В мае 1960 года физик Теодор Майман совершил прорыв, впервые продемонстрировав работу лазера. Спустя 65 лет эта технология проникла во все сферы нашей жизни. Лазеры помогают геологам анализировать почву, химикам — исследовать образцы из скважин, а строителям — сверять реальные объекты с проектной документацией. Даже обычная компьютерная мышь часто использует лазерный принцип работы. Но как из узконаправленного инструмента лазер превратился в средство для создания захватывающих визуальных представлений?
Световая палитра из трех «красок»
Первый лазерный луч был красным. Сегодня, спустя десятилетия, мы можем наблюдать сложные многоцветные шоу, подобные тому, что компания «Энергия+» представила на велогонке «Западный скоростной диаметр — Фонтанка». Ключевой вопрос: от чего зависит цвет лазерного луча и как создается это разнообразие?
В рамках Велофестиваля состоится лазерное шоу «Энергия+».
Цвет лазера — это прямое следствие его физического устройства. Внутри прибора атомы активного материала (среды) возбуждаются внешней энергией. Возвращаясь в исходное состояние, они синхронно высвобождают энергию в виде света — узкого пучка фотонов. Если длина волны этого излучения попадает в видимый человеческому глазу диапазон, мы воспринимаем его как цветной луч.
Конкретная длина волны, а значит и цвет, определяется составом активной среды. Это может быть газ (например, смесь гелия и неона), кристалл, жидкость или полупроводник. Уникальная атомная структура каждого вещества «задает» ему способность излучать волны строго определенной длины. Таким образом, выбирая материал для активной среды, инженеры могут заранее программировать цвет будущего лазера.
Юлия Карлагина, младший научный сотрудник Института лазерных технологий СПбГУ ИТМО:
Классический пример — гелий-неоновый лазер, дающий красный свет с длиной волны около 633 нанометров. Для получения синего цвета часто используют полупроводники на основе нитрида галлия, излучающие в диапазоне 360-480 нм. Важно отметить, что не все лазеры работают в видимом спектре. Инфракрасные или ультрафиолетовые лучи невидимы, но незаменимы в хирургии, промышленной резке и телекоммуникациях.
Чтобы получить все богатство оттенков для шоу, используется принцип смешения, аналогичный работе светодиодных экранов. Основой служит модель RGB (Red, Green, Blue — красный, зеленый, синий). Она основана на особенностях человеческого зрения: наша сетчатка содержит три типа колбочек, чувствительных именно к этим диапазонам. Комбинируя три базовых луча разной интенсивности и направляя их в одну точку, можно создать практически любой воспринимаемый цвет.
Совмещение красного и зеленого лазерных лучей.
Однако, как поясняет Юлия Карлагина, это смешение — оптическая иллюзия для нашего глаза. В отличие от смешивания красок, которое основано на поглощении и отражении света, здесь мы складываем разные световые волны. Спектральный анализ такого «смешанного» луча покажет не одну новую длину волны, а все исходные компоненты. Существуют и перестраиваемые лазеры, способные менять доминирующую длину волны, но их принцип работы иной.
Обратите внимание: MIT и IBM хотят изменить наш мир с помощью искусственного интеллекта.
Модель CMYK (голубой, пурпурный, желтый, черный), знакомая по полиграфии, для лазерных шоу не подходит. Она описывает цвет, полученный путем вычитания (отражения) части спектра от белого света, что характерно для печати на бумаге. Именно поэтому одно и то же изображение может выглядеть по-разному на мониторе (RGB) и на распечатке (CMYK).
От промышленности к искусству: как создают лазерные шоу
В промышленности и науке часто используют мощные, сфокусированные лазеры, способные резать металл или проводить точнейшие операции. Они требуют строжайших мер безопасности. В энергетическом секторе, например в нефтегазовой отрасли, выбор длины волны лазера — это не эстетическое решение, а техническая необходимость. Цвет (длина волны) определяет, как луч будет взаимодействовать с материалом: на какую глубину проникнет, как эффективно вызовет флуоресценцию для анализа или насколько точно будет считан детектором.
Борис Белозеров, эксперт по развитию и геологоразведке «Газпрома»:
Для разных задач выбирают разные лазеры. Резку и сварку ведут инфракрасными CO2-лазерами (длина волны 10,6 мкм). Для лазерной спектроскопии газов подбирают длину волны, которую сильно поглощает искомое вещество. А для 3D-сканирования местности используют лазеры с длиной волны 1064 или 1550 нм.
Мощный промышленный лазер в процессе резки металла.
Лазеры для шоу — это другая история. Здесь используют маломощные лучи, специально расфокусированные для безопасности зрителей. Чаще всего применяют компактные, надежные и экономичные полупроводниковые (диодные) лазеры, знакомые нам по DVD-плеерам и лазерным указкам. Газовые лазеры (аргоновые, криптоновые), популярные в прошлом, сегодня отошли на второй план из-за дороговизны и сложности в обслуживании.
Сердце шоу — лазерный проектор, управляемый компьютером со специальным ПО. Например, на фестивале «WSD Fontanka Fest» для шоу «Энергия+» использовали шесть роботизированных проекторов с высокой точностью наведения.
Леонид Яковлев, технический продюсер лазерного шоу Energy+:
Для создания ярких, насыщенных цветов и динамичных картин мы комбинируем лазеры с разными длинами волн. Все оборудование настроено в строгом соответствии с международными стандартами безопасности, чтобы лучи не ослепляли зрителей.
Важным элементом часто становится дымогенератор. Частицы дыма или специального тумана рассеивают лазерный луч, делая его путь в воздухе видимым и объемным. Именно такой прием использовали на питерском фестивале, чтобы лазерные композиции эффектно смотрелись в условиях светлой ночи накануне белых ночей.
[Мои] Ученые Технологии Популярная Наука Наука Лазер Длинный Пост 0
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Сколько цветов в лазерной палитре и как с их помощью создать лазерное шоу.