Автор Тема: CO2 лазер-без фокусировки/или с условной фокусировкой-лучевая пушка или нет? ;-)  (Прочитано 4040 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
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!



Онлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2276
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
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.

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
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?

Онлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2276
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
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.
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?
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.

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
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

Онлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2276
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Не то. У китайских линз всегда сантиметры. Спешу разочаровать - другие линзы выпускаются только как лабораторное оборудование и стоят очень дорого. Я лично держал в руках линзочку за $700.

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
но может есть какой то способ добиться моей задачи, в том смысле что заданным образом сузить пучок? может если не линзами-а как то еще? Или, если линзами- то какие именно и где можно раздобыть, на ваш взгляд? Любой информации, которая может помочь-буду благодарен!

Онлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2276
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Физика очень сильно ограничивает возможности. Давайте точные цифры, чего хотите.

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
жечь пенопласт на расстоянии до 20 метров. Быстро жечь- как бы стреляя из винтовки. Удерживание на месте секунд по 10-не то :-) А буквально-поднял, нажал-бах: дырка. Толщина Пени Пласта:-) : 5-6см. Мощность луча-от 40ватт. В принципе рассматриваю покупку 60-80ватт. Установка стационарная -в том смысле что питание подается сетевое. Поэтому это не ограничивает. Диаметр пучка- меньше лучше. Где нибудь в районе 5-6мм будет нормально.
« Последнее редактирование: 09 Июнь 2015, 11:09:35 от SEEK »

Онлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2276
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
В каком диапазоне расстояний нужно удерживать диаметр 5-6 миллиметров?

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
от 5 до 20 метров (но сгодится и меньший перепад-например 19-20 метров-то есть некое переменное решение) -скажем неким шаговым двигетелем двигать линзу-чтобы изменять расстояние.

Онлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2276
  • Репутация: +134/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Для луча CO2-лазера с диаметром 6 миллиметров в самом тонком месте расходимость будет примерно 0.12 градуса. Это около 2 миллиметров на метр. То есть, луч, имеющий диаметр 6 миллиметров в самом тонком месте, будет иметь диаметр 8 миллиметров уже в метре от этого места.

На расстоянии 20 метров от перетяжки диаметр луча будет около 5 сантиметров. То есть, чтобы получить пятно диаметром 6 миллиметров на расстоянии 20 метров от пушки, пушка должна создавать сходящийся пучок диаметром 5 сантиметров (!). В 20 метрах от пушки он сузится до 6 миллиметров, в 40 метрах достигнет снова диаметра 5 сантиметров, к 80 метрам разойдется до дециметра и т.д.

С более тонким лучом возникнет еще больше проблем. Например, если мы захотим сделать 3 миллиметра, то расходимость возрастет до 4.5 миллиметров на метр. Линза потребуется диаметром 10 сантиметров.

Для видимого света расходимость значительно ниже, чем для CO2-лазера, в силу разницы в длине волны. Если заменить CO2-лазер на зеленый, линзочкой всего 15 мм в диаметре можно получить на тех же 20 метрах пятно диаметром в полмиллиметра. Расходимость будет 0.7 мм на метр. Если же потребовать те же самые 5-6 миллиметров, то это расходимость 0.11 мм/м. Считая, что диаметр линзы не должен превышать 1 дюйма (один из стандартных диаметров линз), получаем дальнобойность 200 метров.

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
Ок...долго не отвечал -сорри... Смотрите...я понял. А если зайти именно с этой стороны: взять для рассмотрения достаточно мощный лазер не-CO2 типа- допустим тот же зеленый или какой другой- подходящий для указанных целей(низкая расходимость и передача большой мощности на расстояние) - насколько реально раздобыть его сопоставимой с C02 мощности за относительно вменяемые деньги?

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 321
  • Репутация: +13/-0
гы, а это прикольно читать... зелень это дпссс(не беря диоды во внимание) она качается по мощи раза в 4-5 больше чем на выходе...цо2 в дальнем ик работает и нужна спец оптика на пп-кристаллах , она дорогая в отличии от стеклянной...
я так и не пойму, чего вы добиться хотите? гЫперболоид создать или для дела?))))

Оффлайн SEEK

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 33
  • Репутация: +0/-0
Рад что повеселил вас :-). Но на самом деле интересует практическое применение. Насколько я читал - получается что СО2 - это самый недорогой и доступный способ получения мощного лазерного излучения. Но, получается есть проблема с передачей его на расстояние. Какие есть варианты? Использовать полупроводниковые лазеры видимого диапазона? Или все-таки "сконвертировать" излучение СО2- в видимый диапазон?

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal