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:
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.
В результаті оком і звичайної фотокамерою побачимо наступне:
Однак, якщо подивитися на аркуш паперу камерою без ІК фільтра, помічаємо дивну бузкову крапочку між першою і другою точкою від центру:
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.
Результат досягнутий: чітко видно точки 808нм, 1064нм і зелена 532нм. Око людини на місці ІК точок не бачить взагалі нічого.
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:
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:
10mW зелений лазер: Розміри резонатора маленькі - в тому ж діапазоні спектра поміщаються тільки 2 частоти:
При зниженні потужності - залишається тільки одна частота. Можна писати голограму!
Подивимося і на інші лазери. Червоний 650нм 0.2Вт:
Ультрафіолетовий 405нм 0.2Вт:
- 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 буде когерентний світло!