Ponteiro Laser

---

Antecedentes

O apontador laser é um laser portátil de baixo custo que pode ser carregado na mão. Ele é projetado para uso durante apresentações para apontar áreas do slide ou imagem que está sendo apresentada, substituindo um bastão de madeira ou ponteiro de metal extensível. É superior aos ponteiros mais antigos porque pode ser usado a centenas de metros de distância em uma área escura e porque produz um ponto de luz brilhante exatamente onde o usuário deseja. Ele também se popularizou como uma ferramenta multifuncional e se tornou tão comum que leis foram aprovadas para restringir seu uso.

História

Tecnicamente, a palavra laser é um acrônimo que significa "amplificação de luz por emissão estimulada de radiação", mas o termo se tornou tão comumente usado que não é mais capitalizado. A radiação é a luz emitida pelo laser; esta luz pode ser visível ou invisível ao olho humano. Tecnicamente, apenas alguns lasers usam amplificação de luz, mas o nome laser ainda é usado para um dispositivo que produz radiação monocromática (todas em uma cor ou comprimento de onda) coerente (as ondas de luz são semelhantes o suficiente para se mover em uma direção).

Todos os lasers têm um meio laser, uma fonte de energia e um ressonador. O meio laser é um material que pode ser bombeado (energizado) por uma fonte de energia (como luz ou eletricidade) para um estado de energia superior. Depois de ser bombeado, o meio laser pode liberar essa energia como radiação monocromática. O ressonador é uma área que permite que a energia liberada se acumule antes de ser liberada. Um ressonador básico é um par de espelhos em cada extremidade do meio laser. Um espelho é completamente reflexivo, de modo que toda a luz que o atinge é refletida de volta para o meio emissor; o outro é parcialmente reflexivo, de modo que parte da luz que o atinge é refletida de volta para o meio laser e parte da luz passa por ele para sair do laser. O par de espelhos faz com que a luz reflita para frente e para trás através do meio emissor e se alinhe em uma direção, o que produz a coerência da luz.

A teoria usada para produzir lasers foi publicada em 1958 por pesquisadores do Bell Labs. O primeiro laser, construído em 1960 na Hughes Aircraft, usava um pedaço de rubi como meio de laser, luz como fonte de energia e espelhos para produzir um ressonador. O laser semicondutor foi inventado em 1962. Ele usava um material semicondutor, semelhante aos materiais usados ​​em transistores e circuitos integrados para um meio de laser. Ele também usava eletricidade de corrente contínua (DC), a corrente produzida por baterias, como fonte de energia. Ele ainda usava espelhos ressonadores. Os primeiros lasers semicondutores produziram radiação infravermelha não visível. Os lasers semicondutores atuais também podem produzir luz visível, sendo o vermelho o tipo de laser semicondutor mais barato e o verde, o azul e o violeta cada vez mais caros. Os lasers semicondutores usados ​​em ponteiros de laser também são conhecidos como lasers de diodo, porque são um tipo de diodo semicondutor. Um diodo passa eletricidade facilmente em uma direção; diodos emissores de luz e diodos laser produzem luz quando a eletricidade passa por eles. Os semicondutores eletrônicos tornaram-se menos caros de produzir desde o final dos anos 1950. Eles também se tornaram menores e requerem menos energia. Eles se tornaram baratos o suficiente para serem usados ​​em dispositivos eletrônicos de consumo, como ponteiros laser na década de 1980. Os diodos laser atuais são do tamanho de uma célula sanguínea. Eles produzem luz que é menos colimada (movendo-se todos em uma direção) do que a maioria dos lasers devido à falta de espaço do ressonador. Por causa disso, eles precisam de algum tipo de ótica externa (lentes) para focar a luz em um feixe mais estreito. Os diodos laser, como muitos dispositivos semicondutores, são delicados e precisam ser protegidos do meio ambiente e de picos de energia. Os circuitos de controle de energia, que geralmente incluem um fotodiodo (um diodo que produz eletricidade quando a luz o atinge) para monitorar a saída do diodo laser, evita que o diodo receba muita ou pouca energia. O diodo é protegido do meio ambiente por uma caixa de plástico de forma que se pareça com a maioria dos outros dispositivos semicondutores usados ​​em placas de circuito.

Os primeiros ponteiros laser custam centenas de dólares, mas a demanda e os métodos aprimorados de fabricação resultaram em um preço abaixo de cinco dólares para os tipos mais baratos. Existem também vários itens que incorporam ponteiros laser, ou pelo menos os componentes, como miras a laser para armas e projetores com ponteiros laser embutidos.

Matérias-primas

Um diodo laser é menos complicado do que muitos tipos de equipamentos eletrônicos de consumo. Ele consiste em um diodo laser, uma placa de circuito, uma caixa, óptica e uma caixa. Alguns dos componentes elétricos da placa de circuito e do diodo laser são feitos de materiais semicondutores, metais e cerâmica. Os materiais semicondutores incluem compostos (materiais feitos de mais de um elemento puro) feitos de alumínio, gálio, arsênico, fósforo, índio e elementos semelhantes. Esses compostos são usados ​​em uma variedade de produtos semicondutores. Os semicondutores também contêm metais como alumínio, ouro e tântalo.

A placa de circuito é normalmente feita de uma resina (plástico) como epóxi com fibras de vidro para fortalecê-la. A eletricidade é conduzida para os vários componentes da placa de circuito com linhas de metal, como alumínio e cobre. Os componentes individuais colocados na placa de circuito incluem diodos, o diodo laser, capacitores e resistores. As peças semicondutoras, como os diodos, são encapsuladas em plástico com fios de metal que são conectados a blocos de metal na placa de circuito com solda (uma liga de metal tradicionalmente feita de estanho e chumbo, mas agora contém menos chumbo e outros metais como substitutos). As peças não semicondutoras, como resistores e capacitores, são feitas de uma variedade de metais, plásticos e cerâmicas (incluindo vidro).

A óptica de colimação pode ser de vidro, mas plásticos acrílicos mais baratos são usados ​​na maioria dos ponteiros laser. A caixa pode ser feita de qualquer material, como metal, plástico ou mesmo madeira. Ele contém contatos de metal (geralmente de latão) para as baterias.

Design

O design do ponteiro laser depende dos requisitos elétricos do diodo laser, da vida útil desejada da fonte de alimentação e da unidade para produzir produtos de consumo menores. Os menores ponteiros laser têm menos de cinco centímetros de comprimento, mas alguns ponteiros laser são projetados para se parecerem com canetas. Os ponteiros laser mais longos podem conter pilhas AAA ou AA, que fornecem uma fonte de alimentação mais duradoura do que as baterias de relógio usadas nos ponteiros laser mais curtos. A maioria dos ponteiros laser usa duas ou três baterias.

O processo de fabricação

O apontador laser vermelho é o apontador laser mais comum. Outros ponteiros laser usam conjuntos de diodos laser diferentes, mas são produzidos de maneira semelhante, portanto, o processo de fabricação do ponteiro laser vermelho e o diagrama são usados ​​neste artigo.

O diodo laser

• 1 O diodo laser é produzido em uma fábrica de semicondutores (uma fábrica onde os materiais semicondutores são produzidos em condições muito limpas e cuidadosamente controladas). O substrato é o material de base sobre o qual outros materiais serão depositados. Um wafer do substrato é produzido, limpo e preparado. Em seguida, ele passa por várias etapas em que camadas de material são depositadas sobre ele. Algumas dessas camadas têm apenas vários átomos de espessura. Essas camadas podem ser condutoras (metais como alumínio e ouro) ou semicondutores (como descrito acima). Essas camadas também podem ser alteradas pela exposição a outros produtos químicos. Depois que todos os materiais são adicionados ao wafer, ele 1. Cap. 2. Anel de almofada eletricamente isolante. 3. Baterias. 4. Tambor de metal. 5. Mola metálica. 6. Botão. 7. Mudar. 8. Placa de mola. 9. Orifício do laser. 10. Barril de metal. 11. Tambor da lente. 12. Módulo laser. 14. Localizando quadro. 15. Placa eletricamente isolante. é cortado (cortado, geralmente em seções retangulares) em diodos individuais. Os diodos são testados no wafer ou após a separação, e os que não funcionam são descartados (jogados fora). Os diodos laser de trabalho são embalados em um recipiente de plástico com fios de metal para conexão elétrica.

A placa de circuito

• 2 A placa de circuito contém o circuito que faz o apontador laser funcionar. Ele contém a chave, o diodo laser e os componentes do circuito de controle, normalmente um fotodiodo, diodos, resistores e capacitores. Essas peças são colocadas na placa de circuito, às vezes com um adesivo, e depois soldadas no lugar. A soldagem é um processo onde dois objetos de metal são colocados em contato e a solda é derretida ao redor deles para que, ao esfriar, envolva os dois e os mantenha unidos. A solda é usada no lugar da cola porque adere ao metal e conduz calor e eletricidade.

A ótica de colimação

• 3 A óptica de colimação em um apontador laser consiste em uma única lente que focaliza o cone de luz que sai do diodo laser em um feixe mais estreito que produz um ponto mais estreito em uma distância maior. As lentes de plástico são moldadas por injeção, um processo em que o plástico derretido é forçado a entrar no molde. O plástico esfria e solidifica, então o molde é separado e a lente é removida. É retificado e polido até uma superfície lisa para que a luz do diodo laser não reflita nas imperfeições da superfície.

O conjunto do diodo laser

• 4 O diodo laser e a óptica de colimação são colocados juntos com um suporte de plástico para formar o conjunto do diodo laser. A maioria dos conjuntos de diodo laser tem uma mola de metal fixada na parte traseira. Essa mola entra em contato com as baterias do diodo laser e faz parte do circuito que retira eletricidade das baterias.

Construção da caixa e montagem final

• 5 A caixa é um tubo com espaço para a montagem do diodo laser e as baterias. O conjunto do diodo laser é empurrado ou aparafusado em uma extremidade da caixa. O interior da caixa é feito de latão ou tem uma tira de latão (colada ou rebitada) ocupando o espaço da bateria. A peça final do compartimento da bateria também tem uma área de latão exposta ou é feita de latão. Quando esta peça final é empurrada ou aparafusada na caixa, ela entra em contato com o outro lado das baterias para completar o circuito elétrico que permite que a eletricidade flua das baterias para o conjunto de diodo laser.
• 6 A caixa também tem um botão interruptor (um pedaço de plástico enfiado em um orifício na lateral da caixa) que deve ser pressionado e segurado para que o apontador laser funcione. Quando este botão é pressionado, o interruptor na placa de circuito fecha, a eletricidade flui das baterias para o conjunto do apontador laser e o apontador laser produz um feixe de luz.
• 7 Depois que o apontador laser é montado e testado, uma etiqueta de segurança é adicionada. Esta etiqueta descreve a classificação do laser em termos de potência, observa os regulamentos que regem seu uso e avisa o usuário para evitar a exposição direta dos olhos.

Controle de qualidade

Um fabricante de semicondutores usa processos altamente controlados que foram desenvolvidos em laboratórios e depois transferidos para as instalações de fabricação. Os diodos laser são testados para garantir que funcionam também após a fabricação. Cada outro componente também é testado para garantir que funciona. A maioria das instalações de manufatura testará seus produtos aleatoriamente e usará métodos de controle estatístico para fornecer produtos de qualidade.

Quando o conjunto de diodo laser ou o apontador laser for finalmente montado, ele será alimentado e testado com um dispositivo de detecção de luz, como um fotodiodo, para medir sua saída de energia. Os ponteiros laser são dispositivos laser Tipo IIIA e devem produzir 5 mW (miliwatt, um milésimo de watt) de potência ou menos para o mercado dos Estados Unidos. Os ponteiros laser para o mercado europeu são normalmente dispositivos laser de Classe II e devem produzir menos de 1 mW. Essas restrições são para fins de segurança.

Subprodutos / resíduos

Os ponteiros laser contêm metais, plásticos e peças eletrônicas. Cada uma dessas indústrias tem subprodutos de resíduos específicos (solventes, gases halocarbonos, chumbo, produtos químicos), mas o conjunto do ponteiro laser não tem resíduos específicos até que o ponteiro laser seja descartado. Um ponteiro laser contém pequenas quantidades de materiais perigosos, como chumbo e alguns semicondutores tóxicos. Como outros conjuntos eletrônicos, pode ser mais seguro para o meio ambiente a longo prazo reciclar os componentes, embora seja caro e haja poucos programas para reciclar ou reutilizar eletrônicos. Isso pode mudar no futuro.

O Futuro

Os ponteiros laser vermelhos são os mais baratos e mais comuns hoje em dia. Os ponteiros laser verdes têm conjuntos de diodos laser mais complicados e custam centenas de dólares. Os ponteiros laser azul e violeta estarão disponíveis em breve a um preço mais alto. Os tipos de díodos laser mais recentes diminuem de preço à medida que os volumes de produção aumentam para acompanhar a procura e à medida que os processos de produção melhoram. Leis que restringem o uso de ponteiros laser podem neutralizar essa tendência, causando uma queda na demanda, pois os ponteiros laser são proibidos em locais públicos.

Onde aprender mais

Livros

Gibilisco, Stan. Compreendendo os lasers. Blue Ridge Summit, PA:Tab Books, Inc., 1989.

Outro

Página da Web do CORD. Dezembro de 2001. .

Página da Web do Laser Focus World. Dezembro de 2001. .

André Dawson

Querosene Aspersor de gramado