Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru.

 Класс!ная физика   -  YouTube

Лазерная указка

ПечатьE-mail

Лазерную указку – полупроводниковый лазер, появившийся лет сорок назад, сегодня можно купить в обычном магазине.

Наиболее распространенным лазерным полупроводниковым материалом долгое время оставался арсенид галлия GaAr. Но в последнее время все чаще делают лазеры на гетероструктурах – тонких слоях различных по составу полупроводников. Огромный вклад в их создание внесли работы академика Ж. И. Алферова и его сотрудников.

Как работает активное вещество полупроводникового лазера?

Активная полупроводниковая среда имеет зону проводимости с избыточным количеством свободных электронов и валентную зону, где недостающие электроны заменены дырками. При рекомбинации электронов с дырками возникает когерентное излучение. Электроны в твердом теле занимают широкие энергетические полосы, состоящие из множества непрерывно расположенных уровней. Нижняя полоса, называемая валентной зоной, отделена от верхней – зоны проводимости – так называемой запрещенной зоной, в которой энергетические уровни отсутствуют. В полупроводнике электронов проводимости мало, подвижность их ограничена, но под действием теплового движения отдельные электроны могут перескакивать из валентной зоны в зону проводимости, оставляя пустое место – дырку. И если электрон с энергией Eэ самостоятельно (спонтанно) возвращается обратно в зону проводимости, происходит его рекомбинация с дыркой, имеющей энергию Eд. При этом происходит излучение из запрещенной зоны фотона частотой ν = (Eэ – Eд)/h. Поскольку ширина запрещенной зоны невелика, полупроводниковый лазер излучает в сравнительно узком интервале частот. А применение различных полупроводниковых материалов позволяет получать излучение в диапазоне от ближнего ультрафиолета (λ = 300 нм) до инфракрасного света длиной волны более 40 мкм (1 мкм=1000 нм). Активный элемент полупроводникового лазера представляет собой брусок монокристалла объемом несколько десятков кубических миллиметров, а его излучающая часть – полоску длиной от 100 до 300 микрон. Из-за чрезвычайно малой длины излучателя лазерный луч сильно расходится – на угол до 40°.

Устройство лазерной указки

Источником питания (1) служат три соединенные последовательно миниатюрные батарейки с ЭДС 1,2 вольта каждая. Электронная схема (2) с кнопкой включения смонтирована в середине корпуса и подключена к лазерной головке (3). Лазерное излучение имеет длину волны от 630 до 680 нанометров (нм) и мощность менее одного милливатта. Линза (4) фокусирует его в тонкий луч. Накачку полупроводникового лазера чаще всего осуществляют постоянным электрическим током напряжением не более 3 вольт (при этом до 50% его энергии превращается в излучение); резонатором обычно служат зеркальные грани кристалла полупроводника (их не полируют, а получают, раскалывая монокристалл).

Миниатюрные размеры полупроводниковых лазеров, долговечность (до 100 тысяч часов безотказной работы) и довольно высокая мощность излучения (1–3 мВт) делают их незаменимыми в устройствах оптической записи и считывания информации, системах оптоволоконной связи, геодезической аппаратуре и других областях техники.

В лазерной указке нередко имеются два полупроводниковых диода: сам лазер и свето-диод. Они смонтированы в единый блок с тремя выводами – от катода лазерного диода, анода светодиода и общий. Фотодиод создает отрицательную обратную связь в цепи питания лазера, поддерживая постоянной интенсивность его излучения. Связь эта осуществляется оптически: лазерный луч освещает фотодиод, который вырабатывает ток смещения, управляющий транзистором в цепи питания лазера. Если интенсивность луча возрастает, устройство уменьшает силу тока, проходящего через лазер, если падает – увеличивает ее.

Лазерная головка

В ней, как правило, кроме самого полупроводникового лазера имеется еще и фотодиод, который вырабатывает сигнал отрицательной обратной связи и стабилизирует интенсивность излучения.

Одна из возможных схем лазерной указки

На выходе луча стоит линза, компенсирующая его расходимость, поэтому на расстоянии 10—15 метров размер светового пятна оказывается порядка сантиметра.

Лазерные указки могут пригодиться не только лекторам и докладчикам. Их используют для демонстрации опытов по интерференции и дифракции света, применяют в самодельных охранных устройствах и линиях оптической связи… или просто играют с кошкой, которая азартно ловит световой зайчик. Но обязательно нужно помнить, что лазерный луч ни в коем случае нельзя направлять в глаза – можно испортить зрение!

Источник: Одомашненная физика А.А. Богуславский{jcomments on}