Лазер и отражение лазерного луча

[Сергей]

Решил создать данную тему для изучения и понимания природы лазера и самое основное его отражения от объектов. Информации в интернете очень немного. Сегодня несколько часов лопатил сеть и кое-чего интересного нашел для нашего общего дела. Кому интересно присоединяетесь. Начнём с теории.

---------- Post added at 17:32 ---------- Previous post was at 17:31 ----------

Лазер, источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Слово "лазер" составлено из начальных букв (аббревиатура) слов английской фразы "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation", что означает "усиление света в результате вынужденного излучения".

---------- Post added at 17:33 ---------- Previous post was at 17:32 ----------

Общие сведения о лазерах.
Лазерное излучение представляет собой электромагнитное излучение, которое может быть как видимым, так и невидимым. Видимость (невидимость) лазера определяется длиной волны его излучения. Длина волны лазеров практически соответствует длине волн видимого света, а также инфракрасного диапазона волн.
Нам кажется, что свет (например, от лампы) непрерывен, но на самом деле он состоит из множества фотонов со случайной длиной волны и случайной фазой. Это приводит к тому, что излучение, образуемое этими фотонами, распространятся в разные стороны, в результате чего оно имеет незначительную интенсивность, убывающую в пространстве, и свет является “белым”, т.е. в нем присутствуют самые различные волны. К особенностям же лазерного излучения можно отнести его интенсивность, направленность, когерентность и узкий диапазон длин волн. Для темы нашего разговора определяющими будут первые два свойства лазерного излучения. Рассмотрим эти свойства лазеров.
1. Интенсивность. Свет от обычной лампы рассеивается в большой области пространства, и его интенсивность убывает, по мере удаления от источника излучения. Лазерный же луч так сильно сфокусирован, что значительное количество фотонов одновременно попадает в незначительную по размерам точку. И поскольку сечение лазерного луча очень мало, в этой области концентрируется огромная энергия. Таким образом, даже незначительный по мощности источник света создает высочайшую плотность энергии в малом объеме пространства, а, значит, луч лазера обладает высокой интенсивностью.
2. Направленность. Направленность лазерного луча создается оптической системой, точнее сказать двумя зеркалам, образующими оптический канал. Чаще всего в лазерах имеется два зеркала: полностью отражающее и полупрозрачное, между которыми находится источник света и возбужденная среда. Лазерный луч проходит через возбужденную среду лазера, его амплитуда увеличивается при сохранении синфазности излучения, попадает на полностью отражающее зеркало и меняет свое направление на обратное. Отраженный луч снова проходит через возбужденную среду, еще больше усиливаясь. Далее попадает на полупрозрачное зеркало, и так как интенсивность луча пока еще незначительная, отражается от полупрозрачного зеркала, снова проходит через возбужденную среду и т.д. Когда луч будет достаточно усилен, и его мощность станет высокой, полупрозрачное зеркало пропускает луч наружу, после чего он может проходить значительные расстояния без особой потери энергии, так как лучи являются практически параллельными.

 

[Сергей]

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 отраженного луча будет близким к направлению падающего луча, как того и требует закон.
Закон отражения, как любой закон природы, был получен на основании наблюдений и опытов. Можно его вывести и теоретически — формально он является следствием принципа Ферма (но это не отменяет значимости его экспериментального обоснования).
Ключевым моментом в этом законе является то, что углы отсчитываются от перпендикуляра к поверхности в точке падения луча. Для плоской поверхности, например, плоского зеркала, это не столь важно, поскольку перпендикуляр к ней направлен одинаково во всех точках. Параллельно сфокусированный световой сигнал — например, свет автомобильной фары или прожектора, — можно рассматривать как плотный пучок параллельных лучей света. Если такой пучок отразится от плоской поверхности, все отраженные лучи в пучке отразятся под одним углом и останутся параллельными. Вот почему прямое зеркало не искажает ваш визуальный образ.
Закону отражения подчиняется не только свет. Любые электромагнитные волны — радио, СВЧ, рентгеновские лучи и т. п. — ведут себя в точности так же. Вот почему, например, и огромные принимающие антенны радиотелескопов, и тарелки спутникового телевидения имеют форму вогнутого зеркала — в них используется всё тот же принцип.

Облучаемые лазерным излучением упругие колеблющиеся предметы могут зеркально или диффузно отражать лазерный луч. Диффузное отражение света (см. рисунок 1) происходит от всех шероховатых поверхностей. Для определения хода отражённого луча такой поверхности в точке падения луча проводится плоскость, касательная к поверхности, и по отношению к этой плоскости строятся углы падения и отражения.

Зеркальное отражение света– это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (см. рисунок 2). Отражающая поверхность в этом случае называется – зеркальная поверхность. Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.

 

[Сергей]

Вот какой мне попался мини материал по поводу лазерного измерителя скорости.

Вероятность рассеивания отраженного луча очень мала, так как он (луч) направленный и после отражения следует обратно к измерителю. Если в момент его обратного пути впереди идущая машина сманеврировала на пути луча, тогда он рассеется и МОЖЕТ БЫТЬ попадет в линзу приемника радар-детектора. Вероятность этому крайне ничтожна. Да, и САМОЕ ГЛАВНОЕ, что лазерные измерители скорости меряют скорость выборочной цели (инспектор сам выбирает чью скорость ему проанализировать) и моментально, не оставляя жертве никаких шансов на спасение.

Это вроде бы понятно.

Теперь.
По факту вероятность приема лазерных измерителей скорости любым радар-детекторов установленным в салоне автомобиля (не стекле или приборной панели) крайне мала. Почему? Дело в том, что лазер - это световая волна. Если навести пучок лазерного света на стекло автомобиля (где у нас размещены радар-детекторы), то луч пройдет сквозь стекла авто и улетит восвояси, скорость измерена не будет. Поэтому, когда измеряется скорость лазером луч ВСЕГДА и СТРОГО наводят на решетку радиатора для его отражения обратно в измеритель.

Из теста на ЛИСД нашего форума РД реагировал только на выстрел в стекло. Возникает вопрос, фиксирует ли скорость Лазерный измеритель ЛИСД при выстреле в стекло во время движения. Думаю, что это необходимо проверить на практике. Если не фиксирует, то смысл от того, что РД способен принимать лазер будет ещё меньше. Скорее всего, стреляют в решётку радиатора.

И самое интересное, смотрим крупным планом давнишнее видео. Обратите внимание, что происходит на 7 секунде.

 

[Сергей]

Почему могут стрелять или стреляют в радиатор, а не в стекло? Вот нашёл такой пример.

Лазерный измеритель расстояния до объекта. Конечно это не прибор измеряющий скорость, но природа лазерного луча и его свойств одна и подчиняется одному закону отражения света.

Луч лазера, отличающийся от обычного света высокой параллельностью пучка, излученный из приемника, падает на поверхность. По закону отражения света он должен отразиться под тем же углом, под которым попал на поверхность: угол отражения равен углу падения. И это справедливо для зеркальных поверхностей. В этом случаи почти наверняка не попадет в приемник датчика, поэтому зеркальные поверхности и почти зеркальные очень плохо поддаются измерению расстояния до них лазерным датчиком.
Скорее всего, вот так происходит. Картинка может не совсем удачная, но для наглядности.


Обычно же поверхности шершавые, (например решётка радиатора) т.е. состоящие из множества мелких бугорков.
На такой поверхности всегда найдется несколько точек, от которых отраженный луч (помним о параллельности пучка лазера) отразится и попадет в приемник, как бы объект не был расположен в пространстве. Смотрим рисунок.

Возможно, и ЛИСД работает по такому принципу, надо уточнять. Думаю стекло авто можно отнести к зеркальной поверхности ну а решётку радиатора естественно к шероховатой.

Получается, что при зеркальном отражении луч лазера уходит в другую сторону от приемника. При отражении от шероховатой поверхности возвращается к приемнику.

 

[Б.Е.А.]

хочу немного на счет стекла добавить - как пример Лазерная мышь для компа так же не работает нормально или вообще не работает на стеклянной поверхности!
(надо перед делать стеклянным!)

 

[Сергей]

хочу немного на счет стекла добавить - как пример Лазерная мышь для компа так же не работает нормально или вообще не работает на стеклянной поверхности!
(надо перед делать стеклянным!)

Хороший пример.
Только, что проверил. Да, действительно так. Сначала плохо работала, затем протер зеркало и совсем перестала работать. Всё правильно, луч лазера отражается под тем же углом, что и попал на поверхность и не доходит обратно.

От грязного стекла немного работает.
Так что начисто моем лобовое стекло на всякий случай.

 

[Б.Е.А.]

ну типа

Если вектор скорости (луча) совпадает с биссектрисой угла β, доплеровский сдвиг частоты в рассеянном свете отсутствует.

соответственно Ноль!

 

[Green_label]

В любом случае, мощности излучения лазерных измерителей в России значительно меньше чем это http://svetodiodnie.ru/publ/svetodiod_100/1-1-0-8

 

[darkline]

Зеркальную морду надо делать:-D

 

[Linkoln]

В любом случае, мощности излучения лазерных измерителей в России значительно меньше чем это http://svetodiodnie.ru/publ/svetodiod_100/1-1-0-8

-----------------------------------------
Увы все значительно не так! Весь вопрос о том какая мощность ?
Ваш Лисд имеет импульсную мощность 75Вт!!
Это очень и очень - по этому за бугром лидары называют лазеными пушками !
Просто импульс всего 50нс и интегральная мощность на единицу поверхности будет не значительной . Если на те что на ссылке подать такую мощь в импульсе -загнутся скорее всего .

 

[Linkoln]

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 отраженного луча будет близким к направлению падающего луча, как того и требует закон.
Закон отражения, как любой закон природы, был получен на основании наблюдений и опытов. Можно его вывести и теоретически — формально он является следствием принципа Ферма (но это не отменяет значимости его экспериментального обоснования).
Ключевым моментом в этом законе является то, что углы отсчитываются от перпендикуляра к поверхности в точке падения луча. Для плоской поверхности, например, плоского зеркала, это не столь важно, поскольку перпендикуляр к ней направлен одинаково во всех точках. Параллельно сфокусированный световой сигнал — например, свет автомобильной фары или прожектора, — можно рассматривать как плотный пучок параллельных лучей света. Если такой пучок отразится от плоской поверхности, все отраженные лучи в пучке отразятся под одним углом и останутся параллельными. Вот почему прямое зеркало не искажает ваш визуальный образ.
Закону отражения подчиняется не только свет. Любые электромагнитные волны — радио, СВЧ, рентгеновские лучи и т. п. — ведут себя в точности так же. Вот почему, например, и огромные принимающие антенны радиотелескопов, и тарелки спутникового телевидения имеют форму вогнутого зеркала — в них используется всё тот же принцип.

Облучаемые лазерным излучением упругие колеблющиеся предметы могут зеркально или диффузно отражать лазерный луч. Диффузное отражение света (см. рисунок 1) происходит от всех шероховатых поверхностей. Для определения хода отражённого луча такой поверхности в точке падения луча проводится плоскость, касательная к поверхности, и по отношению к этой плоскости строятся углы падения и отражения.
Посмотреть вложение 4063
Зеркальное отражение света– это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (см. рисунок 2). Отражающая поверхность в этом случае называется – зеркальная поверхность. Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.
Посмотреть вложение 4064

-------------------------------------------------------
Все это хорошо только вот все зависит от длинны волны излучения .
Скажу по секрету - в лидарах почти не используеться режим зеркального отражения ( только если замеряеться отражение от подготовленной мишени) . Почти всегда в авто лидарах дифузное отражение . Никто специально для замера скорости постоянно протирать и полировать машину не станет !
Мало того лидар расчитан так что будет замерять скорость черной и грязной машины !

 

[Green_label]

Linkoln, а у того излучателя , что я привел - постоянная 100 ватт
Это уже дубина , затыкающая пушку

Так что не заткнутся
- "самыми мощными являются светодиоды на 100 ватт"

"Питание данных 100 ваттных светодиодов подаётся из сети через специальные преобразователи, которые ограничивают напряжение до необходимых 20-30В и токе 2А"

Так что и 75 в импульсе для них не предел.

 

[Linkoln]

"E=Green_label;122217]Linkoln, а у того излучателя , что я привел - постоянная 100 ватт
Это уже дубина , затыкающая пушку

Так что не заткнутся
- "самыми мощными являются светодиоды на 100 ватт"

"Питание данных 100 ваттных светодиодов подаётся из сети через специальные преобразователи, которые ограничивают напряжение до необходимых 20-30В и токе 2А"

Так что и 75 в импульсе для них не предел.[/QUOTE]

"
В лазерах лидаров токи - 10А норма !
Вы привели пример СВЕТО-диода у него мощьность излучения "размазана " в полосе 50-60 нм . У лазера чуть более 5 нм ( это для импортных, думаю в ЛИСД будет похуже ) ! Лазер -источник с высокой спектральной плотностью ! На фоне лазерного импульса светодиод - кармный фонарик по стравненю с солнцем .

 

[Green_label]

У лазера чуть более 5 нм ( это для импортных, думаю в ЛИСД будет похуже ) ! Лазер -источник с высокой спектральной плотностью ! На фоне лазерного импульса светодиод - кармный фонарик по стравненю с солнцем .

Даже это в принципе соизмеримо с полученным отраженным сигналом измерителем.

 

[Сергей]

Linkoln Скажу по секрету - в лидарах почти не используеться режим зеркального отражения ( только если замеряеться отражение от подготовленной мишени).

Так я про это и говорю. Наверное, не только в автолидарах. Как я понял, для измерительных лазерных приборов отражение должно быть диффузное.
Никакого секрета здесь и нет. От стекла, лазер будет отражаться не так, как надо, если только совсем грязное. Направляя луч лидара на стекло есть вероятность не получить замер. Поэтому и рекомендуют стрелять в решетку радиатора. Так как должен выполняться принцип диффузного отражения.

Linkoln Почти всегда в авто лидарах дифузное отражение.

Это и понятно. По другому он не определит скорость авто. Как я понял этот принцип лазерного отражения вообще необходим для лазерных измерителей чего-то, а не только автолидара.

Linkoln Никто специально для замера скорости постоянно протирать и полировать машину не станет !

Если это сделать, скорость, как раз и не замеряешь. Получится зеркальное отражение.

Linkoln Мало того лидар расчитан так что будет замерять скорость черной и грязной машины.

Скорее всего, это не лидар так захотели сделать, а так пришлось делать.
Отвечу так. Говорят, что машину правильнее всего проектировать вокруг двигателя. Так вот лидар видимо строили вокруг диффузного отражения. Видимо это обязательное условие физики лазера отражения.
И все-таки, наверное, лучше стрелять в решётку, а не в стекло.

 

[paschket]

Лазерная мышь для компа так же не работает нормально или вообще не работает на стеклянной поверхности!

Надо мыши нормальные покупать , моя работает везде , акромя воздуха:dirol:

 

[Linkoln]

Даже это в принципе соизмеримо с полученным отраженным сигналом измерителем.

---------------------
У вас есть светодиод с мощностью 100 Вт в диапазоне 904 нм ?
И способный формировать импульс 20 нс ?

---------- Post added at 20:48 ---------- Previous post was at 20:42 ----------

Так я про это и говорю. Наверное, не только в автолидарах. Как я понял, для измерительных лазерных приборов отражение должно быть диффузное.
Никакого секрета здесь и нет. От стекла, лазер будет отражаться не так, как надо, если только совсем грязное. Направляя луч лидара на стекло есть вероятность не получить замер. Поэтому и рекомендуют стрелять в решетку радиатора. Так как должен выполняться принцип диффузного отражения.


Это и понятно. По другому он не определит скорость авто. Как я понял этот принцип лазерного отражения вообще необходим для лазерных измерителей чего-то, а не только автолидара.


Если это сделать, скорость, как раз и не замеряешь. Получится зеркальное отражение.


Скорее всего, это не лидар так захотели сделать, а так пришлось делать.
Отвечу так. Говорят, что машину правильнее всего проектировать вокруг двигателя. Так вот лидар видимо строили вокруг диффузного отражения. Видимо это обязательное условие физики лазера отражения.
И все-таки, наверное, лучше стрелять в решётку, а не в стекло.

----------------------
Посмотрите раздел про джаммеры там Mono много полезного написал на эти темы .
Зеркало никак не помешает замеру просто дистанция для измерения увеличится многократно .

 

[Сергей]

Зеркало никак не помешает замеру просто дистанция для измерения увеличится многократно

Конечно же я спорить не буду. Для точных выводов надо брать лидар и проводить эксперименты. Все же я думаю, что стекло играет роль в замерах в худшую сторону. Тогда я вас спрошу. 1. Почему рекомендуют стрелять в решетку? 2. Почему с первого раза не получился замер на том видео на 7 секунде? Или, что там произошло, совпадение? 3. Почему плохо измеряется или не измеряется расстояние лазерным измерителем, если измерять расстояние между зеркальными поверхностями?

 

[Б.Е.А.]

да что спорить? тут прикол в поверхности (не зеркале а стекле). будет оно грязным или шершавым и лазер малая часть отразится обратно, а так просто в сторону. (ЕСЛИ НЕ В ПРЯМУЮ ПОД 90 ГРД СТРЕЛЯТЬ).
ПС про мышей - щас делают немного разнесенными излучатель и приемник, поэтому современный на стекле работают, но всё равно криво.

 

[Linkoln]

Конечно же я спорить не буду. Для точных выводов надо брать лидар и проводить эксперименты. Все же я думаю, что стекло играет роль в замерах в худшую сторону. Тогда я вас спрошу. 1. Почему рекомендуют стрелять в решетку?
Потому что там номер машины рядом !
И фото будет на память и попробуйте вечером или ночью посветить на намер увидете какой он контрастный и всегда чистый !

2. Почему не получился замер на том видео на 7 секунде?
Или, что там произошло, совпадение?
Стекло и зеркало это две большие разницы !
К отражения стекла 2-3 % зеркало 95-98 % !
Если перед машиной прикрепить стекло 2на 2 м на расстоянии 1 м будет такой же эффект
Только думаю вам ехать на такой машине будет не очень удобно .
3. Почему плохо измеряется или не измеряется расстояние лазерным измерителем, если измерять расстояние между зеркальными поверхностями?
Откуда такая инфа ? В космосе и не только дорожное строительство - все прекрасно работает !:blink:

---------- Post added at 22:03 ---------- Previous post was at 21:55 ----------

Замер на 7 сек . не получился по тому что прибор попытался замерить скорость стекла и салона авто одновременно и посчитал что это ошибка !