Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло
Думаю, кожен, хто читає цю статтю грав з лазерними покажчиками. Останнім часом китайці піднімають потужності випромінювання все вище - а про безпеку піклуватися нам доведеться самим.

Нещодавно трапилася нагода перевірити, чи можна різати мідну фольгу на друкованій платі 1W зеленим лазером (поки відповідь "ні") - але перевіряти це, не маючи конкретної інформації про паразитному ІК випромінюванні і наскільки добре працюють захисні окуляри - не хотілося.

Крім цього - також вийшло на коліні подивитися спектр випромінювання лазера - генерує він на одній частоті, або відразу на декількох. Це може бути потрібно, якщо ви хочете спробувати записати голограму в домашніх умовах.

Згадаймо конструкцію зелених DPSS лазерів

808нм інфрачервоний лазерний діод світить на кристал лазера на Nd: YVO4 або Nd: YAG, який випромінює на довжині хвилі 1064нм. Потім в нелінійному кристалі KTP відбувається подвоєння частоти - і ми отримуємо зелене світло 532нм.

Очевидна проблема тут в тому, що 808нм і 1064нм випромінювання може виходити з лазера (якщо вихідного фільтра немає, або він поганої якості) під невідомим кутом, і непомітно для нас зайнятися художнім вирізанням по сітківці. Око людини взагалі не бачить 1064нм, а 808нм випромінювання - дуже слабо, але в темряві можна побачити (не надто небезпечно це тільки з розсіяним випромінюванням на маленькій потужності!).

Несфокусованого паразитне випромінювання

Для початку поглянемо на випромінювання зеленого лазера камерою без ІК фільтра:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Кільце навколо точки - це розсіяне випромінювання 808нм лазерного діода накачування. Якщо через недосконалість конструкції лазера воно надто потужне - там може з'явиться і 1064нм і 532нм. При великої потужності - це випромінювання може бути небезпечно, особливо якщо не здогадуватися про його існування.

Однак яке випромінювання в сфокусованої частини випромінювання лазера? Спробуємо це з'ясувати.

Перший підхід: аркуш паперу і CD-диск

Ідея проста - світимо лазером через дірочку в аркуші паперу A4 на поверхню штампованого CD-диска. Борозенки на поверхні диска - в першому наближенні працюють як дифракційна решітка, і розкладають світло в спектр.

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло
Кожна довжина хвилі формує відразу кілька зображень - кілька позитивних і кілька негативних порядків.

В результаті оком і звичайної фотокамерою побачимо наступне:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Однак, якщо подивитися на аркуш паперу камерою без ІК фільтра, помічаємо дивну бузкову крапочку між першою і другою точкою від центру:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Це як раз паразитное, що не відфільтроване 808нм випромінювання. На жаль, таким способом можна побачити точку 1064нм випромінювання - воно ідеально точно збігається з другим порядком 532нм випромінювання. Що ж робити?

Другий підхід: дисперсійні призми

Призма також розкладає світло в спектр, проте різниця кутів заломлення для різних довжин хвиль - набагато менше. Саме тому цей варіант у мене далеко не відразу вдалося здійснити - я продовжував бачити одну точку. Ситуацію ускладнювало те, що призми у мене були зі звичайного скла, які в спектр розкладають світло вдвічі гірше спеціалізованих.

В результаті довелося взяти 2 призми, і збільшити відстань до екрану до 2-х метрів. Лист картону з дірочкою між лазером і призмами - для того, щоб відфільтрувати паразитное несфокусованого випромінювання з лазера.

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Результат досягнутий: чітко видно точки 808нм, 1064нм і зелена 532нм. Око людини на місці ІК точок не бачить взагалі нічого.

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

На 1W зеленому лазері за допомогою "пальцевого високоточного вимірювача потужності" (скорочено ПЗМ) вдалося з'ясувати, що в моєму випадку переважна частина випромінювання - 532нм, а 808нм і 1064нм хоч і виявленню камерою, але потужність їх в 20 і більше разів менше, нижче межі виявлення ПЗМ.

Настала черга перевірити окуляри

Надягаємо окуляри на камеру (якщо надіти на лазер - дірку проплавити, вони пластикові), і отримуємо: 532нм і 808нм послаблюються дуже сильно, від 1064нм трохи залишається, але думаю не критично:

З цікавості вирішив перевірити кольорові анагліфние окуляри (з червоним і синім склом). Червоної половиною зелений затримується добре, а ось для інфрачервоного світла вони прозорі:

Синя половина - взагалі практично ніякого ефекту не надає:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Генерує лазер на одній частоті або декількох?

Як ми пам'ятаємо, основний елемент конструкції DPSS лазера - резонатор Фабрі - Перо. представляє собою 2 дзеркала, одне напівпрозоре, друге звичайне. Якщо довжина хвилі генерується випромінювання не вкладатиметься в довжину резонатора ціле число раз - через інтерференції хвилі гаситимуть самі себе. Без застосування спеціальних засобів лазер буде одночасно генерувати світло відразу на всіх допустимих частотах.

Чим більше розміри резонатора - тим більше можливих довжин хвиль, на яких може генерувати лазер. У самих малопотужних зелених лазерах - кристал неодимового лазера являє собою тоненьку пластинку, і часто там можливі тільки 1 або 2 довжини хвилі для генерації.

При зміні температури (= розмірів резонатора) або потужності - частота генерації може зміниться плавно, або стрибком.

Чому це важливо? Лазери генерують світло на одній довжині хвилі можна використовувати для голографії в домашніх умовах, интерферометрии (сверхочное вимірювання відстаней) і інших веселих штук.

Що-ж, перевіримо. Беремо той же CD-диск, але на цей раз спостерігати за плямою будемо не з 10 см, а з 5 метрів (тому що нам потрібно побачити різницю довжин хвиль близько 0.1нм, а не 300нм).

1W зелений лазер: Через великих розмірів резонатора - частоти йдуть з маленьким інтервалом:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

10mW зелений лазер: Розміри резонатора маленькі - в тому ж діапазоні спектра поміщаються тільки 2 частоти:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

При зниженні потужності - залишається тільки одна частота. Можна писати голограму!

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Подивимося і на інші лазери. Червоний 650нм 0.2Вт:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

Ультрафіолетовий 405нм 0.2Вт:

Спектроскопія в стилі гетто досліджуємо спектр і (без) небезпека лазерів Сваричевського михайло

  • 532нм зелені лазери - рясно висвітлюють всі інфрачервоним світлом: широким несфокусованого пучком 808нм (а при великій потужності паразитного випромінювання - там буде і 1064 і 532нм), а в сфальцьованому плямі - є і 808 і 1064.
  • Сподіватися на випадкові кольорові окуляри для захисту - злочинно. Вони пропускають це інфрачервоне випромінювання, і можна непомітно прожарити собі сітківку.
  • У польових умовах, маючи тільки CD-диск - цілком реально подивитися спектр випромінювання лазера в масштабі 0.1нм і побачити, чи працює лазер в одночастотному режимі.
Так що будьте обережні граючи з лазерними покажчиками, не купуйте зайву потужність без крайньої необхідності.
Так буде когерентний світло!