4、激光波长、功率与亮度的关系

  描述一个激光器的技术参数很多,但对演示激光来说,最重要,也是大家听到最多的就是激光波长,激光功率和激光亮度等三个名词。对于这三者之间的关系,很多人都不太了解,以至于在选购激光灯时常常被不懂激光专业的生产商、供应商有意或无意的误导,买回来的激光灯与自己想象的有很大差别。

激光波长

  学过电子学的都知道无线电的波长,或者说更专业一点的就是电磁波的波长。其实,激光也是一种电磁波,只是激光的波长与无线电波不在一个数量级,它比无线电波短好多个数量级。激光的波长单位通常用nm(1/1000000000米)来度量,而激光又可以分为可见激光和不可见激光两大类。
  在用于表演的可见激光内,根据波长的不同又可以分出很多颜色的激光。人眼可以明显区分的可见激光的波长基本上在400nm-700nm之间。激光波长越短,其色彩越偏蓝紫色,直到紫外,人眼就看不见了;而波长越长,其色彩越偏向红色、直到红外,人眼看不见,人眼对波长550-570nm附近的绿、橙、黄的光最为敏感。所以,在可见光范围内,可以把波长理解为对色彩的一种数字化标识。

                

      人眼对各种不同波长的光有不同的灵敏度,为了研究客观辐射通量对人眼引起的主观感觉的强度之间的关系,首先必须了解人眼对各种波长光的灵敏度。但是,辐射通量使人眼产生亮暗感觉的程度是无法作出定量比较的,幸好人的视觉能相当精确的判断两种颜色光的亮暗感觉是否相同,所以确定人眼的光谱响应可将各种波长的光引起相同亮暗感觉所需要的辐射通量进行比较,对大量具有正常视力的观察者所做的实验表明,在比较明亮的环境,人眼视觉对λ=555nm左右的黄绿光最敏感。

      设任何一种波长为λ的光和λ=555nm的黄绿光产生同样亮暗感觉所需的辐射通量分别为Pλ和P555,比值V(λ)就称为人眼视见函数。

视见函数值就是我们眼睛对激光亮度的感知值

    以下图表给出了国际公认的人眼视见函数值和曲线,这个曲线告诉我们,如果以同样功率的不同波长的辐射通量射入人眼,波长λ=555nm的光人眼感觉最亮,其他所有波长的光都比它暗。如λ=660nm的红光,要引起与λ=638nm的红光相同亮的光感,必须要的辐射通量大2.8倍。但是波长在380nm~770nm以外区域的辐射能,不管有多大功率的辐射通量进入人眼,将是感觉不到的。

            

 

      流明值就是光通量,因为光通量的单位是lm(流明),所以也称流明值。光通量是光源发出的所有辐射功率中能被人眼感知的那部分功率。

      波长流明值表,同样也是反映不同波长引起眼睛的光亮度曲线表。

             

激光功率

      与电能一样,激光器发出的光也是一种能源,只是它以光的形成出现。所以激光器的输出功率与发电厂发电机的输出功率一样,是一个度量单位时间内输出能量的物理量纲,其所用的度量单位与电功率一样,也是W(瓦)或毫瓦(mW)。为了理解“激光功率”这个概念,可以这样想象一下:如果有一转换效率为100%的激光与电的能量转换器,那么向这个转换器输入1瓦的电功率,它能就出1W的激光。事实上,现在激光表演普遍采用的DPSS或LD激光器,就是一个典型的电光转换器,只是它的转换效率不到100%,在百分之几到几十而已。并且在不同产家的激光光路设计中也有透镜聚集与镜片反射等上面的功率损耗。

      针对舞台表演激光,现在最常用的为RGB激光器波长为红光:637nm 650nm,绿光:532nm,蓝光:450nm这此波长激光器。对于红光及蓝光基本都是采购LD激光器即半导体激光器,其功率及颜色波长发出直接由LD输出,不需要晶体吸收转换,所以其LD功率转换效率大部分损耗于光斑整型的透镜及镜片上,透镜的质量及光路设计方案直接影响出光功率。CR-TEC的激光器都是采用知明厂家的镀膜玻璃透镜,价格高昂的非球面镜。光斑整型上还独创专利光纤整型压缩技术,以保证光斑的完美性。LD全部采用日本及德国原装二极管。

      DPSS激光器即二极管泵浦固体激光器,是近年来国际上发展最快,应用较广的新型激光器,波长为532nm的绿色激光主要都是这种激光器。内部的主要部件有半导体激光管LD,激光振荡晶体,波长转换晶体和半导体制冷器。其中的半导体激光器LD(Laser Diode)为激光振荡晶体提供能量激励,激光振荡和波长转换晶体是将红外不可见激光转换成可见激光如,波长为532nm的绿色激光。所以激光功率主要看晶体的转换效率,这决定于晶体的质量,晶体的种别,及生产工艺。

      晶体质量好看是激光最关键的部件。同样款式的衣服,因衣料不同价格差异很大;同样样子的灯泡,因为使用钨丝的质量好坏,价格有所差异。所以,一些激光产品,同功率与其他比较起来,价格很低,因为使用的晶体质量差,成本小,便寿命就短。晶体质量好寿命肯定长些。还有种情况,大家所说的超频。令输入电流调高使功率提高,但是晶体寿命会降低,使用不了多久。
激光亮度与激光功率和波长的关系

      激光亮度是人眼对激光波长和激光功率的综合主观感觉或描述。测量激光波长有波长仪,测量激光功率有功率计,测量这两个物理量都有客观标准的,经过校整的通用仪器设备。而测量激光亮度只有用你自己的眼睛来看,因为亮不亮,亮多少全凭你自己的眼睛看了以后才能有结论,也就是说你的眼睛就是“激光亮度”这个量的测试仪器。每一个人的眼睛还略有不同,如果你的眼睛正好对635nm波长的红光色盲,那么即使别人看了很刺眼的635nm波长的红激光,你看了以后还是觉得很暗,甚至根本就看不出来。
  人眼对不同波长的激光的视觉敏感度不同,所以在谈论“激光亮度”时,要考虑激光波长的因数,不能就凭激光功率的大小来判断这支激光灯比那支激光灯亮。

 

 

 

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