Laser w swojej zasadzie działania jest dość podobny do wcześniej stworzonego masera*, stąd jego alternatywna nazwa – maser optyczny. Obydwa urządzenia charakteryzują się emisją nadmiaru energii z atomów w stanie wzbudzonym poprzez wpływ zewnętrzny.
Czym jest światło? Ten specjalny kształt materiał. Składa się z pewnego rodzaju grudek zwanych kwantami. Każda substancja składa się z atomów; atomy substancji, emitując lub pochłaniając światło, emitują lub odpowiednio absorbują kwanty stałe. Długość fali (a więc i kolor) promieniowania zależy od energii jego kwantu. W przypadku braku dodatkowych warunków atomy substancji nie oddziałują z ułamkami kwantów. Atomy o identycznej naturze emitują lub absorbują kwanty tylko o określonej długości fali. Jasny przykład może służyć na przykład lampa wyładowcza równomiernie wypełniona neonem. Atom emitujący kwant światła zużywa energię; wręcz przeciwnie, pochłaniając kwant, pozyskuje nadmiar energii. Ponieważ energia przekazywana jest porcjami zarówno od, jak i do atomu, może ona znajdować się tylko w jednym stanie: głównym, który charakteryzuje się minimalną energią, lub w jednym ze stanów wzbudzonych. Jeśli atom znajduje się w stanie podstawowym, to po pochłonięciu kwantu światła przechodzi w stan wzbudzony. I odpowiednio, gdy emitowany jest kwant, prawda jest odwrotna. Zatem niż duża ilość kwanty w pobliżu atomów, tym większa liczba atomów dokonujących przejść wraz ze wzrostem lub spadkiem energii. Już sama obecność światła zmusza atomy do wzięcia udziału w przemianach energetycznych. Stąd nazwa takich procesów – absorpcja stymulowana i emisja wymuszona. W procesie wymuszonej absorpcji zmniejsza się liczba kwantów, a co za tym idzie, zmniejsza się również natężenie światła. Pewna liczba atomów poddana działaniu światła zaczyna na siłę emitować w sumie większą ilość energii, niż jest zmuszona pochłonąć. W ten sposób powstaje efekt laserowy, czyli wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję danego zestawu atomów.
Generacja lasera może zachodzić tylko w takim zestawie mikrocząstek, w którym liczba wzbudzonych atomów jest większa niż w stanie podstawowym. Z tego wynika, że zestaw ten należy najpierw przygotować, wpompowując do niego energię pobraną z zewnętrznego źródła. Ta operacja ma dokładnie taką nazwę - pompowanie.
Główną różnicą pomiędzy wszystkimi typami laserów jest metoda pompowania. Pompowaniem może być: promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali innej niż laser; Elektryczność; wiązka relatywistycznych (niezwykle szybkich) elektronów; wyładowanie elektryczne; reakcja chemiczna w środowisku odpowiednim do wytwarzania.
* Maser to generator kwantowy, który emituje spójne fale radiowe o długości około centymetra. Jej nazwę, skrót od wyrażenia „wzmocnienie mikrofalowe stymulowane emisją promieniowania”, nadali w 1954 roku jej twórcy: radzieccy naukowcy A.M. Prochorow, N.G. Basova, a także Amerykanów C. Townesa, D. Gordona i H. Zeigera. Początkowo, po jego wynalezieniu, sądzono, że maser jest tworem czysto ludzkim, jednak później astronomowie odkryli, że niektóre odległe galaktyki działają jak gigantyczne masery. W ogromnych obłokach gazu o rozmiarach miliardów kilometrów powstają warunki do generowania, a źródłem pompowania jest promieniowanie kosmiczne. Masery znajdują zastosowanie w technologii (w szczególności w komunikacji kosmicznej), w badaniach fizycznych, a także jako kwantowe wzorce częstotliwości.
Niezaprzeczalną zaletą gazów jako ośrodka aktywnego lasera jest ich wysoka jednorodność optyczna. Dlatego dla tych naukowych i zastosowania techniczne, które wymagają jak największej kierunkowości i monochromatyczności promieniowania, największym zainteresowaniem cieszą się lasery gazowe. Po pierwszym laserze gazowym, który opierał się na mieszaninie helu i neonu (1960 r.), powstał duża liczba różne lasery gazowe. Wykorzystali przejścia kwantowe neutralnych atomów, cząsteczek i jonów, o częstotliwościach w szerokim zakresie: od ultrafioletu po daleką podczerwień części widma. Wśród laserów ciągłych w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni najbardziej rozpowszechniony jest laser heliono-neonowy. Laser ten to rura wyładowcza wypełniona mieszaniną He i Ne, zamknięta we wnęce optycznej.
Najwyraźniej manifestują się one w promieniowaniu lasera gazowego charakterystyczne właściwości promieniowanie laserowe - wysoka kierunkowość i monochromatyczność. Istotną zaletą jest ich zdolność do ciągłej pracy. Zastosowanie nowych metod wzbudzania i przejście na wyższe ciśnienia gazu może radykalnie zwiększyć moc lasera gazowego. Za pomocą lasera gazowego możliwe jest dalsze rozwijanie zakresu dalekiej podczerwieni, a także zakresów promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego.
Wśród laserów pracujących w zakresie widzialnym i podczerwonym, lasery półprzewodnikowe zajmują szczególne miejsce ze względu na szereg swoich właściwości. Lasery wtryskowe półprzewodników mają bardzo wysoka wydajność transformacja energia elektryczna w promieniowanie spójne, które jest prawie równe 100%. Są zdolne do ciągłej pracy. Inne cechy laserów półprzewodnikowych, które mają znaczenie praktyczne to: wysoka wydajność konwersja energii elektrycznej na energię promieniowania spójnego (30-50%); niski stopień bezwładności, który wyznacza szerokie pasmo częstotliwości modulacji bezpośredniej (ponad 109 GHz); prosta konstrukcja; także - możliwość dostrojenia długości fali promieniowania i obecność znacznej liczby półprzewodników, które w sposób ciągły pokrywają zakres długości fal od 0,32 do 32 mikronów.
Wspólną wadą wszystkich laserów półprzewodnikowych jest stosunkowo mała kierunkowość promieniowania, związana z ich niewielkimi rozmiarami oraz trudność uzyskania dużej monochromatyczności, co jest związane ze znaczną szerokością widma emisji spontanicznej w roboczych przejściach rekombinacyjnych.
Lasery półprzewodnikowe są najskuteczniejsze, gdy wymagania dotyczące koherencji i kierunkowości nie są duże, ale wymagane są małe wymiary i wysoka wydajność.
Lasery półprzewodnikowe przewyższają wszystkie inne typy laserów pod względem gęstości energii promieniowania i wydajności. Ważna jakość lasery półprzewodnikowe polegają na możliwości dostrajania częstotliwości promieniowania i kontrolowania wiązki światła.
Laser płynny
Laser, substancja aktywna który jest cieczą. Do zalet laserów cieczowych należy możliwość cyrkulacji cieczy w celu jej ochłodzenia. Umożliwia to uzyskanie wysokich energii i mocy promieniowania w trybie impulsowym i ciągłym.
Pierwsze lasery ciekłe wykorzystywały roztwory chelatów metali ziem rzadkich. Nie znaleźli jeszcze zastosowania dla małej ilości osiągalnej energii i niewystarczającej odporności chemicznej chelatów. Lasery cieczowe działające na nieorganicznych cieczach aktywnych charakteryzują się wysokimi energiami impulsów i znaczną średnią mocą. W tym przypadku lasery cieczowe generują promieniowanie o wąskim spektrum częstotliwości.
Ciekawe właściwości mają lasery cieczowe, które działają na roztworach barwników organicznych. Szerokie widmowe linie luminescencji barwników organicznych umożliwiają laserom płynnym pracę z ciągłym dostrajaniem długości fal promieniowania w szerokim zakresie. Zastępując barwniki, możliwe jest pokrycie całej widzialnej i części widma w zakresie podczerwieni. Lasery z barwnikiem ciekłym zwykle wykorzystują lasery na ciele stałym jako źródło pompy. W przypadku niektórych barwników można zastosować pompowanie ze specjalnych pulsacyjnych lamp gazowych, które wytwarzają krótsze, bardziej intensywne błyski białego światła niż konwencjonalne lampy błyskowe (mniej niż 50 μs).
Lasery na ciele stałym
Istnieje wiele laserów na ciele stałym, które wytwarzają promieniowanie zarówno impulsowe, jak i ciągłe. Najpopularniejszymi pulsacyjnymi laserami na ciele stałym są lasery rubinowe i neodymowe. Laser neodymowy działa na długości fali ℓ = 1,06 µm. Produkuje się również stosunkowo duże i dość jednolite optycznie pręty o długości do 100 cm i średnicy 4-5 cm. Jeden taki pręt jest w stanie wytworzyć impuls generacyjny o energii 1000 J w czasie ~10-3 sek.
Lasery rubinowe, obok laserów ze szkła neodymowego, są najpotężniejszymi laserami impulsowymi. Całkowita energia impulsu generującego osiąga setki J przy czasie trwania impulsu 10-3 sek. Istnieje także możliwość realizacji trybu generacji impulsów o dużej częstotliwości powtarzania (do kilku kHz).
Przykładami laserów na ciele stałym o fali ciągłej są lasery z fluorytu wapnia CaF2 domieszkowane dysprozem Dy i lasery z granatu itrowo-glinowego domieszkowane różnymi atomami ziem rzadkich. Większość tych laserów działa w zakresie długości fali ℓ od 1 do 3 μm. Typowa moc wyjściowa lasera na ciele stałym w trybie ciągłym wynosi ~ 1 W lub ułamki W, dla lasera z granatem itrowo-glinowym ~ dziesiątki W. Jeśli nie zostaną stworzone specjalne warunki, spektrum laserów na ciele stałym jest stosunkowo szerokie, ponieważ zwykle realizowany jest tryb lasera wielomodowego. Jednakże wprowadzając do rezonatora optycznego elementy selekcjonujące, można uzyskać laserowanie jednomodowe, co zwykle wiąże się ze znacznym zmniejszeniem generowanej mocy. Istnieją pewne trudności w procesie hodowania dużych monokryształów lub topienia dużych próbek jednorodnego i przezroczystego szkła.
Słowo „laser” lub „laser” jest skrótem od „wzmocnienia światła poprzez stymulowaną emisję promieniowania”. W języku rosyjskim: - „wzmocnienie światła poprzez emisję wymuszoną”, czyli optyczny generator kwantowy. Pierwszy laser, w którym jako rezonator zastosowano pokryty srebrem cylinder rubinowy, został opracowany w 1960 roku przez Hughes Research Laboratories w Kalifornii. Obecnie lasery są wykorzystywane do różnych celów, począwszy od pomiaru różnych wielkości po odczytywanie zakodowanych danych. Istnieje kilka sposobów wykonania lasera, w zależności od budżetu i umiejętności.
Część 1
Zrozumienie działania laseraLaser do działania potrzebuje źródła energii. Lasery działają poprzez wzbudzenie elektronów w ośrodku aktywnym lasera za pomocą zewnętrznego źródła energii i pobudzenie ich do emisji światła o określonej długości fali. Proces ten został po raz pierwszy zaproponowany w 1917 roku przez Alberta Einsteina. Aby elektrony (w atomach ośrodka aktywnego lasera) wyemitowały światło, muszą najpierw pochłonąć energię, przechodząc na wyższą orbitę, a następnie uwolnić tę energię w postaci cząstki światła, wracając na swoją pierwotną orbitę. Ta metoda wprowadzania energii do ośrodka aktywnego lasera nazywa się „pompowaniem”.
Kanał przejścia energii przez ośrodek aktywny (wzmacniający). Ośrodek wzmacniający lub aktywny ośrodek laserowy zwiększa intensywność światła w wyniku indukowanego (stymulowanego) promieniowania emitowanego przez elektrony. Medium wzmacniające może mieć dowolną z następujących struktur lub substancji:
Instalowanie lusterek zatrzymujących światło wewnątrz lasera. Zwierciadła, czyli rezonatory, utrzymują światło w komorze roboczej lasera do momentu zgromadzenia wymaganego poziomu energii, która następnie zostanie wyemitowana przez mały otwór w jednym z luster lub przez soczewkę.
Zastosowanie soczewki skupiającej do kierowania światła przez ośrodek wzmacniający. Soczewka wraz z lustrami pomaga skoncentrować i skierować światło tak, aby ośrodek wzmacniający otrzymał jak najwięcej światła.
Część 2
Budowa laseraZakup. Można kupić w sklepie elektronicznym lub kupić w Internecie „zestaw laserowy”, „zestaw laserowy”, „moduł laserowy” lub „diodę laserową”. Zestaw laserowy powinien zawierać:
Montaż obwodu sterownika. Wiele zestawów laserowych sprzedawanych jest z niezmontowanym sterownikiem. Zestawy te obejmują płytka drukowana i odpowiadające im części i trzeba je przylutować według załączonego schematu. Niektóre zestawy mogą mieć zmontowany sterownik.
Podłącz jednostkę sterującą do diody laserowej. Jeśli masz multimetr cyfrowy, możesz włączyć go do obwodu diody, aby monitorować prąd. Większość diod laserowych ma prąd w zakresie od 30 do 250 miliamperów (mA). Zakres prądu od 100 do 150 mA zapewni dość mocną wiązkę.
Podłącz zasilacz lub akumulator do obwodu sterownika. Dioda laserowa powinna jasno świecić.
Obróć soczewkę, aby skupić wiązkę lasera. Skieruj go na ścianę i skupiaj, aż pojawi się ładny, jasny punkt.
Weź starą nagrywarkę lub napęd DVD lub Blu-Ray. Wybierz urządzenia z szybkością zapisu 16x lub większą. Urządzenia te posiadają diody laserowe o mocy wyjściowej 150mW lub większej.
Wymontowanie diody laserowej z napędu. Odwróć dysk do góry nogami. Zobaczysz śruby, które trzeba będzie odkręcić zanim będziesz mógł rozebrać mechanizm napędowy i wyciągnąć diodę.
Przygotuj soczewkę skupiającą. Aby wykorzystać ją jako laser, trzeba będzie przepuścić wiązkę diody przez soczewkę skupiającą. Można to zrobić na jeden z dwóch sposobów:
Lasery (lub optyczne generatory kwantowe) to jedno z najbardziej niezwykłych i obiecujących osiągnięć nauki i techniki ostatnich dziesięcioleci, jeden z „cudów” XX wieku. Optyczne generatory kwantowe niewątpliwie mają przed sobą świetlaną przyszłość, gdyż zakres ich zastosowań jest naprawdę nieograniczony: za pomocą laserów badają plazmę, przyspieszają reakcje chemiczne, monitorują ruch sztucznych satelitów Ziemi, prowadzą różnorodne badania naukowe i wiele więcej , wiele więcej. Przykładowo za pomocą promieniowania laserowego określano odległość do Księżyca z dokładnością do 100 metrów. Jeśli zwykły nowoczesny komputer może wykonać kilka milionów operacji arytmetycznych na sekundę, to komputer wykorzystujący wiązkę lasera może wykonać kilkaset lub miliardów operacji w ciągu tej samej sekundy.
Wszystkie optyczne generatory kwantowe składają się z zewnętrznego źródła pompy, aktywnego ośrodka laserowego i wnęki optycznej. Za pomocą źródła pompy energia zewnętrzna jest kierowana do optycznego generatora kwantowego. Znajdujący się wewnątrz aktywny ośrodek laserowy, w zależności od konstrukcji, może składać się z ciała krystalicznego (laser YAG), mieszaniny gazów (laser CO₂) lub włókna szklanego (laser światłowodowy). Kiedy energia jest dostarczana przez system pomp do aktywnego ośrodka laserowego, energia jest uwalniana w postaci promieniowania. Aktywny ośrodek laserowy znajduje się w tzw. „wnęce optycznej” pomiędzy dwoma zwierciadłami, z których jedno jest półprzezroczyste. W rezonatorze promieniowanie aktywnego ośrodka laserowego jest wzmacniane, a jednocześnie część promieniowania może opuścić rezonator optyczny przez półprzezroczyste lustro. Zatem promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu optycznego (światła) zebrane w wiązkę jest promieniowaniem laserowym.
Optyczne generatory kwantowe dzieli się ze względu na wiele cech, ale głównie stosowana jest następująca klasyfikacja:
Obecnie istnieje rozróżnienie następujące typy urządzenia laserowe:
Obecnie istnieje wiele rodzajów różnych laserów przeznaczonych do tego celu badania naukowe do zastosowań w inżynierii i przemyśle. Do celów biologicznych i medycznych stworzono optyczne generatory kwantowe z różnymi specjalnymi urządzeniami (nasadkami) w postaci mikroskopów, telewizorów itp. Połączenie z mikroskopem („mikroskopem laserowym”) umożliwia naświetlanie nie tylko pojedynczych komórek, ale nawet różnych znajdujących się w nich formacji, takich jak jądra i inne. W zależności od materiału pełniącego funkcję substancji czynnej zmienia się natężenie promieniowania i długość fali. Większość obecnie używanych laserów działa w zakresie czerwonego i podczerwonego widma światła.
Impulsowe optyczne generatory kwantowe wytwarzające krótkotrwałe impulsy o wysokiej energii mogą znaleźć zastosowanie w medycynie, głównie do jednorazowego lub wielokrotnego narażenia na różne ogniska patologiczne, np. do „odpalania” nowotworów itp. Urządzenia o mniejszej mocy ciągłej przeznaczone są przede wszystkim do produkcji różne interwencje chirurgiczne. W pierwszym przypadku wiązkę lasera można w przenośni nazwać „lekką kulą”, która trafia wybrany cel, a w drugim - „lekkim nożem” (lub „lekkim skalpelem”).
Nieskoncentrowana wiązka lasera ma zwykle szerokość 1-2 cm, a skupiona - od 1 do 0,01 mm lub mniej. Dzięki temu możliwe stało się skoncentrowanie ogromnej energii świetlnej na obszarze kilku mikronów, czyli mniejszym Przekrój ludzkie włosy, a jednocześnie osiągają bardzo wysokie temperatury – nawet do wielu milionów stopni! Właśnie ze względu na tę zdolność do koncentracji energii na minimalnej powierzchni napromienianej powierzchni lasery cieszą się dużym zainteresowaniem medycyny. Natężenie promieniowania laserowego określa się na podstawie ilości energii impulsu na centymetr kwadratowy i wyraża się w dżulach (J/cm²) lub kaloriach, a w przypadku urządzeń ciągłych – w watach na cm². Energia każdego błysku lasera może wahać się od ułamków dżula do 1000 dżuli lub więcej. Skupiona wiązka potężnego lasera dosłownie nie zna przeszkód. Dość powiedzieć, że wiązka lasera potrafi „wiercić”, topić i zamieniać się w stal parową, wolfram, diament, korund i wszystkie inne materiały znane ludzkości. Obecnie moc optycznych generatorów kwantowych osiągnęła kolosalny poziom. Podczas impulsu trwającego kilka nanosekund (10-11 sekund) przekracza 10 milionów kilowatów! W ostatnich latach zaprojektowano urządzenia laserowe, których jasność promieniowania jest milion razy większa od jasności słońca, a moc impulsu przewyższa moc dużych elektrowni.
Lasery są używane wszędzie, od gabinetu dentystycznego po filmy science fiction. Ale jak one działają? Dlaczego wskaźniki laserowe tak bardzo różnią się od zwykłej latarki? Dlaczego lasery można wykorzystać do tworzenia niszczycielskiej broni? I dlaczego miecze laserowe nie są tak niebezpieczne jak ich stalowe odpowiedniki? Porozmawiajmy o naturze lasera i mamy nadzieję, że po przeczytaniu staniesz się...
Lasery to codzienność, która wciąż nas zaskakuje. Używane są na co dzień w stomatologii, salonach tatuażu, poligrafii, a także w odtwarzaczach CD (pamiętacie je?). Ale i one się pojawiają, zaskakując nas wyglądem mieczy laserowych lub miotaczy laserowych. Ciągle oczekujemy od nich czegoś nowego. Mamy nadzieję, że pojawi się nowy rodzaj broni i wszyscy będą mówić: „pew-pew-pew!” Ale co tak naprawdę wiemy o laserach? Uważa się, że laser jest formą światła. Ale to nie jest do końca prawdą. Posiada monochromatyczne i spójne właściwości, które pozwalają na wykorzystanie technologii laserowej w unikalnych zastosowaniach. Konwencjonalne żarówki i latarki są zauważalnie gorsze od laserów na tym polu bitwy.
Struktura atomowa
Aby zrozumieć, jak działają lasery, musimy najpierw przyjrzeć się atomowi. Wszystko, z czym wchodzisz w interakcję: krzesło, na którym siedzisz, powietrze, którym oddychasz, nawet nasze ciała – wszystko składa się z małych cząstek zwanych atomami. Jeśli spojrzymy na układ okresowy pierwiastków, zobaczymy około stu różnych typów atomów, które istnieją obecnie. Różne materiały składają się z różnych kombinacji tych elementów.
Każdy atom zawiera jądro (które składa się z protonów i neutronów) oraz zestaw elektronów, które są w ciągłym ruchu wokół jądra. Atomy mają stałą energię, która nie wymaga ładowania z zewnątrz. Elektrony znajdujące się bliżej jądra można stymulować, powodując „podekscytowanie” atomu (brzmi jak erotyka z lat 70.).
Dzięki mechanika kwantowa wiemy, że taki atom nie może przemieszczać się po odrębnych, dobrze określonych orbitach. Ale jeśli weźmiesz energię w postaci światła lub ciepła, może ona łatwo przekształcić się w wyższy stan energetyczny. Kiedy wszystkie te nadmiernie pobudzone elektrony zdecydują się odpocząć, będą mogły ponownie połączyć się ze swoimi sąsiadami na dole poziomy energii atom do uwolnienia energii w postaci fotonów i promieni świetlnych. Różnica pomiędzy początkową i końcową orbitą elektronów określa energię uwolnionego fotonu, która z kolei określa długość fali i kolor emitowanego światła.
Co to jest laser i jak działa?
Jeśli nie siedziałeś z tyłu lekcji fizyki, powinieneś pamiętać, że słowo „laser” to akronim oznaczający „wzmocnienie światła poprzez stymulowaną emisję promieniowania”. Kluczowym słowem w tym transkrypcie jest „zmuszony”. To odróżnia lasery od innych proste kształty Swieta. Kiedy włączasz zwykłą latarkę, światło przemieszcza się losowymi ścieżkami we wszystkich kierunkach, powodując jego rozproszenie i staje się stosunkowo słabe. Weźmy teraz laser, którego światło jest „wymuszone” i „skoordynowane” - fotony poruszają się zgodnie i w tym samym kierunku. W rezultacie otrzymujemy węższy, ale intensywniejszy strumień światła.
Ale jak sprawić, by fotony przestrzegały tak rygorystycznych zasad?
Wróćmy do naszego obrazu atomu. Kiedy elektron przechodzi ze stanu energetycznego wzbudzonego do stanu spoczynkowego, uwolniony foton ma określoną ilość energii. Energia fotonu jest równa różnicy energii pomiędzy stanem podstawowym i wzbudzonym atomu. Jeśli nowo wypuszczony foton zderzy się z innym elektronem znajdującym się w tym samym wzbudzonym stanie energetycznym, wówczas on (elektron) nabywa właściwości fotonu – jego energię (kolor) i fazę (położenie względne).
Jeśli masz wystarczającą liczbę elektronów znajdujących się w stanie wzbudzonym, wówczas pierwszy foton może rozpocząć reakcję łańcuchową emisji wymuszonej. Jeśli fotonów będzie więcej, elektrony zaczną wracać do swoich zwykłych stanów energetycznych, co wyzwoli nowe fotony, które z kolei pobudzą emisję jeszcze większej liczby fotonów. Ostatecznie to emitowane światło będzie miało stałą energię i stałą długość fali. Światło takiej fali nazywa się monochromatycznym.
Oznacza to, że lasery działają na zasadzie reakcji łańcuchowej fotonów. Co więcej, pompowanie elektronów odbywa się za pomocą silnego błysku światła lub impulsu elektrycznego. Po uwolnieniu pierwszych fotonów lasery dzięki dwóm zwierciadłom odbijają te fotony, co stymuluje ruch światła tam i z powrotem przez ciecz roboczą. Generalnie w laserze zachodzi prawdziwa orgia fotonów.
Laserowe gwiazdy prowadzące
Ukierunkowany charakter laserów czyni je idealnymi narzędziami tnącymi, gdy potrzebne są precyzyjne, proste linie. Wymóg ten często wchodzi w grę, gdy mówimy o o ludzkim ciele, niezależnie od tego, czy chodzi o przecięcie rogówki w celu poprawy widzenia, usunięcie tatuażu, czy prostowanie wyszczerbionego zęba.
Jednak najfajniejsze zastosowanie lasera, jakie widzimy, ma miejsce w astronomii. Kiedy astronomowie patrzą przez teleskopy na odległy obiekt, taki jak gwiazda, światło, które widzimy, ulega zniekształceniu, gdy przechodzi przez burzliwą atmosferę Ziemi. Czasami dane są tak trudne do rozszyfrowania, że niemożliwe jest określenie, czy zniekształcenie jest właściwością gwiazdy, czy po prostu efektem patrzenia przez atmosferę ziemską.
Jednym ze sposobów obejścia tego problemu jest optyka adaptacyjna: astronomowie obserwują obiekt badań, a jednocześnie zaznaczają bardzo jasny obiekt, zwykle najbliższą nam gwiazdę. Ponieważ naukowcy już wiedzą, czego się spodziewać po obiekcie porównania, patrzą na obraz, który faktycznie widzą, wykluczając wszystkie błędy atmosferyczne. Powstały model atmosfery jest następnie wykorzystywany do dostosowywania optyki teleskopu w czasie rzeczywistym, aby kompensować wpływy atmosferyczne podczas obserwacji celu.
Ale ta metoda ma wielki problem. Dobry i jasny obiekt porównania nie zawsze jest pod ręką. Kiedy na niebie nie ma nic odpowiedniego, astronomowie tworzą własną „gwiazdę” za pomocą wiązki lasera wystrzelonej bezpośrednio w niebo. Oznacza to, że dziś naukowcy mogą stworzyć laserową gwiazdę prowadzącą w dowolnym miejscu, gdzie jest to potrzebne. Wyobraź sobie to – znacznie fajniejsze niż jakikolwiek miecz świetlny, prawda?
Na podstawie książki dr Sabriny Steerwalt
Strona 2 z 2
W artykuł jest rozważane zasada działania i urządzenie nowoczesny laser drukarki. Ona otwiera seria artykuły, dedykowane zasady i problemy laser deski.
Obraz uzyskiwany przy użyciu nowoczesnych drukarek laserowych (a także igłowych i atramentowych) składa się z punktów. Im mniejsze są te kropki i im częściej się znajdują, tym wyższa jest jakość obrazu. Maksymalna liczba punktów, jaką drukarka może wydrukować oddzielnie na obszarze 1 cala (25,4 mm), nazywana jest rozdzielczością i jest wyrażana w punktach na cal, a rozdzielczość może wynosić 1200 dpi lub więcej. Jakość tekstu drukowanego na drukarce laserowej o rozdzielczości 300 dpi jest w przybliżeniu taka sama jak typograficzna. Jeśli jednak strona zawiera grafikę zawierającą gradacje szary, wówczas do uzyskania wysokiej jakości obrazu graficznego potrzebna będzie rozdzielczość co najmniej 600 dpi. Dzięki rozdzielczości drukarki wynoszącej 1200 dpi jakość wydruku jest niemal fotograficzna. Jeśli chcesz wydrukować dużą liczbę dokumentów (na przykład ponad 40 arkuszy dziennie), drukarka laserowa wydaje się jedynym rozsądnym wyborem, ponieważ w przypadku nowoczesnych osobistych drukarek laserowych standardowe parametry mają rozdzielczość 600 dpi i prędkość druku 8...1 2 stron na minutę.
ZASADA DZIAŁANIA DRUKARKI LASEROWEJ
Drukarka laserowa została po raz pierwszy wprowadzona przez firmę Hewlett Packard. Wykorzystywała elektrograficzną zasadę tworzenia obrazów – taką samą jak w kserokopiarkach. Różnica polegała na sposobie naświetlania: w kserokopiarkach następuje to za pomocą lampy, a w drukarkach laserowych światło lampy zastąpiło wiązkę lasera.
Sercem drukarki laserowej jest organiczny przewodnik fotoelektryczny, często nazywany bębnem drukującym lub po prostu bębnem. Służy do przenoszenia obrazów na papier. Bęben światłoczuły jest metalowy cylinder, pokryty cienką warstwą światłoczułego półprzewodnika. Powierzchnię takiego cylindra można zaopatrzyć w ładunek dodatni lub ujemny, który utrzymuje się do momentu oświetlenia bębna. Jeśli jakakolwiek część bębna zostanie odsłonięta, powłoka staje się przewodząca, a ładunek wypływa z oświetlanego obszaru, tworząc strefę nienaładowaną. Ten - kluczowy moment w zrozumieniu zasady działania drukarki laserowej.
Kolejną ważną częścią drukarki jest laser oraz optyczno-mechaniczny układ luster i soczewek, który przesuwa wiązkę lasera po powierzchni bębna. Niewielki laser generuje bardzo cienką wiązkę światła. Odbijając się od obracających się zwierciadeł (zwykle czworościennych lub sześciokątnych), wiązka ta oświetla powierzchnię fotobębna, usuwając jego ładunek w punkcie ekspozycji.
Aby uzyskać obraz punktowy, laser jest włączany i wyłączany za pomocą mikrokontrolera sterującego. Obracające się lustro zamienia wiązkę w linię ukrytego obrazu na powierzchni fotobębna.
Po uformowaniu linii specjalny silnik krokowy obraca bęben, tworząc kolejną. To przesunięcie odpowiada rozdzielczości pionowej drukarki i zazwyczaj wynosi 1/300 lub 1/600 cala. Proces tworzenia ukrytego obrazu na bębnie przypomina tworzenie rastra na ekranie monitora telewizyjnego.
Stosuje się dwie główne metody wstępnego (pierwotnego) ładowania powierzchni fotocylindra:
Ø za pomocą cienkiego drutu lub siatki zwanej „drutem koronowym”. Wysokie napięcie przyłożone do drutu tworzy wokół niego świecący, zjonizowany obszar, zwany koroną, i nadaje bębenowi niezbędny ładunek statyczny;
Ø za pomocą wstępnie naładowanego wałka gumowego (PCR).
W ten sposób na bębnie powstaje niewidzialny obraz w postaci wyładowanych statycznie punktów. Co dalej?
URZĄDZENIENABÓJ
Zanim porozmawiamy o procesie przenoszenia i utrwalania obrazu na papierze, przyjrzyjmy się urządzeniu kartridża do drukarki Laser Jet 5L firmy Hewlett Packard. Ta typowa kaseta ma dwie główne komory: komorę na zużyty toner i komorę na toner.
Podstawowy elementy konstrukcyjne przegródki na zużyty toner:
1 - Bęben obrazowy(Bęben z organicznym fotoprzewodnikiem (OPC)). Jest to aluminiowy cylinder pokryty organicznym materiałem światłoczułym i fotoprzewodzącym (zwykle tlenkiem cynku), który jest w stanie zatrzymać obraz wytworzony przez wiązkę lasera;
2 - Wał podstawowy opłata(Wałek ładowania pierwotnego (PCR)). Zapewnia jednolity ładunek ujemny bębna. Wykonane z przewodzącej gumy lub pianki nałożonej na metalowy trzonek;
3 - « Żmija» , wycieraczka gumowa, czyszczenie ostrze(Pióro wycieraczki, pióro czyszczące). Czyści bęben z resztek toneru, który nie został przeniesiony na papier. Strukturalnie wykonane w formie metalowa rama(tłoczenie) z płytką poliuretanową (ostrzem) na końcu;
4 - Ostrze czyszczenie (Powrót do zdrowia Ostrze). Zakrywa obszar pomiędzy bębnem a pojemnikiem na zużyty toner. Ostrze odzyskujące przekazuje toner pozostały na bębnie do zasobnika i zapobiega jego rozsypywaniu się w przeciwnym kierunku (z zasobnika na papier).
Główne elementy konstrukcyjne komory tonera:
1 - Magnetyczny wał(Wałek wywołujący magnetyczny, wałek magnetyczny, wałek wywołujący). Jest to metalowa rurka, wewnątrz której znajduje się nieruchomy rdzeń magnetyczny. Toner jest przyciągany do wału magnetycznego, który przed dostarczeniem do bębna uzyskuje ładunek ujemny pod wpływem napięcia stałego lub przemiennego;
2 - « Lekarz» (Ostrze Doktorskie, Ostrze Dozujące). Zapewnia równomierne rozprowadzenie cienkiej warstwy tonera na wałku magnetycznym. Konstrukcyjnie wykonany jest w postaci metalowej ramy (tłoczenie) z elastyczną płytką (ostrzem) na końcu;
3 - Opieczętowanie ostrze magnetyczny wał(Mag Wałek Opieczętowanie Ostrze). Cienka płyta o działaniu podobnym do Ostrza Regeneracyjnego. Zakrywa obszar pomiędzy rolką magnetyczną a pojemnikiem na toner. Mag Roller Sealing Blade umożliwia przedostanie się toneru pozostałego na wałku magnetycznym do komory, zapobiegając wyciekaniu tonera do tyłu;
4 - Bunkier Dla toner (Toner Zbiornik). Wewnątrz znajduje się „działający” toner, który zostanie przeniesiony na papier w procesie drukowania. Dodatkowo w zbiorniku wbudowany jest aktywator tonera (Toner Agitator Bar) - druciana rama przeznaczona do mieszania toneru;
5 - Foka, sprawdzać (Foka). W kartridżu nowym (lub regenerowanym) zbiornik toneru jest uszczelniony specjalną uszczelką, która zapobiega rozsypaniu się tonera podczas transportu kasety. Plombę tę usuwa się przed użyciem.
ZASADA DRUKÓW LASEROWYCH
Na zdjęciu przekrój wkładu. Po włączeniu drukarki wszystkie elementy wkładu zaczynają się poruszać: wkład jest przygotowany do drukowania. Proces ten jest podobny do procesu drukowania, z tą różnicą, że wiązka lasera nie jest włączana. Następnie ruch elementów wkładu zostaje zatrzymany – drukarka przechodzi w stan gotowości do druku.
Po wysłaniu dokumentu do druku w kasecie drukarki laserowej zachodzą następujące procesy:
Ładowarka bęben. Główny wałek ładujący (PCR) równomiernie przenosi ładunek ujemny na powierzchnię obracającego się bębna.
Wystawa. Ujemnie naładowana powierzchnia bębna jest narażona na działanie wiązki lasera tylko w tych miejscach, w których będzie aplikowany toner. Pod wpływem światła światłoczuła powierzchnia bębna częściowo traci swój ładunek ujemny. W ten sposób laser naświetla bęben utajony obraz w postaci punktów o osłabionym ładunku ujemnym.
Aplikacja toner. Na tym etapie obraz utajony na bębnie zostaje przekształcony za pomocą tonera w obraz widzialny, który zostanie przeniesiony na papier. Toner znajdujący się w pobliżu wałka magnetycznego przyciągany jest do jego powierzchni pod wpływem pola magnesu trwałego, z którego wykonany jest rdzeń wałka. Kiedy wałek magnetyczny się obraca, toner przechodzi przez niego wąska szczelina, utworzony przez „lekarza” i wału. W rezultacie uzyskuje ładunek ujemny i przykleja się do odsłoniętych obszarów bębna. „Doktor” zapewnia równomierne nałożenie tonera na wałek magnetyczny.
Przenosić toner NA papier. Kontynuując obrót, bęben z wywołanym obrazem styka się z papierem. Z Odwrotna strona papier jest dociskany do rolki transferowej, która niesie ładunek dodatni. W rezultacie ujemnie naładowane cząsteczki tonera przyciągają się do papieru, co skutkuje powstaniem obrazu „posypanego” tonerem.
Konsolidacja Obrazy. Arkusz papieru z nieutrwalonym obrazem przesuwany jest do mechanizmu utrwalającego, który składa się z dwóch stykających się wałów, pomiędzy którymi wciągany jest papier. Dolny wałek dociskowy dociska go do górnego wałka utrwalającego. Górny wałek nagrzewa się, a gdy go dotyka, cząsteczki toneru topią się i przylegają do papieru.
Czyszczenie bęben. Część toneru nie przenosi się na papier i pozostaje na bębnie, dlatego należy go wyczyścić. Tę funkcję pełni „żmija”. Cały toner pozostały na bębnie jest usuwany za pomocą wycieraczki do pojemnika na zużyty toner. Jednocześnie ostrze odzyskujące zakrywa obszar pomiędzy bębnem a zasobnikiem, zapobiegając rozsypywaniu się tonera na papier.
"Usuwać" Obrazy. Na tym etapie utajony obraz utworzony przez wiązkę lasera zostaje „wymazany” z powierzchni bębna. Za pomocą wału ładunku pierwotnego powierzchnia fotobębna jest równomiernie „pokryta” ładunkiem ujemnym, który jest przywracany w miejscach, w których został częściowo usunięty pod wpływem światła.
_2.png)
.jpg)
