Этот проект посвящен исследованию свойств и особенностей лазерного излучения на практике, использованию лазера для создания несложных физических приборов. В работе изложено и описано устройство и физические принципы работы лазера, показана широкая область применения лазеров, в частности в космической отрасли.

Министерство общего и профессионального образования Свердловской области

Орган местного самоуправления

«Управление образования г. Каменска-Уральского»

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 40»

Второй Молодежный космический форум «Семихатовские чтения»

Секция 1. Физика и познание мира

Проект

«Самодельные лазерные приборы»

Исполнитель:

Жеребятьев Илья Владимирович,

учащийся 9 класса

Руководитель:

Балашова Марина Эдуардовна,

учитель физики

Каменск-Уральский – Екатеринбург

Введение

На протяжении многих веков астрономия была лидером естествознания. Астрономические наблюдения послужили исходным фундаментом для открытия многих законов физики. Несколько лет назад радиоастрономы сделали любопытное открытие. Оказалось, что в межзвездной среде есть группы молекул ОН (гидроксильные группы). Излучение гидроксила подобно излучению лазера. Так что природа создала лазеры раньше, чем их изобрел человек.

В 2015 г. научная общественность отмечает 55-летие изобретения лазера.

Лазерное излучение обладает удивительными свойствами. Недаром фантастика предвосхитила его создание.

Работа над проектом включала в себя изучение истории изобретения лазера, принципа его работы, знакомство на практике со свойствами излучения и рассмотрение применения лазерных приборов в различных сферах деятельности человека, знакомство школьной общественности (учащиеся 1-11 классов, родители) с лазером.

Цель данной работы : изготовить приборы с использованием лазера: простейший сканатор и резонатор.

Задачи:

• изучить литературу по данной теме (теория лазера, история, применение);
• исследовать свойства и особенности лазерного излучения на практике;
• подобрать материалы для изготовления приборов.

Актуальность данной темы обусловлена постоянным ростом темпа развития лазерных технологий и их внедрения в нашу жизнь, в том числе в космическую отрасль.

Объект исследования: лазерное излучение.

Предмет исследования: возможность использования лазера для создания несложных физических приборов.

Основная часть

Что такое лазер. Основные свойства лазерного излучения

Слово "лазер" составлено из начальных букв в английском словосочетании Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, что в переводе на русский язык означает: усиление света посредством вынужденного испускания.

Лазер (оптический квантовый генератор) – это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию согласованного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.

Основные свойства лазерного излучения: Монохроматичность (одноцветность) – все электромагнитные колебания потока имеют одинаковую частоту и длину волны. Характеризует ширину спектра излучения. Чем ширина спектра меньше, тем выше монохроматичность излучения. Когерентность – совпадение фаз электромагнитных колебаний. Характеризует меру согласования между фазами волн, образующими данное излучение. Два пучка называются когерентными, если разность фаз между волнами остается постоянной за время наблюдения.Свойство временной когерентности излучения лазеров используется в оптоэлектронных приборах для приема и передачи информации. Чем короче волна, тем больший объем информации может быть передан. Поляризация – фиксированная ориентация векторов электромагнитного излучения в пространстве относительно направления его распространения. Направленность – малая расходимость потока излучения, распространяется в пределах небольшого телесного угла. Высокая направленность обеспечивает максимальную плотность энергии на выходе прибора.

Благодаря своим свойствам, лазер стал одним из самых значимых изобретений XX века. Уникальные свойства лазерного излучения сделали квантовые генераторы незаменимым инструментом в самых разных областях науки и техники.

Из истории создания лазера

1900г. Немецкий ученый Макс Планк выдвигает смелую гипотезу квантованности излучения: вещество излучает и поглощает свет отдельными порциями (квантами). Энергия кванта Е = h∙ν, где h – постоянная Планка.

1913г. Нильс Бор, пытаясь объяснить планетарную модель атома Э. Резерфорда, сформулирует два постулата:

• Энергия атома квантована, т. е. может принимать ряд дискретных значений: Е 1 ,Е 2 ,Е 3 ,…Е n
• При переходе атома с уровня с энергией Е 2 на уровень с энергией Е 1 излучается квант (фотон) с энергией h ∙ ν = Е 2 – Е 1

1916г. Альберт Эйнштейн создает теорию взаимодействия излучения с веществом, и в 1917г. предсказывает возможность индуцированного (вынужденного) излучения атомами, из чего вытекает принципиальная возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн.

1940г. Советский физик В. А. Фабрикант показывает возможность использования явления вынужденного излучения для усиления электромагнитных волн.

1954г. Ученые Николай Геннадиевич Басов и Александр Михайлович Прохоров и не зависимо от них американский физик Чарлз Таунс создают микроволновый квантовый генератор радиоволн с длиной волны 1,27 см («МАЗЕР»). За это изобретение они были удостоены Нобелевской премии.

1960г. Американский физик Теодор Майман сконструировал первый лазер на рубине с длиной волны в 0,69 мкм. Питер Сорокин и Мирек Стивенсон собрали инфракрасный лазер на фториде кальция с добавкой ионов урана. Али Джаван, Уильям Беннетт и Дональд Хэрриот продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни.

Изобретение лазеров и их совершенствование идет и по сей день.

Теория лазера

Лазеры, как правило, состоят из трех частей (рис. 1):

Источник энергии или механизм накачки;

Рабочее тело;

За что отвечает каждая из этих частей:Система зеркал или оптический резонатор.

Источник энергии подает необходимую для работы устройства энергию. Такой первоначальной энергией может выступать и другой источник света, а также электрический разряд, химическая реакция и т.д.

Рабочее тело – вещество (газ, твердое, жидкость и даже плазма), в котором находятся атомы, излучающие когерентные фотоны. Определяет все наиболее важные характеристика лазера, такие как мощность, длину волны и др., что, в конечном итоге, определяет его практическое применение.

Оптический резонатор – это система зеркалдля сбора излучения в один узкий пучок.

Принцип действия

Чтобы процесс излучения когерентных фотонов произошел, рабочее тело подвергается энергетической накачке, которая приводит, к тому, что большая часть атомов, из которых состоит рабочее тело, перешли в возбужденное энергетическое состоянии. В этом состоянии переход к обратному – основному (не возбужденному) состоянию произойдет, если через атом пройдет фотон, соответствующий по своей энергии разнице между этими двумя состояниями атома. Таким образом, возбужденный атом, при переходе в основное состояние добавляет к «пролетавшему через него» фотону его точную копию. Таким образом, происходит усиление света .

Применение лазеров

С самого момента разработки лазер называли устройством, которое само ищет решаемые задачи. Лазеры нашли применение в самых различных областях — от коррекциизрения до управления транспортными средствами, откосмических полётов дотермоядерного синтеза . Примеры использования лазера: промышленность: резка, сварка, сверление, гравировка; медицина: хирургия, лазеротерапия; военное дело: прицелы, светолокаторы, СОИ; быт: принтер, DVD, передача данных; наука: нивелир, голография, автофокус.

Применение лазеров в космической отрасли

Учеными ведутся разработки инновационных способов передачи данных в космосе с помощью лазера .

Первым шагом в этой программе NASA станет запуск проекта LCRD, намеченного на 2017 год. Главной задачей этой миссии является проверка и демонстрация возможностей новой технологии с увеличенной в 6 раз скоростью передачи данных.

В космонавтике и в авиации сегодня применяются импульсные лазерные локаторы (рис. 2) для определения расстояния до цели.

Лазерные высотомеры (рис. 3) применялись в космическом корабле “Аполлон” для фотографирования поверхности Луны, на Межпланетном зонде «Messenger» для высокоточной топографической съёмки поверхности Меркурия.

Энергетическая проблема для к

осмонавтики не менее важная. Одно из решений использование управляемого те рмоядерного синтеза . Но существует ряд технологических проблем, не позволяющих довести работы до практического использования. Одна из таких проблем - удержание нагретой плазмы в ядерном реакторе. Один из способов решить эту проблему может заключаться в использовании лазеров.

Не далеко то время, когда человечество начнет отрываться от Земли и летать на другие планеты. При этом многие технологии, сейчас используемые в областях, далеких от космонавтики, космонавтам придется взять с собой. В том числе и лазерные: лазерный скальпель, лазерные резка и сварка, голография и т. д.

Конструктор космических систем академик РАН Борис Черток не исключает, что в перспективе в космосе могут появиться поражающее лазерное и высокочастотное космическое оружие.

Практическая часть

1. Исследование некоторых свойств лазерного излучения

Определение длины волны лазерного излучения

Цель: определить длины волн красного и зеленого лазерного излучения.

Оборудование, необходимое для измерения: В работе для определения длины световой волны используется дифрак­ционная решетка с известным периодом (период указан на решетке).

Если пропустить лазерный луч сквозь решетку, то на темном фоне экрана можно наблюдать дифракционные максимумы 0-го, 1-го, 2-го и т. д. порядков.

Длина волны λ, определяется по формуле: , где а – расстояние от решетки до экрана, b – расстояние на экране от максимума 0-го порядка до дифракционного максимума 1-го или 2-го порядка, d – период дифракционной решетки, k – порядок спектра.

Вычисление длины волны красного лазерного луча. Решетка с периодом 1/50 мм:

Вычисление длины волны красного

Вычисление длины волны зеленого лазерного луча. Решетка с периодом 1/75 мм:

Вычисление длины волны зеленого лазерного луча. Решетка с периодом 1/300 мм:

Для сравнения полученных результатов использую ниже приведенную таблицу.

Таблица. Длины волн лазерного излучения в лазерных указках

Вывод: С учетом погрешности при измерениях в опыте, а также, учитывая, что лазерные указки отличаются спектральным диапазоном, у них разный производитель, результаты, практически, близки к приведенным в таблице.

Отражение лазерного луча

Цель: наблюдать отражение лазерного луча от зеркальной поверхности.

Оборудование: оптическая скамья, зеркало, транспортир, лазер.

На отражающую поверхность (зеркало) в заданном направлении падает лазерный луч. Луч, отражаясь от зеркала, изменяет свое направление. Не зависимо от того, как падает луч на зеркало, всегда угол падения равен углу отражения и находятся лучи в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным в точке падения луча.

На фотографиях показано отражение луча от зеркала при углах падения 304) и 60 (рис. 5).

Вывод: опыт доказывает справедливость закона отражения света.

Определение угла расхождения лазерного луча

Цель: наблюдение расхождения лазерного луча и определение угла расхождения.

Оборудование: лазер, линейка.

Для определения угла расхождения лазерного луча я расположил источник лазерного излучения на расстоянии 67230 мм от стены (опыт проводился в рекреации школы). Диаметр светового пятна на стене получился равным 90 мм (рис. 8). Диаметр луча на выходе из прибора примерно составляет 3 мм. Этим размером можно пренебречь, т. к. он намного меньше полученного значения диаметра пятна на стене и расстояния до стены (рис. 9).

Простые расчеты позволяют определить угол расхождения луча:

Вывод: угол расхождения лазерного луча примерно составляет 4,824"".

В работе также были проведены опыты по преломлению, дифракции, рассеиванию, поляризации лазерного луча и измерение температуры поверхности под действием лазерного луча.

2. Изготовление лазерного спирографа

Зрелище спиральных узоров, которые воспроизводятся на стенах при помощи этого прибора, завораживает и привлекает внимание. Большинство людей из тех, кому я продемонстрировал узоры спирографа, были просто в восторге от увиденного.

Идея создания пришла ко мне на дискотеке, когда я увидел своими глазами что такое настоящее лазерное шоу и лазерная цветомузыка, и как это все работает. Принцип действия прибора я подсмотрел в китайском светомузыкальном приборе, который меняет узоры в зависимости от звука. В нём применяются шаговые двигатели, управляемые микроконтроллером, при таком построении рисуемые картинки получаются нестабильными, за счёт синхронной работы моторов.

Я сделал похожее по принципу устройство, с простым управлением и с применением доступных деталей. Луч лазера направлен на первое зеркало, которое вращается первым мотором и отражает луч на следующее зеркало, а за счёт не большого наклона зеркал относительно оси мотора, луч отражается с круговым вращением и пятно получается виде чёткого узора.

В моем приборе используется два лазерных луча, четыре моторчика, пять зеркал и три реостата-регулятора скорости вращения моторчиков. Таким образом, получается «лазерное шоу».

3. Изготовление лазерного сканатора

Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при совпадении частоты внешнего воздействия с некоторыми значениями (резонансными частотами), определяемыми свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с некоторой другой частотой, определяемой из параметров колебательной системы, таких как внутренняя (собственная) частота, коэффициент вязкости и т.п.

Сканатор предназначен для получения незамысловатых оптических фигур. Весь прибор основан на магнитном резонансе. Прибор изготовлен из моторчика, пластиковой пластинки и магнитов. Увеличение амплитуды колебаний пластинки при резонансе можно наблюдать по световой линии. Изменяя положение мотора и скорость его вращения, можно получать не только разные фигуры на экране, но и найти резонансные частоты.

Заключение

Данная работа позволила мне не только подробно разбираться в выбранном материале по данной теме, но и учиться анализировать информацию из множества источников, также подавать ее аудитории. Проведенные эксперименты, подтверждающие, некоторые законы физики и свойства лазерного излучения также способствовали изучению материала. Проектная деятельность способствует развитию способностей к самостоятельной работе, формированию навыков самоорганизации.

К моим практическим достижениям можно отнести значимость моей (уже не первой, подобной) работы, которая заключается в том, что она помогает пропедевтике физического образования в начальной школе, куда я выхожу регулярно со своими проектами по физике. И у меня уже появились последователи в этом деле. В проектную работу по физике включаются и сами малыши, что, несомненно, поможет им в образовании, в том числе и с выбором будущей профессии. Не исключаю возможности, что кто-то из них свяжет свою деятельность с космонавтикой.

Событие

Подписка на новости

Оптические системы формирования лазерного излучения в технологических установках

Назначение оптических систем в лазерных установках состоит в следующем:

– изготовление оптических резонаторов и получение лазерных излучения,

– передача энергии излучения лазера к месту обработки,

– регулирование параметров излучения,

– формирование светового пучка с высокой плотностью мощности (фокусировка),

– наводка излучения на обрабатываемую точку,

– контроль за процессом обработки и оценка ее результатов.

Оптические системы содержат следующие основные элементы:

– фокусирующие – линзы, объективы,

– отражающие элементы – зеркала, сканаторы,

– преломляющие – призмы полного отражения, оптические дефлекторы (устройства позволяющие расщеплять один луч на несколько лучей),

– регулирующие излучения – оптические затворы и др.,

– передающие световоды.

Фокусирующие элементы служат для изменения диаметра пучка лазерного излучателя с целью изменения плотности мощности излучения. В технологических установках, как правило, требуется уменьшать диаметр пучка и повышать плотность энергии мощности излучения, т.е. фокусировать излучение.

Наиболее простой и широко применяемый способ фокусировки излучения – применение одиночной линзы (рис.), где f – фокусное расстояние, F – фокальная плоскость оптической системы.

Из-за того, что лазерное излучение обладает определенной расходимостью (хотя и очень малой), оно может быть сфокусировано (уменьшено) до вполне определенного размера. Диаметр светового пятна излучения имеет наименьшее значение в фокальной плоскости F и определяется по формуле:

Подставляя выражение для θ получаем

(2.38)

На практике наблюдается искажение фокусировки(аберрации)

С учетом сферических аберраций

, (2.39)

где P* – расчетный параметр (определяется размерами и формой линзы).

Зная энергию или мощность лазерного излучения W и, P и, можно рассчитать плотность энергии или мощность в сфокусированном пятне:

; . (2.40)

Ранее (см. свойства лазерного излучения) проводили оценку этих величин исходя из диаметра лазерного излучения. При фокусировке эти параметры возрастают на несколько порядков. На практике обычно стремятся к уменьшению диаметра пятна излучения.

Из формулы (2.39) видно, что для уменьшения диаметра сфокусированного пятна излучения необходимо уменьшать фокусное расстояние. Однако, это можно делать лишь до определенных пределов, т.к. при слишком малом расстоянии между линзой и поверхностью фокусировки возникает опасность повреждения линзы (например, парами и жидкими частицами обрабатываемого материала).

Поэтому для получения пятна диаметром в несколько микрон применяют другой способ – увеличение диаметра пучка с помощью телескопической системы – см.(2.39).

Диаметр светового пятна в этом случае определяется с учетом (2.39) по следующей формуле:

,

где Г>1 – увеличение телескопической системы.

Оптимальное фокусное расстояние линзы (при котором достигается наименьший диаметр сфокусированного пятна) может быть определено по формуле:

(2.41)

При прохождении лазерного излучения происходит нагревание линз оптической системы вследствие частичного поглощения излучения. Это может привести к термическим деформациям и повреждениям оптической системы. Поэтому плотность мощности излучения не должна превышать определенных значений, допускающих длительную нормальную работу деталей оптической системы.

Допустимая плотность мощности зависит от материала, из которого изготавливаются спицы и длины волны излучения.

– для фокусировки излучения с длиной волны 0.4 – 2 мкм (видимый и ближний инфракрасный спектры) применяют линзы, изготовленные из различных сортов оптического стекла. Допустимая плотность мощности составляет ~ 10 3 Вт/см 2 .

– для излучения с длиной волны 10.6 мкм

(CO 2 – лазеры) обычные оптические материалы непрозрачны. Материалами для изготовления линз служат:

– монокристаллы солей галогеноводородных кислот – NaCl, KBr, KCl и др.

Допустимая плотность мощности ~ 10 3 Вт/см 2 . Обладают высокой гигроскопичостью и малым сроком службы.

– полупроводниковые кристаллы – германий, арсенид галлия и др. Допустимая плотность мощности 100 Вт/см 2 .

При мощности излучения, превышающей допустимую, применяют либо принудительное воздушное или жидкостное охлаждение линз, либо Фокусирующие системы из зеркал с металлическими покрытиями на металлической основе(с целью лучшего охлаждения). Основа – стекло, медь, кремний. Покрытие – золото, серебро, медь, никель, молибден, алюминий и др.

Отражающие и преломляющие элементы оптических систем служат для изменения направления лазерного излучения. Применяются в оптических резонаторах и системах транспортировки лазерного излучения.

При длине волны лазерного излучения 0.4 – 2 мкм для этой цели применяют призмы полного внутреннего отражения и зеркала с многослойным диэлектрическим покрытием (для увеличения коэффициента отражения и уменьшения расстояния).

При длине волны излучения 10.6 мкм. применяют зеркала плоские, выпуклые, вогнутые с металлическим покрытием (из золота и алюминия), которые имеют высокий коэффициент отражения (~1). Изменяя плотность покрытий можно изменять коэффициент отражения, т.е. изготавливать полупрозрачные зеркала.

На практике часто возникает задача по перемещению лазерного луча по произвольному контуру. Для этого применяют систему подвижных плоских зеркал (см. рис.).

1 – излучатель лазера

2,3 – подвижные зеркала

4 – линза

5 – материал

По оси Х перемещаются зеркала 2 и 3 и линза 4 совместно, а по оси У могут двигаться только зеркало 3 и линза 4.

Одновременное перемещение по осям Х и У позволяет получать любую траекторию луча.

С применением зеркал изготавливаются системы сканирования лазерного луча, т.е. периодического перемещения его по одной и той же траектории.

Регулирующие элементы оптических систем предназначены для изменения энергии, мощности лазерного излучения, его пространственных и временных характеристик. К ним относятся

– оптические квантовые усилители – устройства, позволяющие увеличивать энергию лазерного импульсного излучения. Фактически это лазеры, в которых генерируются не самопроизвольно, а под действием излучения другого лазера. В результате к энергии импульса инициирующего излучения добавляется энергия излучения оптического усилителя.

– устройства для регулировки мощности излучения от нуля до номинального значения – диаграммы с переменным диаметром отверстия, сменные светофильтры с различными коэффициентами поглощения, оптические затворы, модуляторы, заслонки.

В качестве затворов модуляторов применяют следующие типы затворов

– электрооптический (эффект Понкельса), основан на явлении плоскости поляризации некоторыми веществами под действием высокого постоянного напряжения до 5кВ.

– механические затворы – вращающиеся зеркала до 30000 об/мин.

– затворы на насыщающихся затворах, основаны на явлении: при некотором значении интенсивности излучения некоторые органические красители становятся прозрачными.

– акустооптические затворы, кварцевое стекло и германий(для ИК диапазона) при воздействии ультразвуковых волн сопровождаются большими потерями(рассеяниями) для лазерного излучения и его генерация прекращается.

Затворы устанавливаются в резонаторе. Кроме этого применяются механические заслонки на выходе лазерного излучения из резонатора.

Передающие элементы оптических систем предназначены для передачи лазерного излучения на расстояния вплоть до нескольких десятков км. – для этого применяют волоконные световоды .

В настоящее время известно большое количество световодов. Наиболее широкое применение получили световоды следующей конструкции

Волоконный световод состоит из сердечника 1 с показателем преломления n 1 , оболочки 2 с показателем преломления n 2 >n 1 и защитной оболочки 3. Материалы применяемые для изготовления: сердечник например, из кварца с добавкой титана, чтобы повысить показатель преломления, оболочка из чистого кварца. Вообще для изготовления этих элементов световодов применяют, в настоящее время, большое количество различных сортов стекол и полимеров; для защитной оболочки применяют различные лаки, полимеры, металлы, она обеспечивает защиту световода от воздействия внешней среды(влаги), повышает механическую прочность, улучшает оптические характеристики. Диаметр световода колеблется в пределах от нескольких десятков до нескольких сотен мкм. Сердечник имеет диаметр в пределе от нескольких мкм. до 1000 мкм. (1мм.).

В световодах используется явление внутреннего полного отражения (рис.). На границе раздела 2-х сред происходт явление преломления и отражения света. При переходе светового потока из среды с большим коэффициентом преломления n 1 в среду с n 2

. (2.42)

Таким образом, если при входе светового потока в сердечник световода он падает на границу раздела с оболочкой под углом ≥ θ кр, то этот поток распространяется только в пределах сердечника.

Важной характеристикой световода является – затухание эффективности свеового потока при распространении по световоду. В настоящее время созданы созданы световоды с затуханием ~ 1дБ/км.

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Сибирский государственный университет геосистем и технологий"

(СГУГиТ)

По предмету : Трехмерное лазерное сканирование

Профиль : Геодезия и дистанционное зондирование

Тема реферата : "Влияние свойств поверхностей на точность измерений лазерными сканерами"

Подготовил : студент ПГ-23 - Славин С.А.

Проверил: ст. преподаватель каф. инж. геодезии и маркшейдерского дела - Алтынов Н.Ж.

Новосибирск 2016 г.

Содержание

• Введение
• 3.2 Условия окружающей среды
• 3.3 Разрешающая способность
• 4.1 Краевые эффекты
• Заключение
• Список литературы

Введение

Наземный лазерный сканер (НЛС) - это съёмочная система, измеряющая с высокой скоростью (от нескольких тысяч до миллиона точек в секунду) расстояния от сканера до поверхности объекта и регистрирующая соответствующие направления (вертикальные и горизонтальные углы) с последующим формированием трёхмерного изображения (скана) в виде облака точек.

Сущность наземного лазерного сканирования и его преимущества . Система наземного лазерного сканирования состоит из НЛС и полевого персонального компьютера со специализированным программным обеспечением. НЛС состоит из лазерного дальномера, адаптированного для работы с высокой частотой, и блока развертки лазерного луча. В качестве блока развёртки в НЛС выступают сервопривод и полигональное зеркало или призма. Сервопривод отклоняет луч на заданную величину в горизонтальной плоскости, при этом поворачивается вся верхняя часть сканера, которая называется головкой. Развёртка в вертикальной плоскости осуществляется за счёт вращения или качания зеркала.

В процессе сканирования фиксируется направление распространения лазерного луча и расстояние до точек объекта. Результатом работы НЛС является растровое изображение - скан, значения пикселей которого представляют собой элементы вектора со следующими компонентами: измеренным расстоянием, интенсивностью отражённого сигнала и RGB-составляющей, характеризующей реальный цвет точки. Для большинства моделей НЛС характеристики реального цвета для каждой точки получается с помощью неметрической цифровой камеры.

Результат лазерного сканирования - растровое изображение

Другой формой представления результатов наземного лазерного сканирования является массив точек лазерных отражений от объектов, находящихся в поле зрения сканера, с пятью характеристиками, а именно пространственными координатами (x,y,z), интенсивностью и реальным цветом.

Система координат НЛС Результат наземной лазерной съемки - массив точек

В основу работы лазерных дальномеров, используемых в НЛС, положены импульсный и фазовый безотражательные методы измерения расстояний, а также метод прямой угловой развёртки (триангуляционный метод).

1. Принцип действия наземных лазерных сканеров

1.1 Принцип работы дальномерного блока наземных лазерных сканеров

1.1.1 Импульсный метод измерения расстояний

Импульсный метод измерения расстояний основан на измерении времени прохождения сигнала от приёмо-передающего устройства до объекта и обратно. Зная скорость распространения электромагнитных волн c, можно определить расстояние как: R = c * ф / 2

где ф - время, измеряемое с момента подачи импульса на лазерный диод до момента приёма отражённого сигнала. Импульсный метод измерения расстояний по точности уступает фазовому методу. Это происходит потому, что фактическая точность каждого измерения зависит от ряда параметров, каждый из которых может оказать влияние на точность конкретного измерения. Таковыми параметрами являются:

· длительность и форма (в частности, крутизна переднего фронта) зондирующего импульса

· отражательные характеристики объекта

· оптические свойства атмосферы

· текстура и ориентация элементарной поверхности объекта вызвавшей отражение зондирующего луча по отношению к линии визирования

Принцип импульсного/фазового методов измерения расстояний

1.1.2 Фазовый метод измерения расстояний

Фазовый метод измерения расстояний основан на определении разности фаз посылаемых и принимаемых модулированных сигналов. В этом случае расстояние вычисляется по формуле:

R = ц 2R * c / ( 4р * ѓ ),

где ц 2R - разность фаз между опорным и рабочим сигналом; ѓ - частота модуляции. Режим работы фазоизмерительного устройства зависит от его температуры, с изменением которой незначительно изменяется фаза сигнала. Вследствие этого точное начало отсчета фазы определить нельзя. С этой целью фазовые измерения повторяются на эталонном отрезке (калибровочной линии) внутри прибора. Главное преимущество фазового метода измерения - более высокая точность, которая может достигать единиц миллиметров.

1.1.3 Триангуляционный метод измерения расстояний

Триангуляционный метод измерения расстояний наземными лазерными сканерами. В настоящее время существует два варианта реализации триангуляционного метода измерения расстояний. Сущность первого варианта измерения расстояний триангуляционными сканерами заключается в следующем. С помощью проектора лазерный луч низкой мощности отклоняется от исходного направления. Угол и1, образуемый базисом сканера d и лазерным лучом, вычисляется по положению изображения лазерного пятна на приемнике первой ПЗС-камеры (рис.6). Угол и2 образуется осью (базисом) сканера и вектором распространения отраженного сигнала от объекта, фиксируемого второй ПЗС-камерой. Термин "триангуляционный лазерный сканер" заимствован из англоязычной литературы и является несколько некорректным, поскольку принцип работы сканера основан на определении расстояний до объекта методом прямой угловой засечки с помощью величин и 1, и 2 и d. Но так как в отечественных публикациях нет никаких аналогов этому названию, то в тексте работы будет использоваться термин "триангуляционный лазерный сканер".

Принцип действия НЛС Mensi Soisic и S-series (вид сверху)

2. Источники и классификация ошибок в результатах наземного лазерного сканирования

2.1 Классификация ошибок в данных наземного лазерного сканирования

Всю совокупность ошибок в величинах, измеряемых НЛС, можно разделить на две группы:

· Инструментальные, обусловленные качеством сборки и юстировки механических, оптических и электронных частей прибора (величины ошибок отражаются в техническом паспорте сканера и первоначально определяются на этапе сборки и юстировки прибора, а затем периодически - во время калибровки и метрологической аттестации НЛС);

· Методические, источником которых является сам метод определения величин с помощью НЛС. Они могут быть вызваны окружающей средой (атмосферной рефракцией, затуханием электромагнитных волн, вибрацией прибора и т.п.) или обусловлены характеристиками объекта сканирования (размером, ориентацией, цветом, текстурой и т.д.).

Для определения и учета методических ошибок в результатах наземного лазерного сканирования существует два основных подхода. Сущность первого состоит в раздельном оценивании влияния каждого фактора, как предлагается в работе. Второй подход основан на комплексном учете воздействия всех факторов, аналогично тому, как выполняется исключение систематических ошибок в координатах точек снимков при их фотограмметрической обработке. С помощью первого подхода устраняют основную (большую) часть систематических ошибок из результатов измерения углов и расстояний сканером, причем такое исключение выполняют на так называемом этапе предварительной обработки сканов. Остальную часть систематических ошибок устраняют с помощью комплексного подхода, для чего обычно используют полиноминальные модели. Исключение искажений в координатах точек сканов с помощью комплексного подхода является наиболее универсальным

2.2 Инструментальные ошибки наземных лазерных сканеров

Стабильность работы НЛС Применение в НЛС в качестве источника излучения лазера, работающего либо непрерывно, либо с высокой частотой испускания импульсов, вызывает нагрев как самого лазера, так и пространства внутри сканера. Поэтому производители лазерных сканеров снабжают их системой охлаждения, отсутствие которой может приводить к следующим последствиям: ? в результате частого нагрева (выше нормы) и охлаждения сканера будет происходить деформация измерительных и вращающихся частей НЛС, что отрицательно влияет на точность измеряемых величин от запуска к запуску прибора, а также уменьшает срок его службы; ? перегрев сканера может вызвать заклинивание подвижных частей в сканере, что грозит выходом прибора из строя. В НЛС реализуется два вида систем охлаждения, а именно: ? воздушная, т.е. основанная на притоке "холодного" воздуха из окружающей среды во внутрь сканера и оттоке "горячего" воздуха из него. Такие системы включают в себя набор вентиляторов, функцией которых является обеспечение циркуляции воздуха. Недостатком данного вида систем охлаждения является отсутствие герметичности сканера, и следовательно, снижение пыле - и влагозащищенности прибора; ? внутренняя, в которой применяется газ, обычно азот. В данных системах охлаждения используются криогенные насосы (в переводе с греческого kryos - холод, мороз, лед). В наземных сканерах широко применяются вакуумные насосы (также имеют место конденсационные), действие которых основано на поглощении откачиваемого газа поверхностью, охлажденной до сверхнизких температур. От качества работы системы охлаждения зависит стабильность работы НЛС.

Влияние атмосферы на точность измерения углов и расстояний наземными сканерами

На величины, измеряемые НЛС (расстояние, горизонтальный и вертикальный углы, интенсивность и реальный цвет поверхности объектов, от которых отразился сигнал), оказывает неблагоприятное влияние атмосфера, особенно приземный ее слой. В этом слое происходят значительные изменения плотности воздуха, перемещения и флуктуации воздушных масс, что приводит к уменьшению скорости распространения света и изменению направления излучения (явление рефракции), а также к уменьшению интенсивности отраженного сигнала и неправильной цветопередаче (так называемый эффект "дымки"). В результате влияния рефракции световых лучей дальномерный блок измеряет оптическую длину волны, которая превышает по длине геометрическую. Кроме этого, атмосфера изменяет физические параметры излучения , вызывая: ? затухание (ослабление интенсивности), обусловленное поглощением и рассеянием энергии волны в атмосфере; ? случайное изменение параметров волны, обусловленное турбулентностью атмосферного воздуха. Затухание колебаний электромагнитной волны, вызванное атмосферой, особенно характерно для оптического диапазона, который используется во всех НЛС. Данный вид влияния атмосферы, в первую очередь, приводит к уменьшению дальности действия сканеров и неверному определению отражающей способности объекта при наземной лазерной съемке. К случайным изменениям параметров электромагнитной волны под влиянием турбулентности относятся флуктуации амплитуды (интенсивности), фазы, частоты, поляризации, направления распространения волны и угла расходимости лазерного луча. Влияние флуктуаций выражается в увеличении спектральной плотности мощности шумов на входе приемника, вследствие чего ухудшается отношение "сигнал/шум". Флуктуация особенно сильно проявляется при измерениях в оптическом диапазоне. Лучшим способом исключения влияния турбулентности атмосферы является выбор наиболее благоприятных условий для измерений, которые в геодезической практике называются временем "спокойного изображения". На ошибку определения скорости света влияет много факторов. Основным из них является значительная погрешность определения среднеинтегральной величины показателя преломления электромагнитных волн на отрезке между сканером и точкой объекта. Так как скорость света в вакууме на данный момент получена с относительной ошибкой порядка 10-9, она не оказывает заметного влияния на общую погрешность определения скорости света в атмосфере. Ошибка показателя преломления зависит от дисперсионной составляющей и от ошибки определения метеопараметров вдоль лазерного луча. Использование в качестве источника сигнала узкоспектральных лазеров (характерных для всех новых разработок в области светодальнометрии и лазерного сканирования) позволяет пренебречь дисперсионной ошибкой

3. Влияние свойств поверхностей на точность измерений НЛС

3.1 Влияние отражательной способности поверхности

Лазерные сканирующие системы используют сигнал, отраженный от поверхности объекта в направлении приемника сигналов - в случае "дальномерных" сканеров, либо в направлении камеры - в случае "триангуляционных" сканеров. В любом из этих случаев на интенсивность принимаемого отраженного сигнала помимо других факторов, таких как расстояние, влияют атмосферные условия, угол падения луча и отражающая способность поверхностей (альбедо). Белые поверхности дают более сильный отраженный сигнал по сравнению с более темными поверхностями. Сила сигнала, отраженного от цветных поверхностей зависит от спектральных характеристик лазера в зеленом, красном и ближнем инфракрасном диапазоне. Блестящие поверхности, как правило, затрудняют регистрацию сигналов. Установлено, что поверхности с неоднородной отражательной способностью способны вызывать систематические ошибки в расстояниях. Для некоторых типов материалов эти ошибки могут достигать величин, в несколько раз превосходящие среднюю квадратическую погрешность одного измерения дальности. При тестировании некоторых ЛСС, имеющих систему коррекции апертуры, было установлено, что ошибки измерений в первых точках новой поверхности, достигнутых лазерным лучом и имеющим существенную иную отражательную способность по сравнению с ранее отсканированной областью, могут быть весьма существенными. Более точные результаты в таких ситуациях можно получить только после того, как несколько точек новой поверхности будут отсканированы. В случае сканирования объектов, состоящих из различных материалов, либо содержащих элементы разного цвета или типа покрытия, вполне возможно появление больших погрешностей. Этого можно избежать, временно накрыв объект однородным по отражательной способности материалом, что далеко не всегда возможно в большинстве случаев. Для исследования точности измерений можно использовать плоские объекты белого цвета, закрепив в его середине тот материал, свойства которого нужно проанализировать. После того как будут определены аппроксимирующие плоскости для этой "задрапированной" средней части, а затем будет выполнена та же операция для остальной (белой) части объекта без учета его средней области, можно определить разности между этими двумя типами плоскостей, что позволит оценить влияние данного фактора.

3.2 Условия окружающей среды

Температура. Любой сканер будет только работать должным образом только в определенном температурном диапазоне. Но даже в пределах этого диапазона могут наблюдаться вариации в результатах измерении. Следует отметить, что температура внутри ЛСС может быть значительно выше температуры окружающей среды из-за внутреннего или солнечного нагрева. Атмосфера. При измерении коротких расстояний изменение скорости распространения света из-за колебаний температуры и/или атмосферного давления не будет серьезно влиять на результаты измерений. Тем не менее, несколько пользователей ЛСС уже обнаружили, что измерения в условиях высокой концентрации в воздухе пара или пыли приводят к результатам, сходным с описанными выше эффектами на гранях и краях объектов. Внешние источники излучения. Лазеры работают в достаточно узкой полосе частот. Поэтому есть смысл применять фильтры в модуле приема сигналов для связи на нужной частоте с камерой. Если постороннее излучение (солнечный свет или искусственное освещение) является достаточно сильным по сравнению с рабочим сигналом, то его значительная часть может пройти через фильтр и будет способна повлиять на точность или даже на общую возможность выполнения работ.

3.3 Разрешающая способность

Рис. 1. Тест-объект с прорезями переменной ширины для определения разрешения ЛСС

Поскольку приводимые фирмами-производителями данные о дискретности сканирования и размерах лазерного пятна не дают возможности корректно оценить разрешающую способность их ЛСС, то нами был разработан эмпирический метод определения этого важного параметра. Для этого был изготовлена камера с фронтальным размером порядка 300 мм x 300 мм (рис.1). На ее передней панели сделаны прорези шириной 30 мм на краях, которые сужаются по мере приближения к центру. Если ЛСС имеет высокое разрешение (малая угловая дискретность и маленькое лазерное пятно), то ее сигналы должны отражаться не только от передней панели, но и от дна камеры, которое расположено на расстоянии примерно 55 мм от передней панели. При очень высоком разрешении ЛСС отраженные от дна камеры сигналы должны регистрироваться не только на внешних краях прорезей, но и вблизи центра "мишени". Данный тест-объект можно использовать для получения информации о разрешающей способности при измерениях с различных расстояний.

наземный лазерный сканер измерение

4. Анализ точности Лазерных Сканирующих Систем. Условия проведения испытаний в Институте i3mainz

4.1 Краевые эффекты

Рис. 2: Пластина для изучения эффектов на краях

Специальная пластина (см. рис. 2) использовалась для получения данных о том, сколько точек будет зарегистрировано с низкой точностью из-за эффектов на ее краях. Сканирование выполнялось на фоне неба, что позволяет исключить влияние объектов, расположенных сзади этой пластины. Прикрепленная спереди пластина меньшего размера служила для моделирования эффекта отражений от двух различных объектов. Оценка результатов производилась с помощью картины полученного облака точек. Цилиндрический тест-объект. Он представляет собой вертикально устанавливаемую трубу диаметра 100 мм. Сканирование выполнялось с расстояния в 3 м. На основании модели, построенной по облаку точек, выполнялось сравнение полученного таким образом ее диаметра с известным его значением. Кроме того, для визуальной оценки полученных по облаку точек результатов использовалось графическое их представление, которое позволило провести и визуальное сравнение известного и определенного с помощью ЛСС диаметра объекта.

4.2 Влияние отражательной способности поверхностей

При проведении испытаний применялись пластины с широкой белой каймой и квадратной областью в центре с различной отражающей способностью (см. рис. 3). Для каймы и центрального квадрата строились свои модели плоскостей. Точки на краях при этом исключались. Разность расстояний для каждой из этих пар плоскостей позволяет оценить погрешность, которую можно ожидать в подобных ситуациях.

Рис. 3: Пластина с белой каймой и различными типами окраски центральных квадратов

Для центрального квадрата использовались следующие краски и материалы:

Белая матовая (аэрозоль) с отражательной способностью 90 % Белая матовая (аэрозоль) с отражательной способностью 80 % Серая матовая (аэрозоль) с отражательной способностью 40 % Черная матовая (аэрозоль) с отражательной способностью 40 % 8 % Металлик (аэрозоль) Полированная алюминиевая фольга Черная фольга, применяемая для тест-объектов ЛСС CYRAX.

Кроме того, в число тест-объектов был включен резиновый конус с оранжевыми и белыми полосами, используемый в дорожных работах, поскольку ранее для такого объекта были выявлены большие погрешности сканирования, что, кстати, может наблюдаться и при сканировании объектов, окрашенных в такие "предупреждающие" цвета (например, геодезических реек).

Коррекции расстояний в мм для различных материалов поверхности. + означает, измеренное расстояние короче по сравнению с белой поверхностью.

4.3 Отражение от многих целей

Например: Сканер RIEGL VZ-400 позволяет регестрировать отражение практически от неограниченного количества целей от одного импульса. Минимальное расстояние между целями при этом составляет 0.8 метров. Ниже показан в качестве примера скан дерева. На коротких расстояниях между целями, для одного лазерного импульса, инструмент не может распознать отражение от разных целей. Однако он может предоставить значимую информацию о форме регистрируемого импульса. В ситуации подобной этой, форма приходящего импульса дает точную информацию о том, получено ли отражение от одной цели, или от двух близко расположенных целей. Установка порогового значения по отношению к форме приходящего сигнала позволяет отфильтровать ненужные точки, и сохранить только полезные данные.

Рис. 4 Растительность на близком расстоянии (около 6 метров) как она видна со сканерной позиции. Слева: оттенки серого цвета соответствуют отражательной способности. Справа: Оттенки серого соответствуют форме импульса - белый цвет: форма принятого сигнала соответствует форме излученного сигнала. Серый цвет: сильное отклонение от формы первоначального импульса.

Рис. 5 То же дерево, что и на предыдущей иллюстрации, только вид сбоку. Смазанные точки могут быть идентифицированы по форме импульса (от серого к темно-серому), и отфильтрованны при необходимости.

Случайные ошибки по направлению измерения расстояний (СКО положения одной точки) для различных сканеров по тест-объекту серого цвета (отражательная способность 40 %)

Двулучевая функция отражательной способности (ДФОС , англ. Bidirectional reflectance distribution function - BRDF ;) - четырёхмерная функция, определяющая, как свет отражается от непрозрачной поверхности. Параметры функции - направление входящего света и направление выходящего света, которые определены относительно нормали к поверхности. Функция возвращает отношение отражённой яркости вдоль к освещённости на поверхности с направления.

Стоит заметить, что каждое направление само по себе зависит от угла азимута и угла зенита, вследствие чего ДФОС является функцией четырёх переменных. ДФОС измеряется в ср? 1 , где стерадиан (ср) - единица измерения телесного угла.

ДФОС - основная радиометрическая концепция, и поэтому используется в компьютерной графике для фотореалистичного рендеринга искусственных сцен, а также в компьютерном зрении для решения многих обратных задач, таких как распознавание объектов.

ДФОС (BRDF) является основным инструментом при моделировании шероховатых поверхностей с заданными свойствами, такими как: необходимые углы отражения, углы наклона микрограней шероховатых поверхностей и их светопоглощающая и светоотражающая способности. Применение этих поверхностей в изготовлении внешних защитных слоев солнечных батарей, солнечных коллекторов и космическом оборудования.

Заключение

При выполнении сканерной съемки необходимо выбирать инструмент, параметры и технологию сканирования, позволяющие в дальнейшем создать модель объекта местности и рельефа с заданной точностью и детальностью. Разрешающая способность системы в меньшей степени зависит от разрешения сканирования, чем от расходимости лазерного луча, поскольку при уменьшении значения углового шага сканирования увеличивается зона перекрытия двух соседних лазерных лучей. Различные материалы по-разному отражают излучения той или иной длины волны. Поэтому будут индивидуальны регистрируемые сканером интенсивности отраженных сигналов определенной длины волны. Это свидетельствует о разных амплитудах и фронтах волн принимаемых сигналов. В свою очередь, от крутизны фронта волны зависит, насколько правильно можно установить моменты времени начала и окончания поступления лазерного импульса на приемник, что непосредственно влияет на ошибки измерения расстояний. Поскольку по результатам наземного лазерного сканирования в дальнейшем восстанавливается трехмерная или двумерная модель местности, то для правильного ее описания необходимо, чтобы от каждого объекта съемки отразилось как можно больше лазерных импульсов, количество которых зависит от разрешения сканирования. Даже в тех случаях, когда в конкретных приложениях точность не играет решающей роли, искажения взаимного положения соседних точек может создавать серьезные проблемы при необходимости моделирования поверхностей или выявления мелких деталей объектов.

Список литературы

1. Наземное лазерное сканирование: монография / В.А. Середович, А.В. Комиссаров, Д.В. Комиссаров, Т.А. Широкова. - Новосибирск: СГГА, 2009

2. Анализ точности Лазерных Сканирующих Систем - [Электронный ресурс]: официальный сайт компании ГФК (По материалам доклада на XIX симпозиуме CIPA, Анталья, Турция (30 сентября - 4 октября 2003 г.). W. Boehler, М. Bordas Vicent, A. Marbs) - Режим доступа: http://www.leica-gfk.ru/scan/testir. htm

3. Широкова Т.А. Перспективы развития и внедрения трехмерных ГИС/Т.А. Широкова, Д.В. Комиссаров // ГЕО-СИБИРЬ-2006. - Новосибирск: СГГА, 2006. т.

4. Свободная общедоступная многоязычная универсальная энциклопедия. Режим доступа: http://ru. wikipedia.org/wiki/

Подобные документы

Основные задачи геодезии в кадастровых работах. Аэросъемочная система лазерного картографирования ALTM 3100. Сравнение традиционных съемок и лазерного сканирования. Принципы построения и функционирования воздушных лазерных систем, их преимущества.

дипломная работа , добавлен 15.02.2017


Применение лазерного сканирования в промышленности на примере исполнительной съемки. Создание трехмерной цифровой модели и комплекта обмерных чертежей Майнского гидроузла. Основные технические характеристики наземного лазерного сканера Z+F IMAGER 5006h.

курсовая работа , добавлен 22.03.2015


Особенности строения и основное назначение лазерных геодезических приборов. Лазерные нивелиры, электронные теодолиты и тахеометры. Использование спутниковых технологий в инженерной геодезии. Принцип работы геодезического приемника ГЛОНАСС/GPS ГЕО-161.

реферат , добавлен 25.07.2011


Общие сведения об учете горных пород и полезного ископаемого, извлеченных из недр. Маркшейдерские замеры для учета горной массы. Основное отличие метода лазерного сканирования от традиционных тахеометров. Основные технологии GPS-съемок, сбор данных.

реферат , добавлен 08.01.2016


Проведение оценки фактической точности угловых и линейных измерений в подземных опорных маркшейдерских сетях. Определение и расчет погрешности положения пункта свободного полигонометрического хода, многократно ориентированного гироскопическим способом.

контрольная работа , добавлен 02.02.2014


Виды дальномеров, применяемых в тахеометрах. Лазерный дальномер: физические основы измерений и принцип действия, особенности конструкции и применение. Физические основы измерений и принцип действия оптического дальномера, измерение нитяным дальномером.

доклад , добавлен 02.04.2012


Разработка и изготовление измерительной ячейки для проведения измерений диэлектрических свойств жидких сред и насыпных моделей пористой среды, ее калибровка. Измерение тангенса угла диэлектрических потерь и диэлектрической проницаемости образцов нефти.

курсовая работа , добавлен 19.09.2012


Создание геодезического обоснования и разбивка опор мостового перехода. Уравнивание превышений и вычисление отметок станций опорной сети. Оценка точности измерений отметок узловых точек. Проектирование осевой линии мостового перехода в программе CREDO.

курсовая работа , добавлен 05.04.2013


Цель предварительных вычислений в полигонометрии. Вычисление рабочих координат. Уравнивание угловых и линейных величин. Вычисление весов уравненных значений координат узловой точки. Оценка точности полевых измерений и вычисления координат узловой точки.

лабораторная работа , добавлен 09.08.2010


Основные задачи геодезии. Физические основы измерений расстояния на длинные дистанции. Принципы действия лазерного и оптического дальномеров. Особенности их конструкции. Виды и применение приборов. Измерение нитяным дальномером наклонного расстояния.

Закон отражения света.
Отраженный и падающий лучи лежат в плоскости, содержащей перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения, и угол падения равен углу отражения.
Представьте, что вы направили тонкий луч света на отражающую поверхность, - например, посветили лазерной указкой на зеркало или полированную металлическую поверхность. Луч отразится от такой поверхности и будет распространяться дальше в определенном направлении. Угол между перпендикуляром к поверхности (нормалью) и исходным лучом называется углом падения, а угол между нормалью и отраженным лучом - углом отражения. Закон отражения гласит, что угол падения равен углу отражения. Это полностью соответствует тому, что нам подсказывает интуиция. Луч, падающий почти параллельно поверхности, лишь слегка коснется ее и, отразившись под тупым углом, продолжит свой путь по низкой траектории, расположенной близко к поверхности. Луч, падающий почти отвесно, с другой стороны, отразится под острым углом, и направление...

0 0

Человек, знающий элементарные законы оптики, от души посмеется над сюжетом, в котором супергерой отражает лазерную атаку злодея с помощью блестящей поверхности. Зеркало не способно отразить луч лазера, не рассеяв его пучок. Чтобы отразить или перенаправить луч лазера, нужно потрудиться и иметь для этого достаточно сложное оборудование.
Да и рука супергероя находится в большой опасности. Ведь при попадании мощного луча, зеркало с недостаточным качеством поверхности, или разрушится, или расплавится.

Это немалая проблема для современных специалистов в области лазерной оптики. Они сталкиваются с необходимостью отражать пучок лазера постоянно. Каких только ухищрений не предпринимали ученые до недавнего времени, их зеркала не удовлетворяли поставленным задачам. Какой бы идеальной ни была поверхность зеркала, она греется в точке соприкосновения с лучом, нагревается и деформируется. Лазерный луч не отражается полностью, большая часть его энергии...

0 0

Я так понимаю потеряет и при правильном подборе материала потеряет очень много, фактически станет бесполезным. Т.е. при относительно небольших затратах всю эту очень эффектную технологию можно свести на нет. Думаете только у нас деньги "на оборонке" отмывают? :)

И конечно опасен, но обратно в самолет он не отразится, будет "метаться".

Если ставить уголковое зеркало из трёх зеркал под прямым углом друг к другу (как на автомобильных/велосипедных отражателях), то луч пойдёт строго обратно.

Проблема в том, что зеркало отражает не всё, и поглощённая часть луча может расплавить зеркало.

А ведь это идея!

Это обсуждали сразу как появилось пресловутое видео. Собственно делались даже расчеты, получилось что весь этот лазер можно свести на нет специализированной отражающей краской, с подобранной под его частоту максимальной...

0 0

Эта страничка посвящена самодельному изготовлению зеркала для лазера. Зеркало - составная часть лазерного резонатора, и от коэффициента отражения зеркала зависит возможность возникновения лазерной генерации в активной среде.

В книге Т. Раппа "Эксперименты с самодельными лазерами" изложены способы изготовления лазерных зеркал в условиях домашней мастерской. Однако для самостоятельного изготовления потребуется хороший двухступенчатый форвакуумный насос. Ниже приводится, возможно, не самый лучший, зато простой способ изготовления лазерной оптики.

Сразу надо сказать, что в настоящей статье изложены способы изготовления зеркала с металлической отражающей поверхностью. Коэффициент отражения такого зеркала в диапазоне волн 500-800 нм равен ~ 95 %. При таком значении коэффициента отражения можно добиться лазерной генерации только в активных средах с высоким коэффициентом усиления. В частности металлическое зеркало можно применять в самодельных азотных лазерах, лазерах на...

0 0

В длинном волоконном световоде может возникнуть лазерная генерация света – необходимая для этого положительная обратная связь создается из-за рэлеевского рассеяния генерируемого излучения на неоднородностях волокна. Такой лазер может быть отнесен к классу «случайных» лазеров, активно изучаемых в последнее время. По эффективности и качеству создаваемого пучка света лазер с распределенной случайной обратной связью не уступает лазеру с обычным резонатором, но при этом его излучение обладает рядом уникальных свойств

Устройство лазера сейчас знает даже школьник. С лазерами мы сталкиваемся практически на каждом шагу – в магазинах при сканировании штрих-кодов, при воспроизведении и чтении компакт-дисков, при печати на лазерных принтерах. Широко используются лазеры и в промышленности – для резки, сварки и пайки деталей из различных материалов.

Известно, что для лазерной...

0 0

Важный и серьёзный пост. Я должен знать что будет, если в идеальный, изнутри зеркальный шар (скажем определённого размера - 1 метр в диаметре) запустить лазерный луч от указки.
Подскажите, инженеры и учёные, битте. Я никак не доработаю свой эксперимент.
Второй вариант - шар не полый, а кварцевый например.
Есть ли возможность сделать "световой" луп?
Скажем у нас есть зеркало на которое мы направили лазерный луч, который отразившись идёт на другое зеркало, от которого отразившись идёт опять на первоначальное, замыкая луп?

Ну можно как вариант акустического резонатора.
Определённый сигнал определённой частоты посылаем на отражающую поверхность, он отражается и идёт на другую, от которой возвращается на первую, складывается с первоначальным резонирует, амплитуда растёт и т.д...Идёт раскачка...
Как завязка - микрофон-динамик.
Мне интересна лазерная завязка.

Проясните мне некоторые моменты. Это важно...Нет времени лезть в учебники или гугль,...

0 0

Зеркала отражают поляризованный свет вполне нормально. (У некоторых типов зеркал есть маленькая зависимость коэффициента отражения от поляризации, но она заметна только на очень точных приборах).

У любого зеркала есть основные характеристики - коэффициент отражения и коэффициент пропускания (если зеркало полупрозрачное). То есть, считается, что зеркало сколько-то отражает, сколько-то пропускает насквозь, остальное теряется. Пример: настенное зеркало отражает 75% и поглощает 25% света. Хорошее зеркало для лазера отражает 99.95% света, остальное в основном пропускает. Выходное зеркало в гелий-неоновом лазере отражает 99% и пропускает 1% - этот 1% и есть тот самый "луч лазера".

У диэлектрических зеркал соотношение отражения и пропускания зависит от длины волны света и от угла падения на зеркало. В...

0 0

Https://www.slideshare.net/neulukinnuwikabe516233/vaccum-pump-for-pennis-enlargement
п»їPE Bible, true, or just another scam?
Re: PE Bible, true, or just another scam?
In my opinion, if it is not a popular exercise, method or device on MOS it is more than likely not too effective. This of course is only true for methods that have been around for a while, new methods will need to be reviewed. If there was a Bible created for Penis Enlargement I am pretty sure MOS would be the promised land
Matters of Size SRT Suppressed -Restricted-Tra nsposition The World"s Best Penis Enlargement Routine based on 11 Years of Research ! Four Easy Steps to Starting SRT and Making the Fastest Penis Size Gains Possible
6. Follow the SRT Routine: Maximizing Gains and Healing Fastest! Watch your Penis gain inches in girth and length in the FASTEST time Possible! Over 15 Years of...

0 0

Вопрос 37. Устройство лазера.Принцип действия лазера.

Лазер обязательно состоит из трех основных компонент: 1) активной среды, в которой создаются состояния с инверсией населенностей; 2) системынакачки(устройства для создания инверсии в активной среде); 3) оптического резонатора(устройства, формирующего направление пучка фотонов).Кроме этого оптический резонатор предназначен для многократного усиления лазерногоизлучения.

В настоящее время в качествеактивной(рабочей)среды лазера используются различные агрегатные состояния вещества: твёрдое, жидкое, газообразное, плазма.

Источник накачки подаёт энергию в систему. В его качестве могут выступать: электрический разрядник; импульсная лампа; дуговая лампа; другой лазер; химическая реакция; взрывчатое вещество

Тип используемого устройства накачки напрямую зависит от используемого рабочего тела, а также определяет способ подвода энергии к системе. Например, гелий-неоновые лазеры используют электрические разряды в...

0 0