Man funderar inte särskilt mycket över hur lasern fungerar och hur den har kommit till. Detta är dock ett väldigt intressant ämne.

Laserteknik förekommer i flera industriella, medicinska anordningar och kan hittas i nästan varje hem. Fiberoptiska nät, laserskrivare, lasertermometrar, CD-ROM/DVD-läsare , streckkodsläsare – alla dessa anordningar använder sig av laser.

Var kommer lasern ifrån?

Laserstrålens historia börjar 1960, trots att den teoretiska modellen skapades mycket tidigare, nämligen 1917. Det var då den välkända vetenskapsmannen, Albert Einstein, kom fram till att några av de minsta partiklarna, dvs. aktiva atomer kan emittera ljus. På den tiden fanns dock inte rätt teknologi för att kunna bekräfta Einsteins teori. Genombrottet skedde mycket senare, 1954, då tre amerikanska vetenskapsmän (Charles Townes, James Gordon och Herbert Zeiger) lyckades få en atom att emittera mikrovågor. Så här byggdes den första masern (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation – mikrovågsförstärkning genom stimulerad emission av strålning) – en anordning som emitterar stark, styrbar stråle av mikrovågor. Denna bedrift fick stor uppmärksamhet bland vetenskapsmän och gav upphov till fler experiment. Lasern (namnet är en akronym av ”Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” — ljusförstärkning genom stimulerad emission av strålning) uppfanns 6 år senare. Den första som lyckades få en atom att emittera synligt ljus var den amerikanska vetenskapsmannen Theodore Maiman. Då en stor blixtlampa med en korundkristall med krom (rubin) inuti blixtrade till, började laserepoken.

Hur fungerar laser?

Det enklaste svaret, som visserligen inte är särskilt noggrant, är att laser lyser. Om det sägs att laser lyser, varför, när vi använder en laserpekare som ofta finns i skolor och konferenssalar, syns bara en enda punkt på skärmen istället för att hela rummet lyses upp? Skillnaden mellan en vanlig glödlampa och laser ligger först och främst i koncentrationen av ljus. I den förstnämnda är fotonerna utspridda och rör sig åt alla håll, vilket gör att en glödlampa kan lysa upp ett mörkt rum. I en laser är det helt tvärtom. Ljuset koncentreras i en enda punkt så att det bildas en stråle där fotonerna rör sig nästan parallellt mot varandra. Det är just därför som vi bara får se en liten punkt belyst av ljuset som är koncentrerat på den när vi kör igång en laser.

För att förstå hur laser fungerar, föreställ dig en liten låda vars insida är täckt med speglar och där det finns ett par fotoner. Dessa partiklar kommer att oavbrutet röra sig runt inuti lådan och studsas från speglarna. Varje gång en foton studsar frigörs en portion energi som är en exakt kopia av fotonen. Vid varje studsning ökar antalet ljuspartiklar tills den kritiska punkten uppnås. Då bryter fotonerna igenom lådans vägg och bildar en ljusstråle med mycket intressanta egenskaper.

Dagens lasrar utgörs främst av laserdioder som bygger på ljusreflektionen som beskrivits tidigare. Laserdioder påminner lite grann om klassiska LED-dioder  som dock skiljer sig i att det finns en slags resonanslåda mellan N- och P-halvledare. Den består av flera lager som helt eller delvis kan reflektera ljuspartiklar för att sedan fokusera ljuset i en enkel stråle.

Laser inom elektronik

Tack vare sina egenskaper används laser ofta inom elektronik. Det finns väldigt många anordningar och element som använder sig av upprepad ljusreflektion. Här nedanför presenteras en del av dessa:

Laserdioder

När man pratar om laser, tänker man oftast på en vanlig laserdiod. Vi har redan beskrivit dess uppbyggnad tidigare. Effekten är den viktigaste parametern och den avgör hur ljus lasern är. Det finns dioder med en effekt från 5 mW upp till 115000 mW. Till och med lasrar med liten effekt kan vara hälsofarliga. Den får inte riktas direkt mot ögonen då detta kan orsaka bestående synskador.

Laserdiod: ADL-63102TL-3

Laserdioder emitterar oftast rött ljus men det finns även infraröda varianter. De är oftast försedda med ett TO9, TO18 eller TO56 hölje och är avsedda för hålmontage.

Lasermoduler

Lasermodul : FP-D-650-1-C-F

Vanliga dioder används exempelvis i färdiga moduler som emitterar denna typ av ljus. Inuti finns en diod med elektroniska tillbehör som är till för att kontrollera modulen. Lasermoduler utförs ofta i cylindriska former med jämna mått. Det är viktigt att gå igenom sådana parametrar som effekt, matningsspänning, färg och typen av emitterad stråle. I och med att lasermodulen är utrustad med optiska huvuden, kan den emittera typiska raka ljusstrålar och även elliptiska, kors- och linjeformade strålar. Element av denna typ används ofta inom automatiska industrianordningar, särskilt ljusgardiner.

Fiberoptiska kablar

Laserteknologi kan även förknippas med fiberoptiska kablar. Det är inte så konstigt i och med att båda dessa lösningar bygger på liknande regler. En fiberoptisk kabel som i själva verket är en halvgenomskinlig struktur av glasfiber möjliggör överföring av ljus som informationsmedium. Källan som avger ljuset där informationen lagras kan vara en laserdiod som nämnts tidigare eller i vissa fall även en klassisk LED-diod. Tänk dock på att en fiberoptisk kabel inte lämpar sig för alla sammanhang då den anpassas till en viss specifik typ av transmission.

Fiberoptisk pigtail : FIBRAIN-PIG-001

Lasersensorer

Avståndssensorer : HG-C1200-P

En annan typ av anordningar som använder sig av laserstrålar är olika typer av laserbaserade avståndssensorer. Dessa små konstruktioner används ofta inom industribranschen där de kontrollerar maskinanläggningar. Denna typ av sensorer fungerar på ett ganska enkelt sätt. De emitterar en ljusstråle. Om strålen studsas av ett detekterat objekt, träffas den av ett fotoelement som skickar rätt signal till exempelvis en PLC-drivenhet. Oftast monteras ljussändaren och mottagaren i samma hölje, men det finns även konstruktioner där de utgör två separata element. Denna lösning gör det möjligt att exempelvis detektera en LCD-modul som korsar laserstrålen som emitteras av sändaren medan den rör sig längs produktionslinjen.

Lasersensorer har flera olika parametrar, bl.a.räckvidd, utgångsinställning, arbetslägen, typ av hölje, frekvens, täthetsklass eller inkapslingsmaterial. Ta gärna hänsyn till allt detta innan du väljer en sensor.

Fotoelement

Element som kan detektera en ljusstråle är exempelvis fotodioder . Dessa små halvledarelement placeras i höljen där ena väggen är genomskinlig så att laserljuset faller direkt på elementets kromkärna. Likt andra dioder bygger en fotodiod på en P-N-koppling som absorberar ljuset som faller på den. Detta leder till att elektroner letar sig in i ledarbandet så att strömmen som går igenom elementet ökar. 

Fotodiod: BPW20RF

Det finns fotodioder med höljen avsedda för THT hålmontage samt SMD ytmontage. När det gäller dioder av denna typ, finns det ett par parametrar som är viktiga att tänka på: känslighet (våglängd i punkt), synvinkel, på- och frånkopplingshastighet och effekt.

Temperaturmätare

Pyrometer: FLK-62MAX

Användningen av laser inom elektronik är inte begränsad till moduler och elektroniska element. Det finns även färdiga anordningar som bygger på laserteknologi. Här avses bland annat laserbaserade pyrometrar , dvs. beröringsfria temperaturmätare. Deras funktion går ut på att mäta våglängden på den infraröda strålning som emitteras av ett objekt. Det uppmätta värdet räknas sedan om till temperatur. Anordningar av denna typ är ofta utrustade med en extra röd laser som med sin ljusstråle pekar på punkten som mäts.

Laseravståndsmätare

Ett annat exempel på mätapparater som använder sig av laserteknologi är laseravståndsmätare. Anordningar av denna typ gör det möjligt att på ett enkelt sätt mäta avståndet från ett objekt och används därmed ofta inom byggbranschen, lantmäteri och underhållsavdelningar. Anordningen emitterar en ljusstråle som studsas och återvänder till fotoelementet. Sedan beräknar avståndsmätaren avståndet utifrån fasförskjutningen mellan ljuset som sänts ut och tagits emot. I sin funktion påminner den lite grann om laseravståndssensorer.

Avståndsmätare: LM50A

Laservarvtalsmätare

Varvtalsmätare: RPM33

En varvtalsmätare är en anordning som på ett enkelt och noggrant sätt kan mäta RPM rotationshastighet (Revolutions Per Minute). Mätningen sker beröringsfritt och bygger på laserteknologi. Den fungerar på ungefär samma sätt som de tidigare nämnda anordningarna – ljusstrålen hamnar på ett roterande objekt och en del av den återvänder när den har studsat mot ett reflekterande element. Anordningen räknar antalet studsningar och beräknar rotationshastigheten.

Streckkodsläsare

Anordningar som finns både i butiker och lager eller produktionsanläggningar är streckkodsläsare . De använder sig också av laser. Varje scanner av denna typ har två element: en laserdiod eller en LED-diod med hög ljusstyrka och en fotodetektor. Dioden emitterar en ljusstråle som hamnar på spridningslinsen. Om ljuset som spridits träffar en streckkod, studsas det, men bara av kodens vita delar. De mörka strecken kommer att absorbera allt ljus. Man kan säga att det som detekteras i streckkoder är utrymmena mellan strecken. Ljusstrålen som har studsats och fördelats av streckkoden hamnar på fotodetektorn som med sina elektroniska komponenter omvandlar ljuset till elektriska impulser som sedan skickas till t.ex. datorn kopplad till kassan.

Streckkodsläsare : QOLTEC-50860

Dessa anordningar och element är givetvis inte alla laserbaserade produkter i TME:s sortiment. Om man bara tar en titt på denna del av vårt utbud får man veta hur praktisk och flerfunktionell laserteknologi är.

Texten är framtagen av Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.