Puntero láser

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Un puntero láser  es un generador óptico-cuántico portátil de ondas electromagnéticas coherentes y monocromáticas en el rango visible en forma de haz estrecho. En la mayoría de los casos, se fabrica sobre la base de un diodo láser rojo , que emite en el rango de 635-670 nm, y un colimador , una lente biconvexa para organizar un haz estrecho. Los punteros azules y morados más raros y hasta ahora (2016) incluso los punteros verdes más raros tienen un dispositivo similar. Hasta principios o mediados de la década de 2010, los punteros láser verdes tenían una estructura compleja y eran un láser de estado sólido bombeado por un diodo láser infrarrojo y seguido por un elemento de duplicación de frecuencia no lineal.

Los más comunes son los punteros láser rojos con una potencia de hasta 1-20 mW, los punteros de hasta 100-200 mW son algo menos comunes . Los punteros de producción masiva más potentes: rojo - hasta 1 W y azul - hasta 5 W, verde - hasta 2 W.

Tipos de punteros láser

Los primeros modelos de punteros láser usaban láseres de gas helio-neón (HeNe) y emitían en el rango de 633 nm. Tenían una potencia de no más de 1 mW y eran muy voluminosos y caros. Ahora, los punteros láser tienden a usar diodos rojos menos costosos con una longitud de onda de 650-670 nm. Los punteros un poco más caros usan diodos rojo anaranjado con λ=635 nm, lo que los hace más brillantes para los ojos, ya que el ojo humano ve mejor la luz con λ=635 nm que la luz con λ=670 nm. También se producen otros colores de punteros láser; por ejemplo, un puntero verde con λ=532 nm es una buena alternativa a un puntero rojo con λ=635 nm, ya que el ojo humano es aproximadamente varias veces más sensible a la luz verde que a la roja. Recientemente, han aparecido a la venta punteros amarillo-naranja con λ=593,5 nm y punteros láser azules con λ=473 nm.

Punteros láser rojos

El tipo más común de puntero láser. Estos punteros utilizan diodos láser con un colimador. La potencia varía de aproximadamente un milivatio a un vatio. Los punteros de bajo consumo en forma de llavero funcionan con baterías pequeñas, "tabletas" y cuestan entre 1 y 5 dólares estadounidenses a partir de abril de 2012. Los potentes punteros rojos (longitud de onda 650-660 nm) con una potencia de varios cientos de milivatios por vatio, capaces de encender materiales que absorben bien la radiación, cuestan entre 50 y 500 dólares.

Los punteros láser rojos más raros utilizan un láser de estado sólido bombeado por diodos ( DPSS) y funcionan a una longitud de onda de 671 nm. Se diferencian de los punteros de un diodo láser por una sección de haz redonda (en un puntero láser convencional, el haz se aplana debido al astigmatismo del resonador del diodo láser).  

Punteros láser naranja (593,5 nm)

Los punteros láser naranja utilizan un láser de estado sólido bombeado por diodos que emite dos líneas simultáneamente: 1064 nm y 1342 nm. Esta radiación entra en un cristal no lineal, que absorbe fotones de estas dos líneas y emite fotones de 593,5 nm (la energía total de los fotones de 1064 y 1342 nm es igual a la energía del fotón de 593,5 nm). La eficiencia de tales láseres naranjas es de alrededor del 1%.

Punteros láser verde (510-530 nm)

Introducidos alrededor de 2010 [1] [2] [3], los diodos láser verdes ( Diodos láser verdes directos basados ​​en InGaN) eran inicialmente muy caros para fabricar punteros, pero la situación está cambiando. A principios de 2017, muchos fabricantes prefieren fabricar punteros basados ​​en un diodo láser.[ especificar ] . El diseño del puntero se vuelve mucho más simple, la estabilización de los parámetros del haz, si es importante, también se simplifica. Un láser verde puede tener una longitud de onda en el rango de 510-530 nm, que está cerca de la sensibilidad máxima de la visión crepuscular del ojo humano. Por lo tanto, en la oscuridad, parece más brillante. No hay diferencias fundamentales con un puntero con un diodo láser rojo.

Punteros láser verde usando DPSS (532 nm)

Los punteros láser verdes comenzaron a venderse en el año 2000. El tipo más común de láseres de estado sólido bombeados por diodos (DPSS). Hasta hace poco, no se producían diodos láser verdes, por lo que se utiliza un diseño óptico complejo, lo que complica y aumenta significativamente el costo de los productos.

A menudo, los punteros láser DPSS verdes baratos tienen un filtrado de calidad insuficiente de la radiación láser IR (puede ser decenas de veces más potente que la potencia declarada en verde) y suponen un peligro para la salud [4] [5] .

En primer lugar, un potente diodo láser infrarrojo (normalmente de 200-1000 mW [6] ) con λ=808 nm bombea un cristal de ortovanadato de itrio dopado con neodimio (Nd:YVO 4 ), donde la radiación se convierte en 1064 nm. Luego, al pasar a través de un cristal de titanil fosfato de potasio (KTiOPO 4 , abreviado como KTP), se duplica la frecuencia de radiación (1064 nm → 532 nm) y se obtiene luz verde visible. La generación y salida de radiación verde la proporcionan los espejos, uno de los cuales refleja completamente la radiación con una longitud de onda de 1064 y 532 nm y transmite completamente la radiación de bombeo de 808 nm, y el otro refleja completamente la radiación de 1064 nm, pero transmite completamente la de 532 nm. La radiación de la bomba también se refleja parcialmente.

En la mayoría de los punteros láser verdes modernos, los cristales de vanadato de itrio y KTP, junto con los espejos resonadores, se combinan en el llamado "microchip", un pegado de dos cristales con espejos depositados en los bordes. Para generar radiación láser, es suficiente enfocar la radiación del diodo láser de bomba dentro del cristal Nd:YVO 4 .

La eficiencia del circuito depende fuertemente de la potencia de la bomba y no puede alcanzar más del 20%. Además de la luz verde, un láser de este tipo emite una potencia importante en IR en longitudes de onda de 808 y 1064 nm, por lo que es imprescindible instalar un filtro de infrarrojos (IR filter [7] ) en dichos punteros para eliminar los restos de radiación IR y evitar daño ocular. En las versiones económicas de punteros verdes, es posible que no se instale dicho filtro, en cuyo caso incluso un puntero con una potencia de 1-5 mW representa un grave peligro para la vista, ya que la potencia de la radiación IR puede alcanzar decenas de milivatios. La radiación de 1064 nm se enfoca casi tan bien como la verde y es peligrosa si golpea el ojo incluso a larga distancia, mientras que la radiación de bombeo de 808 nm está muy desenfocada y no concentrada a lo largo del haz, lo que representa un peligro a distancias de hasta varios metros

Vale la pena señalar el alto consumo de energía de los láseres verdes: la corriente consumida alcanza cientos de miliamperios. Dado que la eficiencia de generación y duplicación aumenta rápidamente con el aumento de la potencia de la bomba, un aumento en la potencia de salida de 5 a 100 mW requiere un aumento en la corriente consumida por sólo un factor de dos.

El pequeño tamaño del puntero láser verde no permite instalar un sistema para estabilizar la temperatura del diodo láser y los medios activos en ellos. La temperatura tiene un efecto particularmente fuerte en la longitud de onda emitida por un diodo láser, lo que conduce a su salida del máximo de la línea de absorción de neodimio y una caída en la potencia de salida. Esto lleva al hecho de que dichos punteros son inestables cuando cambia la temperatura. Esta desventaja se elimina parcialmente estabilizando la potencia de radiación en la salida del láser. Para hacer esto, se instala un divisor de haz en la salida (cuyo papel desempeña un filtro IR, desde el cual se refleja parte de la radiación) y un fotodiodo, y se introduce una retroalimentación negativa. La desventaja de esta solución es la posibilidad de falla del diodo láser con una desviación de temperatura significativa, en la que el sistema de estabilización, compensando la caída en la potencia de salida, se ve obligado a aumentar significativamente la corriente a través de él.

Punteros láser azules (473 nm)

Estos punteros láser aparecieron en 2006 y tienen un principio de funcionamiento similar al de los punteros láser verdes. La luz de 473 nm generalmente se produce duplicando la frecuencia de la luz láser de 946 nm. Para obtener 946 nm se utiliza un cristal de granate de itrio aluminio con aditivos de neodimio ( Nd:YAG ).

Punteros láser azules (445 nm)

En estos punteros láser, la luz es emitida por un potente diodo láser azul de 1 a 5 vatios. La mayoría de estos punteros pertenecen a la 4ª clase de peligro láser y suponen un peligro muy grave para los ojos y la piel, tanto directamente como en forma de radiación dispersada por la superficie.

Distribución activa de punteros azules recibidos en relación con la producción en serie de diodos láser de alta potencia, principalmente para proyectores LED compactos, como Casio Slim [8] .

Punteros láser morados (405 nm)

La luz de los punteros morados es generada por un diodo láser que emite un haz con una longitud de onda de 405 nm. Estos láseres se utilizan en reproductores de Blu-ray Disc . La longitud de onda de 405 nm está en el límite del rango percibido por la visión humana y, por lo tanto, la radiación láser de dichos punteros parece tenue. Sin embargo, la luz del puntero provoca la fluorescencia de algunos de los objetos a los que se dirige, cuyo brillo es mayor para el ojo que el brillo del propio láser. Incluso los de menor potencia son extremadamente peligrosos para la piel y los ojos.

Los punteros láser morados aparecieron justo después de la llegada de las unidades Blu-ray , en relación con el inicio de la producción en masa de diodos láser a 405 nm.

Uso de punteros láser

Seguridad

La radiación láser es peligrosa si entra en contacto con los ojos.

Los punteros láser convencionales tienen una potencia de 1-5 mW y pertenecen a la clase de peligro 2-3A y pueden ser peligrosos si el haz se dirige al ojo humano durante un tiempo suficientemente largo oa través de dispositivos ópticos. Los punteros láser con una potencia de 50-300 mW pertenecen a la clase 3B y son capaces de causar daños graves en la retina del ojo incluso con una breve exposición a un rayo láser directo, así como a uno especular o de reflexión difusa. Incluso los punteros DPSS verdes de baja potencia utilizan láseres IR mucho más potentes internamente y, a menudo, no proporcionan suficiente filtrado IR. Dicha radiación es invisible y por ello es más peligrosa para la vista de humanos y animales [9] .

En el mejor de los casos, los punteros láser solo son molestos. Pero las consecuencias serán peligrosas si el rayo entra en el ojo de alguien o se dirige al conductor o piloto y puede distraerlo o incluso cegarlo . En algunos países, esto puede resultar en responsabilidad penal. Así, en 2015, un residente de EE. UU. fue condenado a 21 meses de prisión por cegar brevemente al piloto de un helicóptero de la policía con un puntero láser [10] . En 2017, en Alemania, un residente de Alemania de 22 años fue condenado a un año y medio de prisión por hechos similares [11] .

Cada vez más numerosos "incidentes láser" están provocando demandas en Rusia, Canadá, EE. UU. y el Reino Unido para limitar o prohibir los punteros láser. Ya, en Nueva Gales del Sur, hay una multa por poseer un puntero láser y por un "ataque con láser" - una pena de prisión de hasta 14 años.

El uso de punteros láser está prohibido por las normas de seguridad de los estadios de fútbol de la FIFA [12] . Un ejemplo de la aplicación de esta prohibición fue una multa de 50.000 francos suizos impuesta a la Federación de Fútbol de Argelia por aficionados que apuntaran con un puntero láser al portero de la selección rusa Igor Akinfeev y otras infracciones en el partido Argelia-Rusia del Mundial de 2014 . Copa [13] .

Véase también

Notas

  1. True Green Laser Diodes at 524 nm with 50 mW Continuous Wave Output Power on c-Plane GaN , Adrian Avramescu (Osram), et al 2010 Appl. física Expreso 3 061003
  2. Diodos de láser verde basados ​​en InGaN de 510–515 nm en sustrato de GaN c-Plane - IOPscience . Fecha de acceso: 21 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 16 de junio de 2018.
  3. Láser verde de 531 nm de diodos láser basados ​​en InGaN en sustratos de GaN autónomos semipolares {2021} - IOPscience . Consultado el 21 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 10 de junio de 2018.
  4. El peligro de los punteros láser verdes . Fecha de acceso: 21 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2016.
  5. NIST Technical Note 1668 Archivado el 21 de diciembre de 2016 en Wayback Machine https://arxiv.org/abs/1008.1452 Archivado el 21 de diciembre de 2016 en Wayback Machine
  6. Casix - Cristal, productos de óptica de precisión, lentes y recubrimientos (enlace inaccesible) . Fecha de acceso: 30 de enero de 2013. Archivado desde el original el 2 de febrero de 2013. 
  7. Por lo general, una placa de vidrio azulado que mide 3x3x1 mm.
  8. http://www.laserpointersafety.com/rules-general/lawsuggestions/lawsuggestions.html Archivado el 3 de septiembre de 2011 en Wayback Machine "no era asequible para la mayoría de las personas. Pero los proyectores Casio Green Slim se venden por alrededor de USD $ 800. Por lo tanto , los diodos recolectados cuestan 800/24 ​​o solo $34 cada uno"
  9. Un peligro de puntero láser verde | NIST . Fecha de acceso: 21 de diciembre de 2016. Archivado desde el original el 21 de diciembre de 2016.
  10. Farivar, Cyrus Un golpe láser de tres segundos le costó todo a Barry Bowser  . Ars Technica (20 de diciembre de 2016). Consultado el 12 de mayo de 2017. Archivado desde el original el 7 de junio de 2017.
  11. Rusia Alemania | 2019 | 8 | Crónica del crimen de la semana pasada . Consultado el 26 de febrero de 2019. Archivado desde el original el 27 de febrero de 2019.
  12. Reglamento de seguridad y protección de los estadios de la FIFA Archivado el 16 de mayo de 2013 en Wayback Machine - página 96, elemento "g"
  13. Evans, Simón . Argelia sancionada con multa de la FIFA por láseres , Reuters  (1 de julio de 2014). Archivado desde el original el 14 de julio de 2014. Consultado el 2 de julio de 2014.

Literatura

Enlaces