elektornika

dr Miloš Slankamenac Elektronika i optoelektronika

Laseri malih snaga• Thodore Maiman - 1960• Male snage lasera su tipično ispod 1 W

• Nemaju veliki efekat na objekte na koje su usmereni

• Za neke primene laseri su samo kvalitetne i dugotrajne sijalice

• Za većinu drugih primena važnu ulogu kod lasera imaju koherentnost i velika usmerenost snopa

Osnovne osobine lasera malih snaga

ó Laseri proizvode veoma kontrolisanu svetlost, koja se može usmeriti precizno u malu tačku.ó Snopovi lasera malih snaga, fokusirani u malu tačku, mogu

imati velike gustine energije.ó Laserski snopovi mogu definisati pravu liniju.ó Laserska svetlost obuhvata samo uzak opseg talasnih dužina.ó Svetlost većine lasera je koherentna.ó Laseri mogu generisati veoma kratke impulse.ó Diodni i neonsko-helijumski laseri mogu da rade i više

desetina hiljada sati.ó Diodni laseri su veoma kompaktni i jeftini.ó Diodni laseri se mogu modulisati direktno na visokim

brzinama promenom struje napajanja.

Značajna ograničenja lasera koja utiču na njihovu primenu

ó Laseri ne emituju belu svetlost.

ó Jeftiniji laseri emituju crvenu svetlost; žuti, zeleni i plavi laseri su mnogo skuplji.

ó Koncentrisanost i usmerenost laserske svetlosti može biti opasna za oči kada se gleda direktno u laserski snop.

Očitavanje sa laserima

ó Očitavanje štampanih simbolaó Očitavanje trakastih oznaka proizvoda, na časopisima

i na drugim proizvodimaó Laserski snop osvetljava objekat sa kojeg se nešto

očitavaó Detektori svetlosti i elektronski prijemnici detektuju

sve što je osvetljeno i što se očitava

Laserski čitačbar-koda

LASER

ODBIJENA SVETLOST

SKENIRAJUĆI LASERSKI

SNOP

PROZOR ZA PROLAZ SNOPA

PROIZVOD (ARTIKAL)

ELEKTRONIKA(DEKODUJE SIGNAL)

IZ DETKTORA

BAR KOD

FILTER (PROPUŠTA SAMO LASERSKU )

SOČIVO

IZLAZNI SIGNAL

ROTIRAJUĆA OGLEDALA

DETEKTOR

Laserski čitač bar-koda (princip rada)Usmerač snopa (rotaciono ogledalo) skenira laserski snop na šaru bar koda na proizvodu. Laserska svetlost koja se reflektuje sa površine se fokusira u detektor, koji generiše električni signal proporcionalan sa svetlošću koja pada na njega. Iznos svetlosti koja se reflektuje zavisi od toga da li svetlost dolazi sa tamne ili svetle površine. Detektor i njegovo elektronsko kolo vide ove tamne i svetle zone kao periode kada je reflektovana svetlost odsutna ili prisutna i detektuje ih kao nule i jedinice. Stoga, skener konvertuje simbole sa bar-koda u elektronske signale.U marketima, na primer, jaka okolna svetlost iz prostorije osvetljava detektor, u isto vreme kada i laser. Međutim, laserska svetlost je koncentrisana na jednoj talasnoj dužini (632,8 nm za helijum-neonske lasere), dok svetlost u prostoriji sadrži sve komponente svetlosti iz spektra. Da ne bi bilo smetnji koristi se filter ispred detektora koji propušta samo željenu lasersku talasnu dužinu. Mali deo svetlosti u prostoriji postoji na talasnoj dužini lasera i ne utiče na očitavanje. Bez filtera, najveći deo prispele svetlosti na detektor bio bi iz same prostorije, što bi sprečavalo da se bar kodovi očitavaju tačno.

• He-Ne laseri se sve više zamenjuju sa diodnim laserima, koji rade na 635 nm• Ručni čitači bar koda rade na 670 nm

Laserski čitač bar-koda

Bar kod čitači se mogu podeliti prema nameni na:1. Ručne2. Fiksne omnidirekcione3. BežičneGeneralno, ručni bar kod čitači se koriste u situacijama kada nije potrebna njihova intenzivna primena (magacini, maloprodaja sa malim brojem kupaca i sl.) pošto ih za to opredeljuje njihova konstrukcija (jedna linija čitanja, pokretni delovi-kabl, padovi itd.).Fiksni omni direkcioni bar kod čitači se koriste u maloprodajnim objektima sa velikim brojem kupaca (samoposluge, robne kuće itd.) kao i u procesu proizvodnje na pokretnim trakama-konvejerima.Bežični bar kod čitači imaju široku upotrebu u industriji i pri radu na terenu, posebno kada su otežani uslovi rada kao što je kiša, čitanje bar koda na velikoj udaljenosti ili otpornost na mehaničke udare.

Ručni čitači su mnogo jednostavniji i jeftiniji od fiksnih skenera, ali oni moraju da prelaze direktno iznad simbola koje očitavaju. Zbog ovoga nije potrebna optika za skeniranje, jer korisnik pomera snop čitača. Držanjem čitača blizu simbola smanjuje se spoljna svetlost, i zbog toga nisu potrebni skupi filtri. Postavljanjem čitača blizu bar koda ne mora se koristiti jako usmereni snop. Mnogi ručni čitači u stvari koriste LED umesto lasera. Ovo dalje smanjuje cenu, što proširuje njihovu primenu.

Štampači bar kod etiketaZbog svojih elektromehaničkih osobenosti bar kod štampači se znatno razlikuju od standardnih računarski štampača. Njihova osnovna namena je štampanje bar kodova na samolepljivim nalepnicama, sa i bez pred-štampe. U te svrhu koriste se Direct Thermal (DT) i Thermal Transfer (TT) tehnologije.Kod DT načina štampe koristi se termalno osetljiv papir na kome ostaje crni otisak izazvan toplotom glave štampača koja je u ovom slučaju u neposrednom kontaktu sa papirom. Odlike ovakve štampe su kvalitetan otisak i kratak vek, ograničen osetljivošću termalnog papira na svetlo.Kod TT tehnologije koriste se specijalni riboni, zavisno od materijala na kome se štampa, čime se postiže kvalitetan otisak i dug vek trajanja, kao i u određenim slučajevima otpornost na mehanička habanja i hemijske reakcije. Važno je napomenuti da je od svih vrsta štampača TT tehnika bar kod štampača najkvalitenija.Na slici se vidi razlika u "pokrivenosti" kod različitih tehnika štampe što dovodi do zaključka da rezolucija štampača nije ključna osobina. Nesumnjivo je da TT tehnologija obezbeđuje najkvaliteniji otisak neophodan za detekciju sa bar kod čitačima.

Lasersko zapisivanje i štampanje

LASERSKENIRAJUĆI

SNOP

TAČKE ISPISANE NA FOTO-OSETLJIVU POVRŠINU

POVRŠINA ILI SNOP SE MORAJU POMERITI DA BI SE UPISALA NOVA LINIJA

SKENER

Koncept je šematski prikazan na slici. Laserski snop se uključuje i isključuje dok se kreće po površini koja je osetljiva na svetlost. Kada je snop uključen, upisuje se tamna mrlja, kada je isključen ne menja se površina osetljiva na svetlost. Kada laser završi ispisivanje jedne linije, ili površina ili snop se malo pomere, tako da laser može da upiše još jednu liniju.

Fotokopir aparatiU fotokopir aparatu jaka svetlost lampe osvetljava stranicu koju želimo da

kopiramo, svetlost se odbija od ogledala i usmerava se na CCD elemente iAD konvertore koji svetlosnu informaciju o slici pretvaraju u digitalnepodatke.

Na osnovu ove slike elektronika upravlja laserskim zrakom, koji nafotoosetljivom bubnju kreira virtuelnu sliku. Inicijalno, ceo bubanj jepozitivno nalektrisan. Laserski zrak skenira duž površine bubnja, teselektivno vrši negativno naelektrisanje tačaka na površini bubnja - onetačke na kojima treba da bude otisak postaju negativno nelektrisane.Širina bubnja odgovara širini papira na kojem će se štampati slika, svakatačka na bubnja odgovara tački na papiru. Laserski zrak ima ulogu daosvetli ona mesta na kojima treba da bude otisak i na njima će se zadržatičestice tonera.

Papir se pre nailaska na bubanj polariše pozitivno tako da se suprotnonaelektrisnae čestice lepe na papir čim on naiđe na fotoosetljivi bubanj.Sada je još potrebno „fiksirati“ otisak termo putem, tako da je dobijeniotisak otporan na spoljne uticaje.

Fotokopir aparati

Laserski štampači

Princip rada laserskih štampača identičan je radu fotokopir uređaja. Strana koja se štampa šalje se u internu memoriju štampača koja kreira virtuelnu sliku stranice (bitmap matricu tačaka koje čine sliku). Na osnovu ove slike elektronika štampača upravlja laserskim zrakom, koji na fotoosetljivom bubnju kreira virtuelnu sliku.

Inicijalno, ceo bubanj je pozitivno nalektrisan. Laserski zrak skenira duž površine bubnja, te selektivno vrši negativno naelektrisanje tačaka na površini bubnja - one tačke na kojima treba da bude otisak postaju negativno nelektrisane. Širina bubnja odgovara širini papira na kojem će se štampati slika, svaka tačka na bubnja odgovara tački na papiru. Laserski zrak ima ulogu da osvetli ona mesta na kojima treba da bude otisak i na njima će se zadržati čestice tonera.

Papir se pre nailaska na bubanj (valjak) polariše pozitivno tako da se suprotno naelektrisnae čestice lepe na papir čim on naiđe na fotoosetljivi bubanj. Sada je još potrebno „fiksirati“ otisak termo putem, tako da je dobijeni otisak otporan na spoljne uticaje.

Laserski štampačiŠestougaona prizma, koja stalno rotira, skreće laserski zrak po celoj dužinivaljka. Jedna stranica prizme usmerava laserski zrak duž jedne linije. Kadase nova stranica prizme nađe ispred zraka, usmerava ga na početak reda.Istovremeno, valjak se obrne za određeni stepen i praktično započneštampanje nove linije.Valjak pri obrtanju prolazi kroz toner koji se lepi za valjak na onim mestima koja su obrađena laserskim zrakom. Toner je veoma fini crni prah koji je pozitivno naelektrisan, tako da biva privučen negativno naelektrisanim tačkama na površini valjka. Zato, nakon punog okreta valjka, površina valjka sadrži celu sliku sa selektovanim crnim tačkama. Na taj način, kada se valjak okrene za ceo krug, ispišu se sve linije i dobija se cela stranica. Pored valjka, na kojem je formirana slika, na vrlo malom rastojanju prolazipapir, ali ga nedodiruje. Naelektrisani toner prelazi na papir formirajućisliku. Papir zatim prolazi kroz sistem za sušenje koji trajno učvršćuje tonerzagrevajući ga do 200 C. Posle štampanja valjak se očisti i spremi zaštampanje nove stranice.

Rad laserskih štampača

Laserski štampači

Laserski štampači

Laserskištampači

Laserski štampači

Posebnu podvrstu tehnologije za laserske štampače razvio je OKI. Umesto laserskog zraka za osvetljivanje fotoosetljivog valjka koristi se serija LE dioda - tzv. LED tehnologija.Ona se u principu ne razlikuje od klasične prethodno opisane. Zbog toga što ova tehnologija ne zahteva rotaciono ogledalo, mehanizam za ispis je jednostavniji a samim tim i jeftiniji. Uprkos tome rezultati ispisa dobijeni ovim sistemom ne razlikuju se od klasičnih laserskih štampača.Kolor laserski štampači rade na istom principu kao i monohromatski osim što se slika koju generiše šalje na 4 foto-osetljiva valjka (crni, magenta, cyan, žuta) koji formiraju negativ slike u svojoj nijansi, a one se potom putem prenosnih valjaka (koji često vrše i fiksiranje otiska) prenose na papir.

Pravljenje štampanih ploča sa laserimaó Još jedna primena lasera je za pravljenje štampanih ploča za

novine i knjige. Novinari pišu članke u računaru, gde se tekst formatira u obliku spremnom za štampanje. Zatim laservelike rezolucije skenira ploče koje su osetljive na svetlost, zapisujući reči i slike koje treba štampati. Ove ploče se koriste za kasnije serijsko štampanje.ó Ova tehnika se može proširiti na pravljenje kopija novina

preko satelitskih ili internet komunikacija. Elektronske informacije koje služe za formiranje osnovnih stranica se kodiraju i zapisuju, zatim se šalju na udaljene štamparije gde se laserski zapisivači koriste za pravljenje štampanih ploča koje se tamo koriste za štampanje. Na primer, ovu tehniku koriste američke novinske agencije, kao što je The Wall Street Journal and USA Today i mnoge novinske kuće u Evropi.

Industrijski laseri za graviranje i rezanje

Ovi tipovi lasera treba da imaju veliku brzinu graviranja i usklađen snop laserskog zraka na celoj površini radne ploče.

LASERI od 150 i 400W režu metal, a zadržavaju sve osobine koje imaju CO2 graverski laseri sa brzinama graviranja i do 150 inča (3,8 metara) u sekundi.Podešavanje rezolucije moguće je od 50 do 1200dpi, a najčešće korišćene rezolucije su 300 i 600dpi.Brzinu rezanja i graviranja određuje veličina lasera, materijal koji se obrađuje i željeni kvalitet ivice (ruba). Pravolinijsko rezanje će biti brže nego mali rez zamršenih linija.Tipične brzine rezanja su od 6 inča (152mm) u minuti do 600 inča (15,24 metara) u minuti. Brzina zavisi od materijala koji se reže i snage lasera.

CNC GRAVIRANJE

Graviranje je tehnički postupak urezivanja dizajna (linija, ukrasa, znakova, likova) u tvrdu, obično ravnu površinu, pravljenjem brazda u njoj. Rezultat graviranja može biti sam dekorirani predmet ako se gravira srebro, zlato, čelik ili staklo, ili može omogućiti izradu dubokotiskarskih ploča od bakra ili drugog metala za tiskanje slika na papiru kao tisaka ili ilustracija. Otisak urezanih slika naziva se gravura ili gravira.CNC graviranje pruža mogućnost da na materijalu po izboru iscrtate kompleksne oblike, logotipe i tekst uz maksimalnu finoću linija. Ovo je naročito značajno za marketinške agencije koje na ovaj način mogu svojim klijentima ponuditi personalizovane reklamne poklone i elemente enterijera.Materijali: Drvo (hrast, bukva, jasen, medijapan), klirit (pleksiglas), plastika, guma za pečate, staklo, koža, guma, tekstil, presovani sunđer (EVA pena), keramika, kamen, mermer, hromirani metal, magnetnistikeri.

CNC GRAVIRANJE

Mogućnosti CNC graviranja su:- Natpisi na nemetalima i metalima i drugim materijalima- Izrezivanje raznih reklamnih panoa.- Rezanje pleksigasa- Graviranje stakla

Primena laserskog graviranja i laserskog rezanja je neograničena, od izrade reklamnih ploča za firme, natpisnih pločica za vrata, putokaza, oznaka, ID pločica, pečata, unikatnih privesaka, graviranja bokala, pehara, medalja, privesaka, flaša, čaša, kutija za poklone, kutija za nakit, kutija za olovke, kutija za vina ili cigarete, olovaka, upaljača, tanjira, pribora za jelo, keramičkih pločica, nalepnica,....


Primer: Kompjuterom vođen KERN HSE LASER može rezati drvo, metal, plastiku, kožu, gumu i druge materijale tačno i pravilno.7 inča (177mm) duboki vakuumski sto zajedno sa aluminijskim saćem izbacuje napolje dim i krhotine od reza materijala koji se reže ili gravira. Svi uređaji ovog tipa imaju vakuum vrh koji se nalazi kod postolja za izbacivanje dima i pare kod graviranja.KERN LASERI se isporučuju sa računarom, hladnjakom, vacuum sistemom, CorelDRAW i KCAM software-om.


Primeri graviranja i rezanja:






Primeri graviranjai rezanja:




Pogledati video klipove demonstracija laserskog graviranja na www.youtube.com/ Ključne reči za pretragu: lasersko graviranje

http://www.youtube.com/

Spektroskopska merenja

ó Spektroskopija predstavlja merenje talasnih dužina apsorbovane i emitovane svetlosti u različitim materijalimaó Materijali apsorbuju i emituju svetlost na karakterističnim

talasnim dužinama zavisno od unutrašnjih energetskih nivoa.ó Ova merenja mogu indentifikovati materijal, odrediti boju i

količinu materijala i pomažu u analizi njihovih osobina.

Osnovne vrste spektroskopije:ó Floroscentna spektroskopijaó Apsorbciona spektroskopija

Floroscentna spektroskopija (FS)

ó FS predstavlja merenje talasne dužine emitovane svetlosti iz materijala koji je osvetljen sa svetlošću manje talasne dužine. Talasna dužina emitovana svetlost zavisi od prirode materijala i od talasne dužine svetlosti iz izvora svetlosti.ó Pretpostavimo da želimo da posmatramo novo proizvedeno

platno, da vidimo da li je zaprljano i ako jeste da ga ne pustimo da ide u prodaju. Znamo da prljavština ima flourscentnu emisiju od 450 nm kada se osvetli sa impulsima od 308 nm iz ksenon hloridnog lasera. ó Možemo i premotavati platno koje je osvetljeno sa jednim ili više

laserskih impulsa. Gledamo izlaznu svetlost kroz uski filter od 450 nm. Ako prođe više od određenog broja impulsa znamo da je platno zaprljano sa npr. uljem i da se mora skloniti iz prodaje.ó Ista ideja se može koristiti za detektovanje drugih nečistoća, ali

tada moramo koristiti druge lasere i druge filtre za posmatranje floroscentnih dužina.

Jednostavna flouroscentna spektroskopija koja detektujeemisiju 450 nm svetlosti

FILTER BLOKIRA LASERSKU SVETLOST

450 nm FLOROSCENCIJA

PREDAJNIK

XaCl LASER

SENZOR VIDI FLORUSCENCIJU NA 450 nm

ODBACUJE SE ZBOG FLOUROSCENCIJE

NEPREKIDNA TRAKA

308 nm LASERSKA SVETLOST

OK - NEMA FLORUSCENCIJE

Apsorbciona spektroskopija (AS)

ó AS je analogna emisionoj spektroskopiji, sa razlikom da otkriva materijale preko karakterističnih talasnih dužina koje se apsorbuju. Apsorbciona spektroskopija se zasniva na određivanju talasne dužine koja je odstranjena u propuštenoj svetlosti kroz neki materijal.ó Nije potrebno uvek koristiti lasersku apsorbcionu spektropiju. Može se

raditi sa prostim izvorom svetlosti koji emituje spektar vidljive svetloti i zatim analizirati propuštenu svetlost i videti koje su talasne dužine apsorbovane. ó Međutim, laseri daju mnogo finiju rezoluciju, tako da se može

precizno otkriti koja je talasna dužina apsorbovana. Sa običnom svetlošću možete samo znati da je apsorbcija oko 650 nm. Laser može da vam kaže da su apsorbovane talasne dužine u opsegu od 649,87 do 650 nm. Laser može precizno koncentrisati svetlost na samo jednoj talasnoj dužini, tako da se mogu primetiti veoma slabe apsorbcije koje se ne vide sa drugim tehnikama.

Apsorbcionaspektroskopija

Optički diskovi i pamćenje podatakaó različite vrste informacija se mogu sačuvati na

optičkim diskovima (video, audio, podaci,....)ó CD - ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RW

Tehnologija optičkih diskova

ó Posebni materijali površine diska (materijal menja optička

svojstva u zavisnosti da li se upisuje 1 ili 0)

ó 780 nm diodni laser ó Laseri sa kraćim λ mogu upisivati i čitati manje motive i

samim tim obezbediti veću gustinu podatakaó Svetlost iz poluprovodničkog lasera se fokusira na površinu

diska koji se veoma brzo okreće. Na površinu diska laser urezuje male tačke (jame), koje imaju utisnute bitove sa drugačijim indeksom odbijanja.ó Prilikom čitanja diska laserska svetlost koja se odbija sa

diska usmerava se na fotodektor, koji daje izlazni električni signal. Rezultat je niz impulsa koji odgovaraju informaciji koja je zapisana na disk.

Sistem optičkog diska

Sl. 4.12.

DIODNILASER

SNOP ZAOČITAVANJE

DETEKTOR

ODBIJENASVETLOST

DELITELJSNOPA

GLAVA ZA OČITAVANJE(MNOGO JE BLIŽA DISKU)

ELEKTRIČNI SIGNAL ZAELEKTRONIKU ZA DEKODOVANJE

SVETLOST SE FOKUSIRANA TRAKU ZA OČITAVANJE

OPTIČKI DISK

BITOVIPODATAKA

SOČIVO

Komunikacija sa optičkim vlaknima

ó Optička vlakna postaju dominanatan medijum za telekomunikacije i prenos informacija na veća rastojanja. ó LED diode se koriste kao predajnik na manjim

rastojanjima ó poluprovodnički laseri se koriste kao predajnik na većim

rastojanjimaó površna emitovanja je nekoliko mikrometara ó Prva generacija lasera je radila na 800 do 900 nm –

GaAlAs laserió Druga generacija npr. InGaAsP lasera radi na 1300 nm i

1500 nm

Princip optičkih telekomunikacija

Tipični gubici od 0,4 do 0,5 dB/km u opsegu od 1300 nm i 0,2 do 0,3 dB/km na 1550 nm.

PRIMENA LASERA ZA PORAVNANJEI ISPIS PRAVE LINIJEó Laserski instrumenti za ove primene koriste vidljivu crvenu svetlost iz

helijum neonskih lasera niske snage ili diodnih lasera. Oni imaju jednostavne zadatke za snimanje i takođe se koriste u građivinarstvu i poljoprivredi.

ó Jedan od najvažnijih primena lasra u građevini je određivanje ravnih površina za tavanice ili zidove. Laser se postavlja na tronožac, sa zrakom usmerenim na prizmu koja usmerava svetlosni zrak. Prizma se okrene za pun krug, upućujući zrak na zidove. Pogodnim podešavanjem laserskog generatora ravni obrće se laserska tačka na zidove na istoj visini. Ako se obrne laserski zrak za 90 stepeni, obeležavaju se osnove zidova.

ó U poljoprivredi, laserski zraci definišu nagibe polja koja se navodnjavaju. Nagib treba da je dovoljan da voda teče i ne pravi bare, ali ne i suviše veliki da voda ne prolazi suviše brzo. Laser montiran na tronošcu može da daje liniju pod odgovarajućim uglom (npr, 1 stepen od horizontale). Senzori mogu da se montiraju i na opremi za automatsko pravljenje nagiba oruđa koji obrađuju njivu.

Holografijaó Pronašao inž. Denis Gabor 1948

godine,ó Način za poboljšanje rezolucije

elektronskog mikroskopa. ó Registracija amplitude, i fazeó Rekonstrukcija celog svetlosnog

talasa - 2Dó Emet Lejt i Juris Upatejnks su

počeli da prave laserske holograme

Holografija

Merenja zagađenja

ó Može se koristiti CO2 laser za osvetljavanje dima i meriti talasne dužine odbijene svetlosti.

ó Kombinacijom laserskih tehnika može se meriti, sa zemlje, koncentracija ozona (O3) u visokoj atmosferi.

Šalju impuls u atmosferu na različitim λ i posmatraju vraćeni signal. Upoređenjem vremena povratka moguodrediti nadmorsku visinu.

Upoređivanjem jačina na talasnim dužinama koje su osetljive na ozon i koje nisu osetljive može se odrediti veličina ozona

Biomedinciska dijagnostika

ó Instrumentacija biomedicinskih merenja koristeapsorbcionu i flourscentnu spektroskopiju

ó Kada se osvetle sa XeCl laserom sa 308 nm mogu otkriti ćelije raka koje su flourscentne na 480 nm

ó Svaki put kada prođe ćelija krvi kroz tanku cev ona zakloni detektor od svetlosti koju emituje laser.

Umetnost i zabava

ó Displeji i svetlosne predstaveó Laserski zraci u pozorištu, palanetarijumuó Ogledala odbijaju laserske snopove tako da prave slike

pri delovanju sa česticama u vazduhu, odbijanju od oblaka, obližnjih kuća ili zastoraó Skenirajuće slike se mogu kontrolisati sa muzikom,

kompjuterskim programom ili sa nekim operaterom ó Laseri na bazi organskih boja, većinom koriste argon i

kripton-jonske lasere koji daju snage od 1 W ili više na nekoliko vidljivih talasnih dužina

Documents

elektornika