очевидно, что, вращая зеркало, можно перемещать отраженный луч с огромными скоростями по поверхности материала. Некую сложность представляет обеспечение фокусировки на поверхности изделия, так как простая линза будет фокусировать отклоняемый луч на поверхность сферы (потому что расстояние от точки фокусировки до линзы должно быть одинаковым). Поэтому применяется сложная система линз, которая обеспечивает фокусирование на плоскости.

Принципиальная схема сканаторной системы перемещения

Пример системы лазерной маркировки со сканаторной системой перемещения

Сканаторные системы обеспечивают обработку полей, измеряемых десятками миллиметров, но с максимальными скоростями, измеряемыми тысячами мм/сек. На данный момент сканаторный тип системы — это самый скоростной вариант перемещения луча. К примеру, лазерные маркирующие системы, маркирующие бутылки с водой на конвейере, маркируют сотни символов в секунду. Примеры лазерного оборудования со сканаторной системой перемещения:

Маркирующая сканаторная голова, встроенная в производственный конвейер

Сборка сканаторной головы

Расположение зеркал в сканаторной голове со стороны объектива

роботизированная система перемещения

Планшетный и сканаторный типы систем перемещения работают с плоскими изделиями, осуществляя обработку в 2D. Конечно, можно перемещаться по оси Z, углубляясь в изделие или перескакивая со ступеньки на ступеньку, можно добавлять оси вращения для поворота изделия и обработки цилиндрических или конических изделий, но полноценной 3D-траектории это не обеспечит.

Полноценная 3D-обработка стала обычным делом с появлением роботизированных манипуляторов. На эти манипуляторы устанавливается лазерная обрабатывающая головка, обеспечивающая требуемое лазерное излучение. В результате имеем устройство, которое способно обработать любое изделие с качеством и точностями, присущими лазерным технологиям.

Пример роботизированной системы лазерной резки

Пример роботизированной системы лазерной маркировки

Пример роботизированной системы лазерной сварки

МОБИЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОБОРУДОВАНИЯ

Так как наилучшее устройство для 3D-перемещения — это человек, то на рынке также востребован класс ручных систем лазерной обработки. Такие системы состоят из 2 частей:

Ручная система с волоконным лазером

Ручная система с СО2-лазером

Такие системы используют в ситуациях при обработке крупногабаритных изделий либо в труднодоступных местах. Если проще принести лазер к изделию, чем поместить само изделие в лазер, тогда применяются эти системы обработки. Но при этом в руках оператора находится не просто линза, из которой выходит лазер, а целый комплекс устройств, который обеспечит точность и высокое качество обработки вне зависимости от навыка оператора.

дополнительная информация

Лазерный излучатель и система перемещения позволяют вложить в обрабатываемое изделие определенную энергию в конкретное место и с заданной скоростью. Но, для того чтобы получить профессиональное оборудование, необходимо дооснастить нашу систему еще некоторыми очень важными узлами.

устройства подачи и фиксации обрабатываемых изделий

Для осуществления непрерывного процесса лазерной обработки с большой производительностью изделия необходимо подавать в зону обработки. Для этого используются разные податчики, столы, конвейерные ленты и пр. Примеры:

Система промотки рулонного материала для лазерной обработки

Система промотки рулонного материала для лазерной обработки

Система с 2-хпозиционным поворотным столом. 1 позиция — зона обработки, 2 позиция — смена изделия

Обычно для лазерной обработки нет необходимости закреплять обрабатываемые изделия, так как механическое давление минимально. Но для процесса лазерной сварки приходится жестко фиксировать свариваемые изделия. Для этого применяют специальную оснастку.

Оснастка для сварки

Процесс лазерной сварки зафиксированных изделий

устройство подачи порошка

Для аддитивных технологий и наплавки необходимо подавать порошок в зону обработки. Для этого применяют разнообразные устройства. Пример:

Подача порошка через сопло

устройство подачи газов

В процессах лазерной резки и сварки важную роль играют подаваемые в зону обработки газы. Для резки используют кислород и азот. Кислород увеличивает производительность процесса, а азот улучшает качество реза. Для сварки создают атмосферу обработки из инертных газов аргона или гелия, реже — азота или смеси СО₂. Задача инертного газа — предотвратить химические взаимодействия нагреваемого материала с воздухом.

Система управления подачей нескольких видов газа для лазерной резки

защитные кожухи и кабины

Лазерное излучение представляет опасность для человека. А неблагоприятная среда (масляные взвеси в воздухе, пыль, грязь и пр.) представляют опасность для лазерного оборудования. Для того чтобы защитить человека от лазерного излучения, а оборудование — от внешних угроз, применяют защитные кабины и кожухи.

Пример цехового исполнения маркирующей лазерной станции

системы охлаждения

Активное тело в лазерном излучателе трансформирует энергию от внешнего источника в лазерное излучение. Чем больше энергии мы хотим получить в лазере, тем больше энергии необходимо вложить. Для того чтобы от больших энергий активное тело не разрушилось, его необходимо охлаждать. Для этого используются различные системы охлаждения. Также необходимо охлаждать оптические элементы, работающие с мощным лазерным излучением. В некоторых случаях эти элементы специально охлаждаются водой (или другим хладогентом), в других случаях — сопутствующими газами.

Пример системы охлаждения для волоконного лазера

система видеонаблюдения и мониторинга процесса

При решении задач микроэлектроники масштаб обработки таков, что невооруженным глазом невозможно оценить результат. Поэтому для контроля, позиционирования и прочих задач используются оптические системы, совмещающие микроскоп и видеокамеру. Используя различные объективы, мы контролируем процесс с размерами от метров до нескольких десятков нанометров.

Видеосистема с двумя камерами для лазерной микрообработки. Одна камера для макромасштаба (чтобы видеть все изделие и контролировать процесс), вторая камера для микромасштаба (для точной настройки)

Для оценки качества лазерной сварки применяют различные датчики, фиксирующие параметры плазменного факела в зоне обработки. Существуют решения, которые позволяют анализировать параметры этого факела и оценивать качество лазерной сварки. Если такая система не фиксирует ошибок в процессе сварки, то можно говорить об отсутствии дефектов в сварном шве. А если отклонения зафиксированы, то можно указать место некачественной сварки и исправить сварку в конкретном участке, не переделывая всю деталь.

материалы

В.И. Ефанов. Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2010 г.

В.П. Вейко, Е.А. Шахно. Кафедра лазерных технологий университет «ИТМО», 2014 г.

Компания «Геоскан»

Ipg-Photonics/рекламные материалы

Конференция «Оптика лазеров». Санкт-Петербург, 2018 г.

Конференция «Оптика лазеров». Санкт-Петербург, 2018 г.

Аддитивные технологии в машиностроении. Пособие для инженеров.

М.А. Зеленков, М.В. Нагайцев, В.М. Довбыш. ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ» Москва, 2015 г.

thefabricator. com

#новыепроизводственныетехнологии #большиеданные #беспроводнаясвязьиинтернетвещей #трансфертехнологий #проектированиеимоделированиедеятельности #созданиеплатформсетейэкосистем #сборииспользованиеданныхвуправлении #практикиуправленияиорганизациядеятельности #передачакомпетенцийиуправление #квантовыетехнологии #сенсорикаиробототехника #работасбудущим #мышлениеикреативность

Больше лонгридов и заданий доступны при записи на курс

Находясь на сайте, вы даете согласие на обработку файлов cookie. Это необходимо для более стабильной работы сайта

Понятно

Лазер. Устройство, принцип работы, свойства, применение лазера

Лазер (от англ. Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) — устройство, использующее явление вынужденного излучения для получения волны света.

С момента своего изобретения лазер нашел множество применений в промышленности, медицине, а также в повседневной жизни. Устройства для чтения дисков CD, DVD и Blu-ray основаны на том, что лазер направляет свой луч на поверхность диска. Этот луч после отражения от поверхности диска меняет свои свойства и, попав на детектор, позволяет считать информацию, записанную на диске.

Во многих исследованиях — и областях применения — физики хотели бы иметь такие волны, как схематически показано на рис. 1:

1. со строго гармонической (синусоидальной) зависимостью от времени, а также от положения на линии, соответствующей направлению движения волны;
2. с волновыми поверхностями, которые были бы плоскостями, перпендикулярными направлению движения волн;
3. с образованием «параллельного луча», который не расходится в стороны.

Строгое соблюдение этих условий просто невозможно. Тем не менее, свет, производимый лазерами, относительно близок к ним.

Простое объяснение принципа работы лазера

Лазерное излучение — это когерентное, сильно пучковое электромагнитное излучение с высокой интенсивностью и очень узкой полосой частот. Перемещаясь вдоль электромагнитного спектра, лазерное излучение простирается от дальнего инфракрасного до видимого и рентгеновского спектра.

Слово «лазер» относится как к устройству, так и к физическому эффекту. Лазер — это аббревиатура, которая расшифровывается как «Усиление света посредством вынужденного излучения».

Для получения света такого качества лазеру необходимо как минимум три компонента.

Во-первых, вам нужна лазерная среда, которая в значительной степени определяет свойства лазера. Путем оптических переходов возбужденных атомов или молекул в энергетически предпочтительные состояния вы генерируете фотоны в этой среде. Существуют различные типы лазерных сред, такие как газы, кристаллы или диоды.

Далее необходим механизм накачки лазера (источник энергии), с помощью которого можно снабжать среду энергией, необходимой для возбуждения переходов. Это может быть, например, лампа-вспышка или электрический разряд в газах.

Наконец, вам нужен оптический резонатор. Это более или менее сложная система зеркал и других оптических элементов. С помощью резонатора вы обеспечиваете обратную связь и, таким образом, вынужденное излучение.

В зависимости от выбора этих отдельных компонентов существуют различные типы лазеров, которые отличаются по достижимой мощности и частотным характеристикам.

Объяснение принципа работы рубинового лазера.

Рубиновый лазер в предельном упрощении показан на рисунке 2.

Его основная часть — рубиновый стержень, обычно несколько миллиметров в диаметре и несколько сантиметров в длину. Его концы очень тщательно отполированы и покрыты слоем серебра. Слева — зеркало, которое полностью отражает свет, справа — зеркало, которое отражает большую часть света, но пропускает немного света. Стержень освещается сильным ультрафиолетовым светом.

Предположим, что в рубиновом стержне случайно появилась волна определенной длины, и бегущая горизонтально вправо. По мере продвижения через среду её амплитуда будет увеличиваться. Волна будет отражаться поочередно от правого зеркала и от левого зеркала. В результате возникнет волна, похожая на стоячую волну, заполняющая весь объем стержня. Часть этой волны выйдет через правое зеркало наружу — это и будет интересующее нас лазерное излучение. Должен действовать закон сохранения энергии — энергия этой волны происходит из энергии ультрафиолетового излучения, освещающего рубиновый стержень.

Устройство лазера

Три компонента — рабочее тело (рабочая среда), механизм накачки и оптический резонатор — являются общими для каждого лазера. Они определяют тип лазера и то, чего вы можете достичь с его помощью. Далее мы расскажем обо всех трех компонентах более подробно.

Рабочее тело (рабочая среда)

Вы генерируете фотоны в рабочей среде лазера. Это излучение происходит через оптические переходы в возбужденных атомах или молекулах. В результате этих переходов частицы переходят в энергетически более благоприятные состояния. Важнейшим условием лазерной среды является возможность создания эффекта инверсии электронных населённостей.

Для этого он должен иметь как минимум три энергетических уровня. Энергетические уровни — это собственные значения энергии квантово-механических систем. Атом или молекула может находиться только на одном из этих уровней. Самый низкий уровень — это основное состояние, а все остальные — возбужденные состояния.

Инверсия электронных населённостей означает, что верхнее состояние оптического перехода с большей вероятностью будет занято, чем нижнее. Такие среды могут быть газообразными, жидкими или твердыми.

Механизм накачки

Оптическая накачка — это процесс, с помощью которого вы добавляете энергию в среду. Это делается путем возбуждения рабочей среды с помощью внешнего источника энергии, например, других лазеров или лампы-вспышки. Таким образом, достигается инверсия электронных населённостей без того, чтобы процесс накачки конкурировал с вынужденным излучением. Поэтому, накачивается другой квантово-механический переход, нежели тот, который в конечном итоге используется для излучения фотонов.

Оптический резонатор

С помощью оптического резонатора вы определяете скорость излучения и свойства фотонов. С помощью отражения вы позволяете отдельным фотонам пройти через среду несколько раз. Это индуцирует дальнейшее излучение в нужном направлении и позволяет усилить свет.

Для этого фотоны должны распространяться перпендикулярно отражающей среде. Фотоны, испускаемые таким образом, имеют те же квантовые числа, что и запущенные фотоны. Любые спонтанные выбросы, которые могут произойти, сами по себе не генерируют никаких дальнейших фотонов, так как очень маловероятно, что они будут излучаться перпендикулярно отражающей среде.

Благодаря такому выбору достигается очень узкое направление лазерного луча.

Функции лазера

Вы возбуждаете атомы или молекулы лазерной среды до более высоких уровней энергии. Таким образом, вы создаете лазерный луч. Эти уровни энергии имеют максимально возможное среднее время распада. Таким образом, вы сохраняете вероятность спонтанной эмиссии как можно более низкой, и энергия процесса накачки сохраняется дольше. Непрерывная откачка создает желаемую инверсию электронных населённостей. Это означает, что больше частиц находится в одном из своих возбужденных состояний, чем в основном состоянии.

Теперь для того, чтобы возбужденный атом вернулся из своего возбужденного состояния в основное, необходимо лишь стимулировать его фотоном. При этом он испускает фотон в том же направлении и с той же энергией, что и исходный фотон. В данном случае равная энергия означает, что новый фотон имеет ту же частоту и длину волны, что и исходный фотон. Фазовое положение обоих фотонов также одинаково.

Как описано ранее, фотоны отражаются в резонаторе и проходят через среду несколько раз. Этот процесс приводит к цепной реакции, в ходе которой производится все больше и больше фотонов, которые, в свою очередь, производят все больше и больше фотонов и так далее…

Одна сторона резонатора частично проницаема, что позволяет лазерному лучу отклоняться. В результате отражающее свойство резонатора сохраняется, и происходит дальнейшее излучение.

Спонтанное излучение

Спонтанное излучение — это квантово-механическое явление. Это происходит, когда атомы или молекулы испускают фотоны при переходе с более высоких энергетических уровней на более низкие. Предсказать этот тип излучения невозможно. Это процесс распада, возникновение которого можно оценить с определенной вероятностью.

Итак, спонтанное излучение — это излучение, испускаемое при самопроизвольном переходе атома из возбужденного состояния в основное.

Спонтанное излучение разных атомов происходит некогерентно, так как каждый атом начинает и заканчивает излучать независимо от других.

Математически это можно выразить следующим образом:

Формула гласит, что число N спонтанных выбросов или возбужденных частиц на объем V и время t пропорционально плотности числа частиц n в возбужденном состоянии.

Вынужденное излучение

Работа лазера основана на вынужденном излучении. Здесь излучение фотона не происходит спонтанно.

Напомним, что при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией он излучает квант энергии (фотон). Такое излучение может быть самопроизвольным . При этом атомы излучают фотоны разной частоты, что определяется переходами на разные энергетические уровни.

Можно сделать так, что атом, находящийся в возбуждённом состоянии, будет излучать энергию под воздействием внешних факторов, например под действием падающего на него света. Такое излучение называют вынужденным (индуцированным).

Предположим, что атом может перейти из состояния с энергией 2 в состояние с энергией 1 и испустить при этом фотон
с энергией hv = E₂ — E₁. Если он взаимодействует с фотоном такой же частоты, то вероятность вынужденного излучения достаточно велика и в итоге получаются два фотона одинаковой частоты. Таким образом, излучаемая световая волна не отличается от
той, которая падает на атом. Она имеет такую же частоту и фазу.

[2]

Для создания вынужденного излучения необходимо увеличить число атомов, имеющих высокий энергетический уровень. Осуществить это можно, используя вещества, атомы которых могут находиться в возбуждённом состоянии достаточно долго, не излучая самопроизвольно.

Продольные моды

В зависимости от конструкции резонатора, в нем может образовываться различное количество стоячих волн определенной длины. Таким образом, определенные длины волн и их кратные значения могут быть особенно усилены таким резонатором. Такие различные формы колебаний называются модами. Имея число продольных мод, вы знаете, сколько волн может колебаться в резонаторе. Колебания вдоль направления распространения излучения называются продольными. Это пики и долины интенсивности с интервалом в половину длины волны.

В лазерах различают одномодовые лазеры, которые колеблются почти на одной частоте, и многомодовые лазеры.

Поперечные моды

Поперечная мода относится к распределению фазы волны перпендикулярно направлению распространения. Следовательно, режим, который не перпендикулярен зеркалам резонатора, приводит к сдвигу частоты лазера. Причиной этого является увеличение длины резонатора, что теперь приводит к образованию стоячих волн с узлами в профиле лазера.

Если вы используете цилиндрический резонатор, ваш луч в идеале имеет гауссову форму. При использовании мод, не перпендикулярных зеркалам резонатора, вместо них формируются профили с радиальной и угловой зависимостью. Они изменяют длину резонатора, поскольку длина пути между зеркалами изменяется. Это может исказить спектры продольных мод, поскольку различные поперечные моды накладываются друг на друга.

Свойства лазера

Невозможно сделать общее заявление о свойствах лазера. На самом деле они определяются различными аспектами. В первую очередь, резонатор лазера определяет его качества. В этом контексте также неверно, что лазеры всегда представляют собой узконаправленные пучки с малой шириной частоты.

Однако верно то, что лазеры могут быть использованы для превосходного манипулирования светом, а их свойства позволяют очень плотно связывать лучи. Это позволяет достичь очень высокой плотности мощности.

Наиболее важными свойствами лазеров являются когерентность, поляризация и частота или длина волны.

В отличие от других источников света, свет лазера состоит не только из одной длины волны. Волны также почти фазово синхронны друг с другом. Отсюда происходит термин «длина когерентности». Этот термин дает представление о расстоянии, на котором волны лазера находятся в фазе.

Поляризация поперечной волны описывает направление ее колебаний. В лазерах все волны имеют одинаковую поляризацию. В основном это линейная поляризация, но в зависимости от области применения устанавливаются и другие поляризации. Различные поляризации достигаются с помощью оптических компонентов в резонаторе или на пути луча.

Длина волны лазера определяется рабочей средой. В зависимости от энергетических переходов среда может быть возбуждена для генерации на различных длинах волн или только в очень узкой полосе пропускания.

Опасности, связанные с лазером

В зависимости от мощности лазеры вызывают повреждение биологических тканей.

Мощность в милливаттах уже повреждает глаз. Линза фокусирует параллельный лазерный луч на сетчатке глаза. Это вызывает повреждение сетчатки глаза, что приводит к частичной слепоте.

Более высокие уровни мощности приводят к повреждению кожи, напоминающему солнечный ожог, что также может вызвать рак кожи. Это повреждение может доходить до серьезных ожогов.

Особое внимание следует обратить на рассеянный свет. Лазерное излучение, уже отраженное от стены или другой поверхности, приводит к соответствующему повреждению. Поэтому при работе с лазерами необходимо всегда учитывать меры предосторожности.

Применение лазера

Развитие лазера значительно изменило наш мир. Он проникает во все сферы нашей жизни.

В повседневной жизни лазеры можно встретить в лазерных принтерах и в каждом оптическом приводе — от CD до проигрывателей дисков Blue-Ray. Но вы наверняка знаете и лазерную указку, в названии которой есть слово «лазер». Лазеры также используются каждый раз, когда вы делаете покупки на кассе для идентификации штрих-кодов на товарах. Конечно, существует множество других применений в повседневной жизни.

Но лазеры также постоянно используются для сбора данных, в промышленности, медицине, науке и военном деле.

Использование лазеров совершило революцию в электронных средствах связи. Оказалось, что лазер можно использовать как мощный генератор высокочастотных волн, в том числе с частотой, равной частоте видимого света. И эта частота может использоваться в качестве несущей частоты при передаче радио- или телевизионных сигналов. Информационная ёмкость такого способа передачи информации многократно превосходит все предыдущие: так, расчёты показывают, что в одном лазерном луче может уместиться до 80 миллионов телевизионных каналов или до 50 миллиардов одновременных телефонных разговоров!

[4]

С помощью лазеров удалось создать трёхмерные изображения, которые называются голографическими. Рассматривая голограмму под разными углами, вы можете видеть изображённый на ней предмет с разных сторон: например, на голограмме можно «заглядывать за предметы, расположенные на переднем плане.

Как видите, лазеры — это не просто устройства из научной фантастики. Лазеры являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни.

Список использованной литературы

1. Физика, базовый уровень, 11 класс, учебник — Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е., Исаев Д.А., Чаругин В.М
2. В.А. Касьянов углубленный уровень физика 11 класс
3. William T. Silfvast. Laser Fundamentals. — New York: Cambridge University Press, 1996. — ISBN 0-521-55617-1. (англ.)
4. Генденштейн Лев Элевич, Дик Юрий Иванович. ФИЗИКА. 11 класс

— руководство для начинающих

Вы когда-нибудь видели лазерный луч? Лазеры широко распространены практически во всех отраслях промышленности и бывают разных типов.

Итак, каков принцип работы и функции схем драйвера лазера? Мы собираемся предоставить вам подробное объяснение этого. Кроме того, чтобы узнать, как построить схему, читайте дальше.

Рисунок 1: Два монохроматических лазерных луча

Корпус лазерного диода состоит из двух полупроводников в одном корпусе. В верхней части 2-контактного лазерного диода вы найдете полупроводник P-типа. Он имеет широкий спектр материалов, таких как арсенид галлия. Его основная роль заключается в приеме электронов.

В нижней части корпуса лазерного диода находится полупроводник N-типа. Он состоит из таких материалов, как арсенид галлия и селен, и имеет дополнительный электрон. Следовательно, они образуют PN-переход. Это основной источник света драйвера лазерного диода.

Когда протекает реальный ток лазерного диода, электроны и дырки будут двигаться к P-N переходу. Обратите внимание, что электроны заряжены отрицательно, а дырки положительно. Комбинация дырок и электронов даст фотон на подключенном лазерном диоде.

Диодные лазеры должны улавливать этот фотон и поэтому иметь зеркальное покрытие. Захват начального фотона будет способствовать объединению других дырок и электронов. Результатом будет выход световых фотонов. Обратите внимание, создание фотонов не прекратится, пока переход диода не заполнится светом. Впоследствии диод D2 будет непрерывно излучать когерентный свет на выходном каскаде. Просто убедитесь, что есть постоянный ток.

Его уникальность является основным свойством, которое дает функции лазерным диодам в управлении компонентами. Лазерный диод базовой формы будет работать по принципу вынужденного излучения. Следовательно, исходя из этого свойства, схема драйвера лазерного диода выполняет несколько функций:

• Вы можете использовать его в компонентах, требующих обратной связи. Лазерный диод нуждается в обратной связи, в отличие от светодиода.
• Полезен для создания однонаправленного света
• Вы можете применять его в монохроматических световых приложениях. Он не производит много цветов света.
• Полезно там, где вам нужен высокоэнергетический световой луч.
• Дает световой луч с большей пропускной способностью, чем светодиод.
• Вы можете использовать его там, где необходим надежный источник светового луча.
• Это лучший источник когерентного светового сигнала.

 

Как собрать схему лазерного диода?

 

Рис. 3. Несколько мощных лазерных лучей

Во-первых, перед созданием схемы лазерного диода у вас должна быть схема драйвера. Его функция заключается в обеспечении защиты лазерного диода по току. Следовательно, схема драйвера обеспечивает порог повреждения лазерного диода. Если вы превысите установленный предел тока, ваш лазерный диод выйдет из строя. И наоборот, будет недостаточно уровней энергии для питания лазерного диода с низким уровнем тока. Таким образом, вы должны обеспечить оптимальный диапазон усилителя.

 

Для создания этой схемы драйвера вам потребуются следующие компоненты низкого ценового диапазона:

 

• Два внешних резистора – 240 Ом и 300 Ом
• Керамический конденсатор малой емкости приблизительно 0,1 мкФ
• Лазерный диод
• ИС регулятора напряжения LM317
• Источник питания постоянного тока, например батарейки АА
• Радиатор

Вы можете использовать красный лазерный диод 650 Нм или любой другой доступный диод. Кроме того, вы должны убедиться, что вы включаете радиатор. Микросхема регулятора напряжения, несомненно, будет выделять некоторое количество тепла. Следовательно, радиатор окажется удобным для рассеяния теплового шума.

 

Рис. 4. Лазерный луч режет металл

 

Например, рассмотрим случай, когда вы подаете входное напряжение 6 В, а оно регулирует 3 В. Таким образом, подключите регулятор к радиатору, чтобы контролировать сигнал избыточного напряжения. В результате у вас будет 3 В тепла. Было бы полезно, если бы вы избавились от этого теплового шума.

Для этой схемы можно использовать источник питания с напряжением от 5 до 6 В. Радиатор будет играть контрольную функцию по ограничению воздействия избыточного напряжения. Следовательно, можно использовать высокое напряжение питания до 9 В.V. Ваш радиатор будет способствовать падению напряжения при использовании высокого напряжения. Таким образом, он будет контролировать избыточный тепловой шум.

Кроме того, необходимо обеспечить правильный температурный диапазон для оптимальной работы диода.

 

Цепь

 

Это схематическое изображение того, как соединять компоненты.

 

Рис. 5. Схема драйвера лазерного диода

 

Конденсатор Cx будет фильтровать высокочастотный шум напряжения питания. С другой стороны, конденсатор Cy будет управлять емкостной нагрузкой. Таким образом, он позаботится о флуктуирующих сигналах в цепи. Кроме того, резисторы управляют выходным напряжением регулятора напряжения. Обратите внимание, что выбор резистора будет определять выходное напряжение, которое вы получите. Например, предположим, что вам нужно выходное напряжение 3 В. Было бы полезно, если бы вы выбрали резистор, который гарантирует это.

После создания цепи необходимо убедиться, что она имеет подходящую конфигурацию ограничения тока. Для этого подключите мультиметр с настройкой амперметра между конденсатором и лазерным диодом. Фактический ток фотодиода, который вам нужен, составляет примерно 20 мА. Следовательно, показания вашего амперметра должны быть не менее 20 мА. Вы можете легко контролировать диапазоны тока, увеличивая или уменьшая сопротивление резистора Ry. Было бы полезно, если бы вы зафиксировали другой резистор, Rx. Поэтому вам не нужно его изменять.

Наконец, не забудьте уменьшить тепловой шум, установив радиатор.

Применение цепи драйвера лазерного диода

Рисунок 6: Использование лазера в стоматологии

Существует широкий диапазон приложений, где вы найдете эту цепь. К ним относятся:

 

• В сфере телекоммуникаций и обороны

• Часто используются в проигрывателях DVD и CD
• Из-за их высокой интенсивности бурильщики и горняки используют их для бурения
• Вы найдете их в высокоточных режущих инструментах, например, для резки металлов
• Лазеры имеют высокий уровень оптической мощности. Таким образом, врачи используют их во время медицинских операций
• Они являются основными компонентами считывателей штрих-кодов 
• Из-за их высокой направленности компании, производящие оптоволокно, используют их для передачи сигналов
• Они также распространены в большинстве бытовой электроники
• Наконец, есть приложение для демонстрационных целей в школах.

Заключение

 

Теперь мы надеемся, что у вас есть все важные сведения о лазерном диоде. У нас есть обширная информация об электронике и работе всех компонентов. Посетите наш сайт и узнайте больше о некоторых распространенных схемах. Мы всегда будем готовы оказать вам любую помощь, в которой вы нуждаетесь.

 

 

Цепь драйвера лазерного диода

5 месяцев назад 6 месяцев назад by Farwah Nawazi

2871 просмотр

Введение

Лазер не нуждается в особом представлении. Он имеет широкое применение в различных отраслях промышленности. Если вы студент или работаете с документами, вы можете увидеть лазеры в принтерах; если у вас есть медицинские знания, вы знаете о лазерном лечении; если вы работаете в промышленности, вы можете наблюдать лазерную резку. Таким образом, лазерная технология имеет широкое применение. Однако лазеру нужна схема драйвера. Итак, в этом уроке мы собираемся сделать «схему драйвера лазерного диода»

В приведенных выше примерах лазеров используется высокая мощность. Например, лазерный принтер потребляет 300-550 Вт мощности. Тем не менее, это руководство посвящено маломощным лазерам, которые не являются вредными. Помнишь, в детстве мы играли с лазерами? Лазер в брелке, которым мы дразнили других, лазер в игрушечном пистолете, лазерная ручка, с которой мы играли в школах и т. д. В этих маленьких гаджетах используется лазерный диод мощностью 5 мВт, который не является вредным. Итак, сегодня мы сделаем схему драйвера для этого лазерного диода мощностью 5 мВт.

Купить у Amazon

Аппаратные компоненты

Следующие компоненты необходимы для создания схемы драйвера лазерного диода

2211221 QTY 2

SR. NO	Components	Значение	.	650nm, 5mW	1
2	Voltage Regulator IC	LM317	1
3	Diode	1N4007	1
4	Potentiometer	10KΩ	1
5	Breadboard		1
6	Ceramic Capacitor	0. 1uF	1
7	Electrolytic Capacitor	1uF/16V	1
8	Resistor	240Ω	1
9	Battery	9V	1
10	2-Pin Connector		2

LM317 Pinout

For a detailed description of pinout, dimension features, and specifications download the datasheet LM317

Схема драйвера лазерного диода

Объяснение работы

Конденсатор фильтра C1 0,1 мкФ является первым компонентом в этой схеме драйвера лазерного диода, и он может фильтровать высокочастотные пульсации в источнике постоянного тока.