Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Laserová technika změnila svět

Vynálezem kompaktního disku vytvořili japonští výrobci zábavní elektroniky v 80. letech minulého století oblíbený nosič, který po desetiletí dominoval hudebnímu trhu. Na jeho vývoji spolupracovalo mnoho významných firem. Jedním z podstatných výsledků této spolupráce byla laserová dioda jako levný a spolehlivý zdroj laserového světla.

 

Od jednoho úspěchu k dalšímu

Každý si vzpomíná na oblíbené písničky svého mládí. Ale každá generace poslouchala své melodie z jiných médií: z dlouhohrající gramodesky, magnetofonového pásku, hudební kazety nebo cédéčka.
 
Kompaktní disky – běžně zvané cédéčka – by nevznikly bez laserových zdrojů od firmy Sharp, které se od roku 1982 používaly ve většině přehrávačů CD. Byly to první sériově vyráběné laserové diody. O tři a půl desetiletí později se laserové diody uplatňují v nejrůznějších přístrojích – od zeměměřičských přístrojů přes průhledové displeje až po snímače k odměřování dráhy. Uplatnění laserových diod má ještě slibnou budoucnost, danou potenciálem dalšího rozvoje. Celosvětový obrat se v roce 2014 pohyboval kolem 9,56 miliardy amerických dolarů, v roce 2015 vzrostl na 10,07 miliardy a na rok 2016 stanovily prognózy jeho další růst.
 

Cestou k novému vnímání reality

Řidiči moderních automobilů mohou díky průhledovému displeji vidět vše bez toho, aby museli přestat sledovat cestu – ať již při odbočování, nebo při sledování ukazatele rychlosti. Jde jen o jeden příklad tzv. rozšířené reality (AR – Augmented Reality), díky které se počítačová grafika plynule zapojuje do reálného okolí. AR doplňuje reálné okolí různými asistenčními systémy a digitálními informacemi – a to vše je možné díky laseru.
 
Rozšířená realita se díky laserům používá také v náhlavních displejích (HMD – Head-Mounted Display) a speciálních brýlích. Tyto přístroje usnadňují vše – od práce záchranářů přes ovládání videoher až po medicínu. Vývoj vysoce výkonných červených laserových diod (630 až 660 nm) musel ale překonat mnoho technických problémů. Tyto komponenty totiž musí nepřetržitě pracovat v teplotním rozmezí –50 až +90 °C.
 
Důležitým faktorem, bez ohledu na to, zda laser pracuje v automobilu, projektoru nebo v datových brýlích, je taktéž spotřeba energie. Účinnosti laserů se označuje jako radiační účinnost WPE (Wall-Plug Efficiency). Například jednovidová laserová dioda od firmy Sharp o vlnové délce 638 nm (obr. 1) má při výkonu 180 mW (při 25 °C) radiační účinnost WPE 33 %. Čím vyšší je radiační účinnost, tím více elektrické energie se přemění na laserové záření. Kritickým faktorem je v mnoha případech také to, že efektivní lasery potřebují méně výkonné chlazení.
 

Bezpečnost práce

U moderních přístrojů se nepoužívají jen červené, ale také infračervené lasery. Stejně jako u červených laserů, je i u infračervených kladen důraz na výkon a efektivitu. Infračervené lasery se běžně používají pro velmi přesná měření vzdálenosti. Současné laserové diody vyzařují světlo vlnové délky mezi 750 a 940 nm a jsou vhodné např. pro biosenzory. Mnohé z nich jsou kompatibilní s optickými senzory na bázi křemíku. Hodnota účinnosti WPE překonává červené lasery:
např. u jednovidové infračervené laserové diody dosahuje WPE hodnoty 45 %. Výkonné infračervené laserové diody nacházejí uplatnění v biometrických identifikačních přístrojích pro řízení přístupu, v rozhraních řízených pohybem, v kamerách s nočním viděním, v lékařských přístrojích a herních konzolách. Například v herních konzolách zachycují pohyby hráčů v prostoru a umožňují jim tak ovládat hru. Tyto přístroje ale mají jednu věc společnou: pracují v blízkosti lidí, kteří je ovládají, a to může být problematické. Silně koncentrovaný infračervený laser totiž může poškodit lidské oko.
 
Aby bylo zajištěno, že spotřebitelé nebudou riskovat svůj zrak, umisťuje se před infračervený laser difuzní deska. Tato dodatečná součástka snižuje hustotu vyzařované energie. V laserové diodě, kterou nedávno vyvinula firma Sharp (obr. 2), je tato difuzní deska již zabudovaná, a proto se zjednodušila i montáž. Tento infračervený laser má přitom ještě stále více než dostatečný výkon pro 3D senzory herních konzolí. Bezpečnost tohoto laseru je tak vysoká, že byl klasifikován jako laser 1. třídy – absolutní novinka v tomto oboru. Znamená to, že laser je za všech běžných okolností pro lidi neškodný. Maximální bezriziková expozice není překročena ani tehdy, když se člověk dívá bez ochrany očí přímo do diody. Dokonce i tehdy, když se na ni člověk dívá běžným teleskopem nebo mikroskopem, není jeho zrak ohrožen. A přitom tato laserová dioda vyzařuje výkon dokonce až 700 mW při účinnosti WPE 36 %.
 

Závěr

Ačkoliv přehrávače CD, pro něž byly první laserové diody určeny, spějí do minulosti, laserové diody jako takové svůj význam neztrácejí. Naopak, objevují se stále další možnosti jejich použití, a proto s přehrávači CD zcela jistě nezmizí.
 
Obr. 1. Laserová dioda GH063 s červeným světlem se vyznačuje velkou účinností