Pointeur laser

Contexte

Le pointeur laser est un laser portable à faible coût qui peut être transporté dans la main. Il est conçu pour une utilisation lors de présentations à signaler les zones de la diapositive ou de l’image d’être présenté, le remplacement d’une main tendue bâton en bois ou d’un pointeur métallique extensible. Il est supérieur au cours des pointeurs plus âgés, car il peut être utilisé à partir de plusieurs centaines de pieds dans une zone sombre et parce qu’elle produit une tache lumineuse de la lumière précisément là où l’utilisateur désire. Il a également pris sur un outil de pointage tout usage et est devenu tellement banal que les lois ont été adoptées pour restreindre son utilisation.

Histoire

Techniquement, le mot laser est un acronyme qui signifie «amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement», mais le terme est devenu si couramment utilisé qu’il ne soit plus en majuscule. Le rayonnement est la lumière qui est émise par le laser; cette lumière peut être visible ou invisible à l’œil humain. Techniquement, seuls certains lasers utilisent la lumière amplification, mais le nom laser est encore utilisé pour un dispositif qui produit monochromatique (une seule couleur ou longueur d’onde), cohérentes (les ondes lumineuses sont suffisamment semblables pour se déplacer dans une direction) rayonnement.

Tous les lasers ont un milieu laser, une source d’énergie, et un résonateur. Le milieu à effet laser est un matériau qui peut être pompé (alimenté) par une source d’énergie (telle que la lumière ou l’électricité) dans un état d’énergie plus élevé. Après avoir été pompé, le milieu actif peut libérer cette énergie sous forme de rayonnement monochromatique. Le résonateur est un domaine qui permet à l’énergie libérée à l’accumulation avant d’être libéré. Un résonateur de base est une paire de miroirs à chaque extrémité du milieu à effet laser. Un miroir est complètement réfléchie de sorte que toute la lumière frappant reflète de nouveau dans le milieu actif; l’autre est partiellement réfléchissant de sorte qu’une partie de la lumière frappant réfléchit dans le milieu à effet laser et une partie de la lumière passe à travers elle pour sortir du laser astronomie. La paire de miroirs provoque la lumière pour réfléchir-et-vient à travers le milieu laser et s’aligner dans une direction, qui produit la cohérence de la lumière.

La théorie utilisée pour produire des lasers a été publié en 1958 par des chercheurs de Bell Labs. Le premier laser, construit en 1960 à Hughes Aircraft, a utilisé un morceau de rubis pour un milieu laser, lumière pour une source d’énergie, et des miroirs pour produire un résonateur. Le laser à semi-conducteur a été inventé en 1962 a utilisé un matériau semi-conducteur, semblable aux matériaux utilisés dans les transistors et les circuits intégrés pour un milieu à effet laser. Il a également utilisé (DC) de l’électricité courant continu, le courant produit par des batteries, pour une source d’énergie. Il utilise encore des miroirs de résonateur. Les premiers lasers à semi-conducteurs ont produit un rayonnement infrarouge non visible. lasers à semi-conducteurs actuels peuvent également produire de la lumière visible, le rouge étant le type le moins cher du laser à semi-conducteur et le vert, le bleu et le violet étant de plus en plus cher. Les lasers à semi-conducteurs utilisés dans les pointeurs laser sont également connus comme des lasers à diode car ils sont d’un type de diodes à semi-conducteur. Une diode passe facilement d’électricité dans une direction; des diodes électroluminescentes et des diodes lasers produisent une lumière lorsqu’un courant électrique passe à travers eux. électronique de semi-conducteurs sont devenus moins coûteux à produire depuis la fin des années 1950. Ils sont également devenus plus petits et nécessitent moins d’énergie. Ils sont devenus assez bon marché pour être utilisé dans les appareils électroniques grand public tels que les pointeurs laser dans les années 1980. des diodes lasers actuels sont de la taille d’une cellule sanguine. Ils produisent de la lumière qui est moins collimatée (déplacement tout en un sens) que la plupart des lasers parce que la brièveté de l’espace de résonateur. En raison de cela, ils ont besoin d’une sorte d’optique externe (lentilles) pour focaliser la lumière en un faisceau serré. Les diodes laser, comme beaucoup de dispositifs semi-conducteurs, sont fragiles et doivent être protégés de l’environnement et contre les surtensions. un circuit de commande de puissance, qui comprend généralement une photodiode (une diode qui produit de l’électricité quand la lumière frappe) pour contrôler la sortie de la diode laser, la diode empêche de recevoir trop ou trop peu d’énergie. La diode est protégée de l’environnement par un boîtier en plastique de sorte que soit ressemble la plupart des autres dispositifs semi-conducteurs qui sont utilisés sur les circuits.

Les premiers pointeurs laser coûtent des centaines de dollars, mais la demande et l’amélioration des méthodes de fabrication ont donné lieu à un prix inférieur à cinq dollars pour les types les plus coûteux. Il y a aussi plusieurs éléments qui intègrent les pointeurs laser, ou au moins les composants, tels que les viseurs laser pour armes à feu et des projecteurs avec haut-pointeurs laser.

Matières premières

Une diode laser est moins compliqué que de nombreux types d’équipements électroniques grand public. Il se compose d’une diode laser, une carte de circuit, un cas, l’optique, et un cas. Certains des composants électriques sur la carte de circuit et la diode laser sont constitués de matériaux semi-conducteurs, des métaux et des céramiques. Les matériaux semi-conducteurs comprennent des composés (matières en plus d’un élément pur) en aluminium, le gallium, l’arsenic, du phosphore, de l’indium, et des éléments similaires. Ces composés sont utilisés dans une variété de produits semi-conducteurs. Les semi-conducteurs contiennent également des métaux tels que l’aluminium, l’or et le tantale.

La carte de circuit est généralement constitué d’une résine (plastique) comme une résine époxy avec des fibres de verre pour renforcer. L’électricité est réalisée pour les différents composants sur la carte de circuit imprimé avec des lignes de métal tel que l’aluminium et le cuivre. Les composants individuels placés sur la carte de circuit comprennent des diodes, la diode laser, les condensateurs et résistances. des parties à semi-conducteurs, tels que les diodes sont encapsulées dans du plastique avec des fils métalliques qui sont connectés à des plots métalliques sur la carte de circuit imprimé avec de la soudure (un alliage de métaux traditionnellement fait de l’étain et du plomb, mais qui contient maintenant moins de plomb et d’autres métaux comme substituts). Les parties non semi-conducteurs, tels que des résistances et des condensateurs, sont constitués d’une variété de métaux, les plastiques et les céramiques (y compris le verre).

Les optiques de collimation peuvent être en verre, mais les plastiques acryliques moins coûteux sont utilisés dans la plupart des pointeur laser vert  3000mw. Le boîtier peut être constitué de tout matériau, tel que du métal, du plastique ou même du bois. Il contient du métal (généralement en laiton) contacts pour les batteries.

Conception

La conception du pointeur laser dépend des besoins électriques de la diode laser, la durée de vie souhaitée de l’alimentation, et la volonté de produire des petits produits de consommation. Les plus petits pointeurs laser sont moins de deux pouces de longueur, mais certains pointeurs laser sont conçus pour ressembler à des stylos. Les plus longs pointeurs laser peuvent contenir des piles AAA ou AA, qui fournissent une alimentation plus durable que les piles de montres utilisées dans les pointeurs laser plus courtes. La plupart des pointeurs laser utilisent deux ou trois batteries.

Le processus de fabrication

Le pointeur laser rouge est un pointeur laser le plus commun. D’autres pointeurs laser utilisent des ensembles de diodes laser, mais sont produits d’une manière similaire, de sorte que le pointeur laser rouge procédé de fabrication et le diagramme sont utilisés dans cet article.

La diode laser

1. La diode laser est produit dans une usine de fabrication de semi-conducteurs (une usine dans laquelle les matières semi-conductrices sont produites dans des conditions très propres et soigneusement contrôlées). Le substrat est le matériau de base sur laquelle d’autres matériaux seront déposés. Une tranche du substrat est produit, nettoyé et préparé. Ensuite, il passe par plusieurs étapes où des couches de matériau sont déposés sur elle. Certaines de ces couches ne sont que quelques atomes d’épaisseur. Ces couches peuvent être conductrices (métaux tels que l’aluminium et l’or) ou des semi-conducteurs (comme décrit ci-dessus). Ces couches peuvent également être modifiées par l’exposition à d’autres produits chimiques. Une fois que tous les matériaux sont ajoutés à la plaquette, elle est coupée en dés (coupé à l’écart, généralement en sections rectangulaires) dans les diodes individuelles. Les diodes sont testés soit sur la tranche ou après la séparation, et ceux qui ne fonctionnent pas sont mis au rebut (jetés). Utilisation des diodes laser sont ensuite conditionnés dans un récipient en plastique avec des fils métalliques de connexion électrique.

La carte de circuit

2. La carte de circuit contient le circuit qui rend la fonction de pointeur laser. Il contient l’interrupteur, la diode laser et les composants du circuit de commande, typiquement une photodiode, des diodes, des résistances et des condensateurs. Ces pièces sont placées sur la carte de circuit imprimé, parfois avec un adhésif, puis sont soudés en place. Le brasage est un processus dans lequel deux objets métalliques sont mis en contact et de la soudure est fondu autour d’eux de telle sorte que quand il se refroidit, il entoure les deux et les maintient ensemble. Solder est utilisé au lieu de la colle, car il colle au métal et parce qu’il conduit la chaleur et l’électricité.

L’optique de collimation

3. L’optique de collimation dans un pointeur laser 10000mw achat sont constitués d’une seule lentille qui focalise le cône de lumière sortant de la diode laser en un faisceau étroit qui produit une tache plus étroite sur une distance plus longue. Les lentilles de plastique sont moulés par injection, un procédé dans lequel du plastique fondu est forcé dans un moule. Les refroidit et se solidifie en plastique, puis le moule est tiré à part et l’objectif est retiré. Il est constant et poli à une surface lisse de sorte que la lumière de la diode laser ne sera pas rebondir sur des imperfections sur la surface.

L’assemblage de diode laser

4. La diode laser et l’optique de collimation sont mis ensemble avec un support en plastique pour former l’ensemble de diode laser. La plupart des ensembles de diodes laser ont un ressort métallique fixée à l’arrière. Ce printemps est en contact avec les piles de la diode laser et fait partie du circuit qui attire l’électricité à partir des batteries.

Construction Case et dernière assemblée

5. Le boîtier est un tube avec un espace pour l’assemblage de diode laser et les batteries. L’assemblage de diode laser est poussé ou vissé dans une extrémité du boîtier. L’intérieur du boîtier est en laiton ou a une bande en laiton (collé ou riveté en place) qui descend de l’espace de la batterie. La pièce de l’espace d’extrémité de batterie comporte également une surface de cuivre exposée ou est faite de laiton. Lorsque cette pièce d’extrémité est poussé ou vissé dans le boîtier, entre en contact avec l’autre côté de la batterie pour compléter le circuit électrique qui permet à l’écoulement d’électricité à partir des piles à l’ensemble de diode laser.

6. Le cas a également un bouton de commutation (un morceau de collage en plastique à travers un trou découpé dans le côté du boîtier) qui doit être appuyé et maintenu pour le pointeur laser pour travailler. Lorsque ce bouton est enfoncé, l’interrupteur sur la fermeture de la carte de circuit, l’électricité circule à partir des batteries à l’ensemble de pointeur laser, et le pointeur laser produit un faisceau de lumière.

7. Après le pointeur laser est assemblé et testé, une étiquette de sécurité est ajouté. Cette étiquette décrit la note du laser en termes de puissance de sortie, les notes qui les règlements régissant son utilisation, et avertit l’utilisateur d’éviter l’exposition directe des yeux.

Contrôle de qualité

Un fabricant de semi-conducteurs utilise des procédés qui ont été développés dans les laboratoires, puis transférés à l’usine de fabrication hautement contrôlé. Les diodes laser sont testées pour vous assurer qu’ils fonctionnent après la fabrication ainsi. Chaque autre composant est également testé pour vous assurer que cela fonctionne. La plupart des installations de fabrication vont tester au hasard leurs produits et utiliser des méthodes de contrôle statistique de fournir des produits de qualité.

Lorsque l’ensemble de diode laser ou pointeur laser est finalement assemblé, il sera alimenté et testé avec un dispositif de détection de lumière, tel qu’une photodiode, pour mesurer sa puissance de sortie. Les pointeurs laser sont des appareils laser IIIA Type et doivent produire 5 mW (milliwatts, un millième de watt) de puissance ou moins pour le marché des États-Unis. Les pointeurs laser pour le marché européen sont généralement des dispositifs laser de classe II et doivent produire moins de 1 mW. Ces restrictions sont à des fins de sécurité.

Byproducts / déchets

Les pointeurs laser contiennent des métaux, des plastiques et des pièces électroniques. Chacune de ces industries a des sous-produits de déchets spécifiques (solvants, gaz halocarbures, plomb, produits chimiques), mais l’assemblage de pointeur laser n’a pas de déchets spécifiques jusqu’à ce que le pointeur laser est disposé. Un pointeur laser contient de petites quantités de matières dangereuses, comme le plomb et certains semi-conducteurs toxiques. Comme les autres ensembles électroniques, il peut être plus sûr pour l’environnement à long terme, de recycler les composants, bien que ce soit cher et il y a peu de programmes en place pour recycler ou réutiliser l’électronique. Cela pourrait changer dans l’avenir.

L’avenir

pointeurs laser rouges sont les aujourd’hui la moins chère et la plus courante. Pointeurs laser vert ont des ensembles de diodes laser plus complexes et coûté des centaines de dollars. pointeurs laser bleu et violet seront bientôt disponibles à un prix plus élevé. types de diodes laser les plus récents descendent dans le prix que les volumes de production augmentent, afin de répondre à la demande, et que les processus de production à améliorer. Les lois qui restreignent l’utilisation de laser pointeur peut contrer cette tendance en provoquant une baisse de la demande en tant que pointeurs laser sont interdits dans les lieux publics.