Полупроводниковые лазеры > Раздел для новичков
CO2 лазер-без фокусировки/или с условной фокусировкой-лучевая пушка или нет? ;-)
SEEK:
Всем привет. Тут я новичок, но в теме лазеров не совсем новичок..Еще в начале 2000-х собирали с другом цветомузыки и вели дискотеки..Ну да ладно. Я сейчас не об этом :)
У меня вот такой вопрос: Допустим, если я беру мощный CO2 лазер - от 40w минимум (больше-лучше). То можно ли будет его эксплуатировать без фокусирующей системы и насколько есть в этом смысл? На каком расстоянии луч будет сохранять свою энергию? В принципе -можно использовать и фокусировку луча, но только если она не слишком жестко привязывает к точке фокуса.
Чего хочу: лазерный бластер :))))). Вопрос не праздный и задан не для шутки. Интересует практическое применение.
Я просто вспомнил из своей бытности общения с лазерными указками-несмотря на то, что там стояла фокусирующая линза, - сам луч расходился не очень сильно. И пятно было размером где то около 10см на расстоянии около 150-200 метров.
Таким образом, если моя рабочая дистанция будет до 20 метров- то будет ли луч CO2 лазера достаточно мощным на этой дистанции и каково будет расхождение луча?
Спасибо!
Gall:
40 Вт без фокусировки - это луч как раз в том диапазоне мощностей, когда луч уже опасен, но еще бесполезен. По поражающей способности примерно как горящими спичками кидаться: можно устроить пожар или покалечить человека, но даже до пневматической винтовки не дотянет. Нужна фокусировка.
Что касается фокусировки, то как раз из-за нее и получается, что все, что меньше некоторых киловатт, для бластера не годится. Луч света подчиняется волновой оптике, и как раз на длинных тонких лучах отличия волновой оптики от геометрической значительны и приводят к очень неожиданным результатам.
Начнем с того, что любая фокусировка всегда привязана к расстоянию, а любой луч всегда на какое-то расстояние настроен. Если луч "не фокусировать", то у него все равно есть точка фокусировки (физики называют ее "перетяжка"), но она находится внутри лазера. Добавляя к лучу фокусирующую линзу, мы добавляем к лучу еще одну перетяжку. В перетяжке и вблизи ее луч будет тонкий и мощный, а на других расстояниях значительно разойдется.
Точные уравнения, как это происходит, можно найти по ключевым словам "оптика гауссовых пучков". На пальцах: вблизи своей перетяжки любой луч постепенно превращается в параллельный: его края начинают плавно изгибаться. Пройдя перетяжку, луч точно таким же плавным изгибом переходит в расходящийся. Это связано с дифракцией луча на самом себе. Чем тоньше луч в перетяжке, тем резче он начинает расходиться. Общее правило: чем острее фокус луча, тем быстрее расходится луч. Если мы сделаем "прямой" луч толщиной в сотые доли миллиметра, то, сразу как только этот луч выйдет за пределы нашей оптической системы, он превратится в широко расходящийся конус. Именно это происходит у лазерных диодов без линзы: на выходе у них луч такой же, как у "обычных" лазеров - прямой, просто слишком тонкий. И из-за толщины он сильно расходится уже в долях миллиметра от источника.
Вот классическая картинка:
Степень расходимости луча данной длины волны определяется его толщиной в самом тонком месте и больше ничем. Диаметр перетяжки, понятно, никогда не бывает больше, чем диаметр отверстия или линзы установки. В лучшем случае перетяжка находится в самой линзе, луч сразу от лазера начинает расходиться, и, если он достаточно толстый, расходиться он будет слабо. В худшем случае луч после лазера сначала сходится и достигает перетяжки на некотором расстоянии от источника, а потом начинает расходиться. Тогда перетяжка будет еще и меньше дырки, а значит, луч разойдется быстрее. Расстояние до возможной перетяжки тоже зависит от диаметра дырки: сделать перетяжку диаметром в 5 мм в 1 км от лазера с отверстием 10 мм тоже не получится. Для прикидок удобно пользоваться тем, что картинка расхождения луча относительно перетяжки симметрична: луч расходится так же, как сходился.
Применительно к лазерным пушкам все это значит, что у любой дальнобойной пушки должно быть большое отверстие и толстый луч. Поскольку плотность энергии в луче обратно пропорциональна площади его сечения, то есть квадрату диаметра, луч для лазерной пушки должен быть очень мощным. С соответствующим источником энергии и системой охлаждения получится сделать лазерный танк, но не получится сделать лазерное ружье. Даже если сделать лазерную базуку с питанием в ранце, калибр все равно будет слишком мелким, расходимость луча, следовательно, большой, а мощности любых батареек, которые можно засунуть в ранец, уже окажется недостаточно.
SEEK:
Спасибо за такой развернутый ответ! Но тут ведь дело какое-если мы вспомним те же самые лазерные сканеры-хотя бы для 3d печати на основе слабых красных лазеров- несмотря на расходимость луча- это не мешает их применять на практике. Если мы рассмотрим наш случай с мощным CO2 лазером, стационарной установки- то, опять же с нашими оговорками-дальность до 20 метров, требуемый от луча ущерб- детский:-) то бишь - на уровне прожигать насквозь пенопласт, и имея мощность луча- около 60-80ватт. Реально получить на диапазоне дистанции 16-20 метров - пятнышко 5-7мм?
Gall:
--- Цитата: SEEK от 06 Июнь 2015, 14:04:35 ---Спасибо за такой развернутый ответ! Но тут ведь дело какое-если мы вспомним те же самые лазерные сканеры-хотя бы для 3d печати на основе слабых красных лазеров- несмотря на расходимость луча- это не мешает их применять на практике.
--- Конец цитаты ---
Мешает, и очень серьезно. В любом серьезном коммерческом сканере (не в студенческих поделках) используют сложные алгоритмы математической обработки, которые вводят поправку на расходимость луча.
--- Цитировать ---Если мы рассмотрим наш случай с мощным CO2 лазером, стационарной установки- то, опять же с нашими оговорками-дальность до 20 метров, требуемый от луча ущерб- детский:-) то бишь - на уровне прожигать насквозь пенопласт, и имея мощность луча- около 60-80ватт. Реально получить на диапазоне дистанции 16-20 метров - пятнышко 5-7мм?
--- Конец цитаты ---
Реально, если разрешено сделать зависимость от дистанции. Например, если максимальную фокусировку навести на 18 метров (до 18 метров луч сужается, потом расширяется). 40-ваттный лазер на таком расстоянии будет поджигать дерево.
SEEK:
Я тут на aliexpress нашёл комплекты оптики для построения ЧПУ резаков лазерных. Для фокусировки луча в моем случае- что понадобится? Там ведь линзы нужны спец- пропускающие длину волны...родные от комплектов ЧПУ пойдут ли? Фокусное расстояние не то скорее всего
Навигация
[0] Главная страница сообщений