Мне подарили лазерную указку. Интересная штучка швейцарского производства. Опытный образец, поэтому никакой документации нет. Вообще никаких данных нет, даже название фирмы или Инетовский адрес отсутствуют… А штучка интересная. Это, выполненный в виде изящной ручки зеленый лазер. Третий клас Б. Мощность 50 милливатт. Вот и все.
Питание от двух батареек типа ААА. От свежих он потребляет ток более 2 ампер. Немудрено, что они разряжаются очень быстро. Я могу запитать лазер от стабилизированного источника, но, уже имея печальный опыт (я пожег не одну красную китайскую указку), боюсь испортить эту драгоценность. Ведь спичку зажигает! И зеленый опять же…
Я не имею ни малейшего понятия, как ведет себя луч лазера при размере пятна около миллиметра и мощностью 50 милливатт. Учитывая, что технология DPSS предполагает работу ИК – лазерного светодиод, мощностью в ватт или даже более, мои опасения оправданы.
У меня есть некоторые задумки. Но я боюсь показаться слишком наивным. Конечно, астрономической точности в измерениях мне не нужны, просто я хочу подойти к максимальной мощности, но не дойти до нее, чтобы не пережечь редкую вещь.
Одними словом, как можно судить о мощности, пользуясь самодельными приборами в кустарных условиях?
Мощность излучения лазерной указки с длиной волны λ = 600 нм равна P = 2 мВт. Определите число фотонов, излучаемых указкой за 1 с.
Спрятать решение
Решение.
Один фотон света с частотой 
обладает энергией 
Энергия излучаемая за время t указкой — 
Значит, число фотонов N, излучаемых указкой за время 
Ответ: 
Спрятать критерии
Критерии проверки:
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае — формула для энергии фотона, свзяи мощности с энергией и частоты с длиной волны.); II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, и обозначений величин, используемых в условии задачи); III) проведены необходимые математические преобразования, приводящие к правильному ответу; IV) представлен правильный ответ. |
3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности и проведены необходимые преобразования, но имеются следующие недостатки.
Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют. ИЛИ Лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты, не заключены в скобки, рамку и т. п.). ИЛИ В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не доведены до конца. ИЛИ Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка. |
2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа. ИЛИ В решении отсутствует одна из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. ИЛИ В одной из исходных формул, необходимых для решения задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. |
1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Лазеры на ИАГ в качестве активатора используют
трехвалентные ионы неодима. Благодаря высокой оптической прозрачности, большому
усилению (600 дБ м-1) и реализации четырехуровневой схемы создания
инверсной населенности ИАГ-лазеры имеют низкий порог генерации (доли-единицы
Дж). В сочетании с высокой теплопроводностью это обстоятельство обеспечивает
гранатовым лазерам возможность работы в непрерывном режиме в отличие от других
ТТЛ.
4. Расчет
основных геометрических, энергетических, электрических и оптических параметров
импульсного полупроводникового лазера и схемы его включения.
4.1.
Расчет мощности излучения лазера
На первом этапе расчета найдем мощность лазера, исходя
из заданной необходимой облученности объекта (E=8,5*1011).
, где E – необходимая облученность объекта, d –
диаметр зоны облучения,
Pобл
– мощность, падающая на облучаемую поверхность.
tО – коэффициент пропускания оптики, tм – коэффициент пропускания модулятора,
r – показатель отражения объекта облучения
Lср – протяженность среды
Значение 
примем
равным 1
Поскольку
в состав лазера входит преобразователь гармоник, коэффициент преобразования
которого 
, то мощность лазера будет равна:
4.2.
Расчет параметров активной среды,
оптического резонатора и излучения лазера
Расчет параметров активной среды
Оценка геометрии активной среды базируется на методе
линейной аппроксимации зависимостей геометрических характеристик от мощности
излучения и усредненных значений параметров реальных характеристик. Зная
диапазон значений уровней генерации Рл и имея рассчитанное значение уровня
генерации для данного проектируемого лазера, находим методом аппроксимации
параметры резонатора:
|
Искомый |
Начало |
Конец |
Найденное |
|
Pl (P л.) (расчитано) |
20 |
150 |
47,096 |
|
P1, |
700 |
1000 |
762,5292 |
|
Wл, Дж |
0,2 |
10 |
2,242622 |
|
W1, |
15 |
70 |
26,46369 |
|
dAC, мм |
3 |
6 |
3,625292 |
|
T AC,K |
300 |
350 |
310,4215 |
|
h0,% |
1 |
3 |
1,416862 |
|
N |
1*10-26 |
Удивительно
то, что частота и длина волны излучения
лазера могут быть измерены с точностями
до 10 значащих цифр, а энергия и мощность
его излучения – в лучшем случае до ~ 1%.
Это связано с трудностями, возникающими
при преобразовании сигнала, пропорционального
энергии и мощности, в цифровую форму с
высокой точностью.
Приемники
излучения по принципу действия можно
разделить на две основные группы:
фотоэлектрические и тепловые.
Тепловые
приемники, например, термоэлементы,
болометры обладают большой постоянной
времени. Они регистрирует сигнал, который
определяется по изменению температуры
чувствительного элемента, возрастающей
при поглощении регистрируемого излучения.
Время тепловой релаксации макроскопического
тела, естественно, на много порядков
превышает период оптических колебаний.
Такие приборы используют для регистрации
постоянных или медленно изменяющихся
во времени сигналов или для измерения
суммарной энергии импульсного излучения.
В
фотоэлектрических приемниках используют
явление фотоэффекта, которое позволяет
регистрировать быстро изменяющиеся во
времени поля, но все же не с оптическими
частотами. Вакуумные фотоэлементы и
фотоумножители (ФЭУ) используют внешний
фотоэффект. Электроны вырываются с
поверхности фоточувствительного слоя
при его освещении.
В
фотодиодах и фотосопротивлениях
используют внутренний фотоэффект.
Воздействие света на некоторые
полупроводниковые материалы приводит
к появлению в объеме материала свободных
носителей заряда. В результате
увеличивается электропроводность
материала (фотопроводимость). Если
освещают область р-п-перехода
полупроводникового фотодиода, то на
его выводах появляется фотоэдс в
результате разделения зарядов внутренним
электрическим полем р-п-перехода.
Таким образом, процесс фотоэлектрической
регистрации света носит принципиально
квантовый характер. Поэтому регистрируемый
фототок неизбежно содержит флуктуации.
Сигнал фотоприемника состоит из суммы
сигналов, соответствующих поглощению
единичного кванта света – одноэлектронных
импульсов. Длительность такого импульса
и возможность его независимой регистрации
зависят от параметров фотоприемника.
В самом элементарном процессе поглощения
фотокатодом кванта света и возникновением
фотоэлектрона, как показывают опыты,
нет никакой временной задержки.
Фотоэлектроны возникают с некоторой
вероятностью сразу же после начала
освещения фотокатода сколь угодно
крутым фронтом светового импульса.
Для
стандартного фотоумножителя длительность
одноэлектронного импульса составляет
~ 10-9
секунды. Она определяется процессами
разгруппирования электронов в лавине,
порожденной первичным фотоэлектроном,
и паразитными емкостями устройства. В
современных полупроводниковых
фотоприемниках минимальная длительность
отклика на дельта-импульс составляет
0,1…1 нс.
Сигнал
произвольной формы, в том числе непрерывный
и постоянный, в фотоэлектрическом
приемнике складывается из большого
числа одноэлектронных импульсов.
Первые
измерители лазерной энергии в качестве
поглотителя использовали просто
спутанный моток тонкой медной проволоки,
диаметром ~ 0,005 мм помещенной в замкнутую
полость с отражающими стенками. Излучение
лазера направляют в эту полость и оно
рассеивается и поглощается проволокой
при многократных отражениях света от
ее поверхности. Конструкция представляет
собой хорошую модель абсолютно черного
тела. Такие измерители называли «крысиным
гнездом». Повышение температуры проволоки
можно просто измерить с помощью
электрического моста по изменению
электрического сопротивления проволоки.
Поэтому такие измерители обладали
неплохой чувствительностью, позволяя
регистрировать импульсы с энергией ~
0,001 Дж. Определенную проблему составляли
вопросы абсолютной калибровки таких
приборов, поэтому их использовали для
относительных измерений энергии.
В
дальнейшем был освоен промышленный
выпуск калориметрических измерителей,
в которых в качестве поглотителя
использовали полость – черное тело,
изготовленное из тонкой черной
металлической пленки. Изменение
температуры регистрировалось термопарой.
Такие измерители дают абсолютные
значения энергии лазерного излучения
При
измерением энергии калориметром не
имеет значения форма импульса или
импульсов, генерируемых лазером.
Инерционный поглотитель световой
мощности интегрирует изменения мгновенной
мощности излучения. В результате
максимальный электрический сигнал
термопары оказывается пропорциональным
энергии импульсного излучения. Такие
измерители позволяют также измерять
мощность непрерывных лазеров и лазеров,
генерирующих регулярные последовательности
коротких и ультракоротких импульсов.
Для
измерения мощности непрерывных лазеров
удобнее пользоваться полупроводниковыми
фотоприемниками: фотодиодами и
фотосопротивлениями. Такие приборы
должны быть прокалиброваны по абсолютному
измерителю.
Для
простых качественных измерений
распределения мощности в лучах лазеров
инфракрасного диапазона используют
копировальную бумагу или засвеченную
фотопленку или фотобумагу. А для
определения энергии импульса – его
способность пробивать отверстие в
бритвенном лезвии. Для прожигания
сквозного отверстия в лезвии сфокусированным
лазерным излучением требуется энергия
~ 1 Дж.
С
широким распространением цифровых
фотокамер в научных исследованиях
рутинными стали измерения пространственных
распределений световой мощности в
лазерных пучках и картинах дифракции
и интерференции лазерных пучков.
Ослабители
Часто требуется ослабить лазерный пучок
до уровня энергии или мощности,
соответствующего линейному динамическому
диапазону используемого фотоприемника.
Располагая хорошо откалиброванным
ослабителем можно определить область,
в которой чувствительность приемника
следует определенному закону (например,
линейному) и исследовать характер
отклонения от этого закона.
В качестве калиброванных ослабителей
используют:
-
пару
поляризаторов; -
набор
нейтральных светофильтров; -
отражение
света от полированной стеклянной
поверхности нормальное, или под
определенным углом. В последнем случае
при использовании многократного
отражения можно получать сильное
калиброванное ослабление в миллионы
раз. Значение доли отраженной или
прошедшей мощности определяется по
формулам Френеля.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Форум РадиоКот • Просмотр темы – Как измерить мощность лазерного луча?
Сообщения без ответов | Активные темы
| ПРЯМО СЕЙЧАС: |
| Автор | Сообщение | ||
|---|---|---|---|
|
|
Заголовок сообщения: Как измерить мощность лазерного луча?
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Вопрос кажется простым… А вот фигушки! |
||
| Вернуться наверх |
Профиль
|
||
 |
Добавлено: Пт ноя 16, 2007 20:14:48 
| Реклама | |
|
|
|
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Посмотрите стандарты по лазерной технике и безопасности при работе с лазерным излучением. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
Если имеете возможность – зайдите в ближайший центр стандартизации, метрологии и сертификации – вы найдёте всё необходимое: от нормативно-технической документации до специализированной измерительной лаборатории. 
| Реклама | |
|
|
|
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Если учесть, что лазер швейцарского производства, а пункт моего обитания суперместного типа, Ваше предложение кажется весьма затруднительно к исполнению. И все-таки, уже спасибо за столь скорый ответ! |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): лазер швейцарского производства Какая разница? Без специальной аппаратуры и точного соблюдения методик, данных в стандартах вы можете намерять всё, что угодно.
А в попугаях-то я гораздо длинее… |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
25.05.2023 Вебинар «Источники питания MORNSUN: новинки для промавтоматики и оптимальные решения для телекоммуникации»
Приглашаем на вебинар, посвященный новой продукции MORNSUN для промышленной автоматизации и телекоммуникационных приложений. Подробнее>> |
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Ну, правы Вы, конечно… |
||
| Вернуться наверх | |||
|
| Реклама | |
|
|
|
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): Вот я и надеюсь, что на форуме есть люди, способные думать широко. А узко – это многие умеют. Здесь речь идет о безопасности при работе с лазерным излучением. Поэтому кустарщина здесь неприемлема. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Aheir |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 27 Рейтинг сообщения: 0
|
Раз уж исходный лазер оформлен в виде авторучки на батарейках – о безопасности говорить уже поздно.
А если попробовать измерить мощность исходя из температуры, до которой этот лазер может нагреть некое тело с известными параметрами? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Aheir писал(а): А если попробовать измерить мощность исходя из температуры, до которой этот лазер может нагреть некое тело с известными параметрами? И сколько оно нагреваться будет? А световое излучение не в счёт? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
А что световое? Это что, что-то волшебное, что ли? Вообще-то лазерный свет монохроматичен (если не учитывать крошечных потерь на гармоники). То есть – это только световое излучение и есть! Но, какая разница? Весь (ну почти) свет все равно будет поглощен черным телом и приведет к нагреву (закон энтропии однако). Идея интересна. Кстати, этот метод в большинстве случаев и используется. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
tych |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Надо понять что хочет спрашивающий – измерить мощность лазера или его светимость – т.е. какой ярче. Во втором случае присутствует субъективный фактор цвето-свесто чувствительности конкретного человека. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Прежде всего, свет – это электромагнитные волны. Вот и советую подумать, что нужно измерять: мощность излучения лазера или яркость пятна? Вещи чуток различные. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Сэр Мурр |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 46 Рейтинг сообщения: 0
|
Ясен пень- нужно измерить мощность излучения лазера. Пусть не абсолютно, но хоть относительно. Тепловой способ мне кажется наиболее правильным. И не будем отвлекаться на посторонние темы, флудить, так сказать.. Про технику безопасности только сейчас вспомнили, а когда в других темах обсуждались всякие ужасные способы мести гнусным соседям, тогда молчали? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
О мощности можно судись по разным вещам, в том числе и по яркости пятна определенного размера — все взаимосвязано. Я ищу способ, который работает именно в кустарных условиях. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): Я ищу способ, который работает именно в кустарных условиях. Прочитай табличку — там указан класс лазера и его мощность. Точнее кустарным способом не измеришь. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Aheir |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 27 Рейтинг сообщения: 0
|
Относительно теплового метода: сопоставить “нагревательную способность” испытуемого лазера с таковой для сходного источника с известными параметрами. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Нет, нет, нет… Чего-то все не так. Я ведь не теоретически подхожу, мол, как это можно сделать в принципе. Я действительно хочу знать – что испускает мой лазер. Последний раз редактировалось Stog Пн ноя 19, 2007 16:19:47, всего редактировалось 1 раз. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog, а измерьте энергию или массу электрона в домашних условиях. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Aheir |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 27 Рейтинг сообщения: 0
|
Хорошо. А если зная КПД лазеров по данной технологии и измерив потребляемый ток от батарей прикинуть текущую мощность? И, соответственно, узнать, насколько можно увеличить ток? |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
Stog |
Заголовок сообщения:
|
||
Зарегистрирован: Чт апр 05, 2007 11:39:13 Рейтинг сообщения: 0
|
Aheir писал(а): Хорошо. А если зная КПД лазеров по данной технологии и измерив потребляемый ток от батарей прикинуть текущую мощность? И, соответственно, узнать, насколько можно увеличить ток? Вот – вот – вот!!! |
||
| Вернуться наверх | |||
|
|
ИРБИС |
Заголовок сообщения:
|
||
Карма: 1 Рейтинг сообщения: 0
|
Stog писал(а): Понимаете, ИРБИС На табличке указывается максимальная мощность излучения, она же подтверждается классом лазера. В кустарных условиях необходимые измерения вы провести не сможете — это я сказал сразу. максимум, что вы сможете измерить — яркость или световой поток. Но мощность излучения вы всё равно не сможете определить. Надоело уже из пустого в порожнее переливать. Если вам так хочется, измерьте на магистральной ЛЭП передаваемую энергию – это попроще будет. А это, чтобы понимали, что такое III класс: мышонок писал(а): Немножко информации по безопасности: КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ Категории безопасности (ANSI Z136.1-1986): Класс I – не способен причинить биологические повреждения глазам или коже человека при соответствующем использовании, даже при воздействии прямого или отражённого излучения от него. Длина волны (400 – 1400) нм. |
||
| Вернуться наверх | |||
|
Кто сейчас на форуме |
|
Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 14 |
| Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете добавлять вложения |
