Что лучше отражает лазерный луч

Когда в 2007 году у производителей появилась возможность использовать зеленые диоды, то все думали, что зеленый лазер неминуемо в скорости полностью заменит красный. Прошло 7 лет, и что же мы видим? У редких производителей среди всей линейки остались 1-2 модели с зеленым лазером. Зеленому лазеру не удалось сместить лазер красный. Возможно, он не дал того эффекта, которого от него ждали. Чтобы разобраться, необходимо обратиться к физической стороне вопроса и выяснить, в чем различия и сходства красного и зеленого луча.

Главный плюс зеленых лазеров – 532 нм очень близко к максимальной чувствительности глаза, и как точка или плоскость, так и сам луч очень хорошо видны. Даже 5мВт зеленый лазер светит ярче, чем 200мВт красный (на фото). Однако у зеленых лазеров есть и большая опасность. Излучение 1064 нм сфокусировано почти так же, как и зеленое и представляет основную опасность при попадании в глаз на большой дистанции, тогда как излучение 808 нм сильно расфокусировано и опасно только на расстоянии нескольких метров. Иными словами, поражающая способность зеленого лазера для глаза намного больше, чем кажется.

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.

Источник

Лазеры против летающих объектов

В энциклопедии МО РФ говорится: «При благоприятных атмосферных условиях ЛО может эффективно применяться для поражения воздушных целей на дальности до 6 км… Создание ЛО потребовало разработки быстродействующей автоматизированной системы управления [АСУ], которая бы обеспечивала обнаружение, опознавание, захват, сопровождение высокоскоростных целей и наведение на них лазерного луча с точностью до 1 мкрад…» Точность 1 мкрад при сопровождении цели на расстоянии 6 км означает, что центр лазерного луча может перемещаться внутри окружности радиуса 3 мм.

В Интернете имеется много информации о планах по разработке ЛО в США и в других странах. Приведу некоторые из них. В 2013 году планировалось поднять мощность модели лазера HEL MD до 50 или 60 кВт.

В 2018 году армией США запланированы испытания наземной лазерной установки HEL MD мощностью 50 кВт. К 2020 году мощность наземной установки HEL MD планируется увеличить до 100 кВт.

В интервью академика В.В. Аполлонова говорится о том, что компания «Нортроп» представила работоспособный твердотельный лазер мощностью 105 кВт и начала работы по разработке лазера мощностью 500 кВт.

В Израиле недостатки в работе системы ПРО «Железный купол» привели к разработке комплекса ЛО «Железный луч». В комплексе используется установка ЛО мощностью в десятки или в сотню киловатт. Упоминалось, что для поражения минометной мины комплексу требуется менее 0,5 с.

В КНР разработали систему ЛО, которая похожа на твердотельную лазерную систему, испытанную в США в 2014 году. Попадалась информация, что начата разработка системы мощностью 100 кВт.

В Германии компания «Рейнметалл» заявила об успешном испытании лазерного комплекса. Мощность установки оценивается до 100 кВт. В состав комплекса входит система обнаружения и отслеживания целей.

Во многих странах активно проводятся работы по разработке ЛО мощностью до 60 кВт и

100 кВт. В США начаты работы по проектированию 500 кВт лазера. В России разработан комплекс ЛО «Пересвет». Достаточно большие средства вкладываются в разработку ЛО. Следовательно, ЛО должно быть выгодной системой вооружения в определенных областях боевого применения.

Для упрощенной оценки нагрева корпуса некого ЛА при воздействии ЛИ создана модель, которая представляет собой круг диаметром 120 мм. Толщина наружной металлической обшивки принята 3 мм. В качестве материалов будут рассмотрены алюминиевый сплав и сталь. На внутренней поверхности обшивки размещена теплоизоляция толщиной 10 мм. На рисунке представлена 1/4 часть модели.

Результаты расчета будут представлены для точек 1-5, которые расположены на радиусе 2, 4, 6, 8 и 10 мм соответственно. В центре модели в круге диаметром 16 мм происходит тепловыделение при воздействии ЛИ. Следует задаться хоть какими-то данными для проведения оценки, которые придется взять из Интернета. При проведении оценки использованы следующие исходные данные:

1. ЛИ имеет тепловую мощность перед обшивкой 60 кВт.

2. Луч ЛИ на выходе из установки имеет диаметр 10 мм, а на расстоянии 6 км диаметр луча равен 16 мм.

3. Длина волны ЛИ составляет около 1 мкм. Излучение в этой области относится к инфракрасному.

4. Наружная поверхность обшивки отполирована для снижения степени поглощения ЛИ. Полированная поверхность алюминиевого сплава имеет коэффициент поглощения инфракрасного излучения 0,05 (степень черноты). Поверхностью поглощается 5% от тепловой мощности ЛИ. Полированная стальная поверхность поглощает 20% ЛИ.

5. При достижении температуры плавления материала обшивки поглощение ЛИ увеличивается до значений, соответствующих расплавленному металлу: алюминиевый сплав будет поглощать 17% ЛИ, а сталь — 38%.

6. ЛА летит на высоте 2 км с числом Маха М=0,8 в условиях стандартной атмосферы (температура у поверхности земли равна 15 о С). В расчетах принимается, что начальная температура обшивки и температура воздуха, обдувающего ее, равны температуре восстановления 33 о C.

7. Расстояние от установки ЛО до обшивки ЛА составляет 6 км.

Для упрощения модели в ней не учитываются потери тепла на расплавление металла обшивки в зоне действия светового пятна ЛИ ввиду небольшой массы расплавляемого материала. Данное упрощение будет подтверждено результатами расчета.

В модели принято, что расплавленный металл обшивки уносится из области воздействия светового пятна воздушным потоком и гравитационными силами.

На первом этапе рассмотрим нагрев ЛА, поверхность которого расположена перпендикулярно к оси лазерного луча. В этом случае корпус ЛА нагревается за минимальное время. На рисунках представлены данные по нагреву внутренней поверхности обшивки. Желтым цветом выделены ячейки, в которых температура точек превышает температуру плавления металла.

Обшивка из алюминиевого сплава:

Из таблицы видно, что к моменту времени 0,56 с в обшивке появляется отверстие диаметром около 5 мм, которое через 0,37 с достигает диаметра 16 мм. Если учесть затраты тепла на расплавление сплава в зоне действия ЛИ, то происходит незначительное увеличение времени до появления сквозного отверстия c 0,93 до 0,97 c.

Для стальной обшивки время до проплавления отверстия меньше, чем для обшивки из алюминиевого сплава из-за более высокой поглощательной способности и более низкого коэффициента теплопроводности. Отверстие диаметром 9 мм появляется через 0,28 с после начала облучения. При учете затрат тепла на расплавление стали время до появления отверстия увеличивается c 0,57 до 0,6 c.

Рассмотрим влияние перемещения центра лазерного луча по оси Х стальной обшивке в диапазоне ±3 мм от центра. Перемещение луча приводит к весьма незначительному снижению нагрева (около 2%).

Допустим, что наружный диаметр обшивки равен 300 мм. В этом случае тепловой поток, поглощаемый обшивкой, дополнительно уменьшится за счет отражения части ЛИ из-за кривизны обшивки.

Максимальная температура обшивки в световом пятне реализуется в центре (точка А), а минимальная температура реализуется на границах пятна. Средняя температура обшивки в пятне будет характеризоваться температурой в точках Б. Нормаль к поверхности в точке Б будет отклонена на угол α от оси лазерного луча.

За счет отражения части ЛИ нагрев алюминиевой обшивки значительно снижается.

Время до начала проплавления обшивки из алюминиевого сплава составляет 2,7 с. По сравнению с вариантом расположения обшивки перпендикулярно ЛИ время возрастает в 4,8 раза.

Для обшивки из стали время до проплавления увеличивается с 0,28 до 0,58 с.

Стойкость обшивки из алюминиевых сплавов к воздействию ЛИ выше, чем у стальной. Однако полированные поверхности из алюминиевого сплава на воздухе быстро окисляются. В этом случае степень поглощения ЛИ возрастает. Защита полированной поверхности специальными покрытиями будет также приводить к увеличению поглощения ЛИ и к уменьшению времени до проплавления. В настоящее время отсутствует информация о наличии авиационного вооружения с полированной алюминиевой поверхностью.

В конструкции специальных авиабомб (типа В61) ВВС США имеются корпуса стальных отсеков с полированной поверхностью. Такая поверхность нужна не для противодействия ЛИ, а для снижения нагрева наиболее ценного отсека (оборудование которого еще не сработало) при воздействия светового излучения ядерного взрыва.

В настоящее время неизвестна тактика применения установок ЛО при осуществлении ПВО объектов. Представляется разумным размещение лазерных установок перед защищаемым объектом или позади него с облучением средств поражения в пределах ракурса ±1/4 (±22,5 о ). Размещение лазерной установки у защищаемого объекта ближе к линии боевого соприкосновения позволяет облучать средства поражения под большим углом, что приведет к их более быстрому нагреву и выводу из строя. В этом случае дорогостоящая установка ЛО будет находиться в зоне поражения боеприпасами, с которыми она предназначена бороться, что может привести к ее уничтожению.

При проведении оценки рассмотрим только один вариант, когда 120-мм миномет (152-мм гаубица, система залпового огня «Град» или ЛА), защищаемый объект и установка ЛО находятся на одной линии.

Взрыватели, расположенные в носовой части боеприпасов, имеют отполированную поверхность. Также рассмотрим влияние ЛИ на поверхность их корпусов, покрашенных краской. Носовая часть корпуса 120-мм мины имеет заостренный корпус и достаточно большой угол кривизны. Минимальная толщина стального корпуса мины в этой зоне составляет около 13 мм. В таблице приведены данные по нагреву ВВ в зоне расположения взрывателя.

За счет уменьшения теплового потока из-за больших углов отражения ЛИ время до проплавления корпуса мины значительно возрастает. Однако корпус контактирует с взрывчатым веществом (ВВ). Температура взрыва (загорания) ВВ, например, тола составляет 290 о С. Указанное значение температуры достигается на поверхности ВВ уже через 0,6 с после начала воздействия ЛИ. При облучении корпуса мины, окрашенного краской, время до взрыва ВВ сокращается в 4 раза. Это происходит из-за высокой степени поглощения ЛИ лакокрасочным покрытием, нанесенным на поверхность боеприпаса.

Получается, что ВВ из состава мины уязвимо к воздействию ЛИ. Конечно, имеются ВВ, которые не взрываются при воздействии высоких температур, а просто тлеют и при срабатывании взрывателя — взрываются. Однако такое ВВ никогда не будут использовать в минометных выстрелах из-за высокой стоимости.

В публикациях отмечается, что интенсивное испарение металла может затенять зону светового пятна и делает ЛИ на некоторый промежуток времени менее эффективным. Поэтому установки ЛО целесообразно использовать в импульсном режиме работы.

Например, тактический комплекс HEL предназначается для борьбы с ракетами типа СКАД, ПЗРК и РПГ. Лазер будет способен облучать до 20 целей в секунду, а время его перезарядки будет составлять 35 мс.

Из представленной информации следует, что при облучении 20 целей за секунду длительность одного цикла «импульс – перезарядка» комплекса составит 0,05 с. Тогда длительность импульса равна 15 мс.

При проведении оценки рассматривается непрерывное воздействие ЛИ на цель. Для упрощенной оценки влияния импульсного воздействия установки ЛО на время до поражения цели расчетные данные следует увеличить в 2,3 раза (35/15=2,3). В этом случае время до поражения ВВ взрывателя составит 1,4 с, а ВВ внутри корпуса – 0,4 с.

Максимальная скорострельность 120-мм миномета составляет 15 выстрелов в минуту. При ведении огня батареей из четырех минометов с максимальным темпом можно обеспечить появление мин на границе зоны облучения установкой ЛО со скоростью 1 мина в секунду. При облучении корпуса мины, окрашенной краской, установка ЛО выполняет задачу по обеспечению ПВО защищаемого объекта даже против четырех минометов.

Получается, что минометные мины, стоящие на вооружении, не являются достойным противником установкам ЛО мощностью 60 кВт. Для более мощных установок (100 и 500 кВт) парировать огонь минометной батареи является легкой задачей.

За счет доработки мин в полевых условиях можно постараться добиться того, чтобы цели достигали до 30% мин при противостоянии установки ЛО мощностью 100 кВт четырем минометам. По нашему мнению, непоражение лазерной установкой 30% боеприпасов является невыполнением ею задачи по обеспечению ПВО объекта.

Однако противостояние минометов и установок ЛО возможно только для боевых действий бандформирований и регулярных войск. В этом случае обеспечение теплостойкости мин от воздействия установок ЛО является проблемой террористов. Решать эту проблему в статье просто нецелесообразно. Иной вопрос, если регулярным войскам будут противостоять наши сторонники…

Источник

Все о Лазерах

Вы все любите лазеры. Я то знаю, я от них тащусь больше вашего. А если кто не любит – то он просто не видел танец сверкающих пылинок или как ослепи- тельный крошечный огонек прогрызает фанеру

А началось все со статьи из Юного техника за 91-й год о создании лазера на красителях – тогда повторить конструкцию для простого школьника было просто нереально… Сейчас к счастью с лазерами ситуация проще – их можно доставать из сломанной техники, их можно покупать готовые, их можно собирать из деталей… О наиболее приближенных к реальности лазерах и пойдет сегодня речь, а также о способах их применения. Но в первую очередь о безопасности и опасности.

Почему лазеры опасны

Проблема в том, что параллельный луч лазера фокусируется глазом в точку на сетчатке. И если для зажигания бумаги надо 200 градусов, для повреждения сетчатки достаточно всего 50, чтобы кровь свернулась. Вы можете точкой попасть в кровеносный сосуд и закупорить его, можете попасть в слепое пятно, где нервы со всего глаза идут в мозг, можете выжечь линию «пикселей»… А потом поврежденная сетчатка может начать отслаиваться, и это уже путь к полной и необратимой потере зрения. И самое неприятное –вы не заметите по началу никаких повреждений: болевых рецепторов там нет, мозг достраивает предметы в поврежденных областях (так сказать ремапинг битых пикселей), и лишь когда поврежденная область становится достаточно большой вы можете заметить, что предметы пропадают при попадании в неё. Никаких черных областей в поле зрения вы не увидите – просто кое-где не будет ничего, но это ничего и не заметно. Увидеть повреждения на первых стадиях может только офтальмолог.

Опасность лазеров считается исходя из того, может ли он нанести повреждения до того как глаз рефлекторно моргнет – и считается не слишком опасной мощность в 5мВт для видимого излучения. Потому инфракрасные лазеры крайне опасны (ну и отчасти фиолетовые – их просто очень плохо видно) – вы можете получить повреждения, и так и не увидеть, что вам прямо в глаз светит лазер.

Потому, повторюсь, лучше избегать лазеров мощнее 5мВт и любых инфракрасных лазеров.

Также, никогда и ни при каких условиях не смотрите «в выход» лазера. Если вам кажется что «что-то не работает» или «как-то слабовато» — смотрите через вебкамеру/мыльницу (только не через зеркалку!). Это также позволит увидеть ИК излучение.

Есть конечно защитные очки, но тут много тонкостей. Например на сайте DX есть очки против зеленого лазера, но они пропускают ИК излучение- и наоборот увеличивают опасность. Так что будьте осторожны.

PS. Ну и я конечно отличился один раз – нечаянно себе бороду лазером подпалил 😉

650нм – красный

Это пожалуй наиболее распространенный на просторах интернета тип лазера, а все потому, что в каждом DVD-RW есть такой, мощностью 150-250мВт (чем больше скорость записи – тем выше). На 650нм чувствительность глаза не очень, потому хоть точка и ослепительно яркая на 100-200мВт, луч днем лишь едва видно (ночью видно конечно лучше). Начиная с 20-50мВт такой лазер начинает «жечь» — но только в том случае, если можно менять его фокус, чтобы сфокусировать пятно в крошечную точечку. На 200 мВт жгет очень резво, но опять же нужен фокус. Шарики, картон, серая бумага…

Покупать их можно готовые (например такой на первом фото красный). Там же продаются мелкие лазерчики «оптом» — настоящие малютки, хотя у них все по взрослому – система питания, настраиваемый фокус — то что нужно для роботов, автоматики.

И главное – такие лазеры можно аккуратно доставать из DVD-RW (но помните, что там еще инфракрасный диод есть, с ним нужно крайне аккуратно, об этом ниже). (Кстати, в сервис-центрах бывает негарантийные DVD-RW кучами лежат — я себе унес 20 штук, больше не донести было). Лазерные диоды очень быстро дохнут от перегрева, от превышения максимального светового потока – мгновенно. Превышение номинального тока вдвое (при условии не превышения светового потока) сокращает срок службы в 100-1000 раз (так что аккуратнее с «разгоном»).

Питание: есть 3 основных схемы: примитивнейшая, с резистором, со стабилизатором тока (на LM317, 1117), и самый высший пилотаж – с использованием обратной связи через фотодиод.

В нормальных заводских лазерных указках применяется обычно 3-я схема – она дает максимальную стабильность выходной мощности и максимальный срок службы диода.

Вторая схема – проста в реализации, и обеспечивает хорошую стабильность, особенно если оставлять небольшой запас по мощности (

10-30%). Именно её я бы и рекомендовал делать – линейный стабилизатор – одна из наиболее популярных деталей, и в любом, даже самом мелком радиомагазине есть аналоги LM317 или 1117.

И на последок, отлаживать схему стоит с обычным красным светодиодом, а припаивать лазерный диод в самом конце. Охлаждение обязательно! Диод «на проводочках» сгорит моментально! Также не протирайте и не трогайте руками оптику лазеров (по крайней мере >5мВт) — любое повреждение будет «выгорать», так что продуваем грушей если нужно и все.

А вот как выглядит лазерный диод вблизи в работе. По вмятинам видно, как близок я был к провалу, доставая его из пластикового крепления. Это фото также не далось мне легко

532нм – зеленый

Устроены они сложно – это так называемые DPSS лазеры: Первый лазер, инфракрасный на 808nm, светит в кристалл Nd:YVO4 – получается лазерное излучение на 1064нм. Оно попадает на кристалл «удвоителя частоты» — т.н. KTP, и получаем 532нм. Кристаллы все эти вырастить непросто, потому долгое время DPSS лазеры были чертовски дороги. Но благодаря ударному труду китайских товарищей, теперь они стали всполне доступны — от 7$ штука. В любом случае, механически это сложные устройства, боятся падений, резких перепадов температур. Будьте бережными.

Основной плюс зеленых лазеров – 532нм очень близко к максимальной чувствительности глаза, и как точка, так и сам луч очень хорошо видны. Я бы сказал, 5мВт зеленый лазер светит ярче, чем 200мВт красный (на первой фото как раз 5мВт зеленый, 200мВт красный и 200мВт фиолетовый). Потому, я бы не рекомендовал покупать зеленый лазер мощнее чем 5мВт: первый зеленый я купил на 150мВт и это настоящая жесть – с ним ничего нельзя сделать без очков, даже отраженный свет слепит, и оставляет неприятные ощущения.

Также у зеленых лазеров есть и большая опасность: 808 и особенно 1064нм инфракрасное излучение выходит из лазера, и в большинстве случаев его больше чем зеленого. В некоторых лазерах есть инфракрасный фильтр, но в большинстве зеленых лазеров до 100$ его нет. Т.е. «поражающая» способность лазера для глаза намного больше, чем кажется — и это еще одна причина не покупать зеленый лазер мощнее чем 5 мВт.

Жечь зелеными лазерами конечно можно, но нужны мощности опять же от 50мВт + если вблизи побочный инфракрасный луч будет «помогать», то с расстоянием он быстро станет «не в фокусе». А учитывая как он слепит – ничего веселого не выйдет.

405нм – фиолетовый

Это уже скорее ближний ультрафиолет. Большинство диодов – излучают 405нм напрямую. Проблема с ними в том, что глаз имеет чувствительность на 405нм около 0.01%, т.е. пятнышко 200мВт лазера кажется дохленьким, а на самом деле оно чертовски опасное и ослепительно-яркое – сетчатку повреждает на все 200мВт. Другая проблема – глаз человека привык фокусироваться «под зеленый» свет, и 405нм пятно всегда будет не в фокусе – не очень приятное ощущение. Но есть и хорошая сторона – многие предметы флуоресцируют, например бумага – ярким голубым светом, только это и спасает эти лазеры от забвения массовой публики. Но опять же, с ними не так весело. Хоть 200мВт жгут будь здоров, из-за сложности фокусировки лазера в точку это сложнее чем с красными. Также, к 405нм чувствительны фоторезисты, и кто с ними работает, может придумать зачем это может понадобиться 😉

780нм – инфракрасный

Такие лазеры в CD-RW и как второй диод в DVD-RW. Проблема в том, что глаз человека луч не видит, и потому такие лазеры очень опасны. Можно сжечь себе сетчатку и не заметить этого. Единственный способ работать с ними – использовать камеру без инфракрасного фильтра (в веб камерах её легко достать например) – тогда и луч, и пятно будет видно. ИК лазеры применять пожалуй можно только в самодельных лазерных «станочках», баловаться с ними я бы крайне не рекомендовал.

Также ИК лазеры есть в лазерных принтерах вместе со схемой развертки — 4-х или 6-и гранное вращающееся зеркало + оптика.

10мкм – инфракрасный, CO2

Это наиболее популярный в промышленности тип лазера. Основные его достоинства – низкая цена(трубки от 100-200$), высокая мощность (100W — рутина), высокий КПД. Ими режут металл, фанеру. Гравируют и проч. Если самому хочется сделать лазерный станок – то в Китае(alibaba.com) можно купить готовые трубки нужной мощности и собрать к ним только систему охлаждения и питания. Впрочем, особые умельцы делают и трубки дома, хоть это очень сложно (проблема в зеркалах и оптике – стекло 10мкм излучение не пропускает – тут подходит только оптика из кремния, германия и некоторых солей).

Применения лазеров

В основном – используют на презентациях, играют с кошками/собаками (5мвт, зеленый/красный), астрономы указывают на созвездия (зеленый 5мВт и выше). Самодельные станки – работают от 200мВт по тонким черным поверхностям. CO2 лазерами режут почти все, что угодно. Вот только печатную плату резать трудно – медь очень хорошо отражает излучение длиннее 350нм (потому на производстве, если очень хочется – применяют дорогущие 355nm DPSS лазеры). Ну и стандартное развлечение на YouTube – лопание шариков, нарезка бумаги и картона – любые лазеры от 20-50мВт при условии возможности фокусировки в точку.

Из более серьёзного — целеуказатели для оружия(зеленый), можно дома делать голограммы (полупроводниковых лазеров для этого более чем достаточно), можно из пластика, чувствительного к УФ печатать 3Д-объекты, можно экспонировать фоторезист без шаблона, можно посветить на уголковый отражатель на луне, и через 3 секунды увидеть ответ, можно построить лазерную линию связи на 10Мбит… Простор для творчества неограничен

Так что, если вы еще думаете, какой-бы купить лазер – берите 5мВт зеленый 🙂 (ну и 200мВт красный, если хочется жечь)

Источник

• ← тренировки с натальей реутовой урок 1
• Суздаль достопримечательности на карте на машине →