Применение лазеров в лазерном шоу

Новосибирск 2013

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

" Новосибирский государственный технический университет"

Кафедра электронных приборов Реферат Применение лазеров в лазерном шоу лазер шоу квантовый проектор

1. Виды лазерного шоу

1.1 Лазерная графика

1.2 Объемное лазерное шоу

1.3 Смешанное лазерное шоу

2. Оборудование для лазерного шоу

2.1 Лазеры

2.2 Принцип работы

2.3 Параметры лазерных проектов

Заключение

Принципиальная возможность создания квантовых усилителей и генераторов электромагнитных волн была доказана еще в 1916 г. Альбертом Эйнштейном, создавшим теорию взаимодействия излучения с веществом. Первая попытка экспериментально обнаружить индуцированное излучение была осуществлена только в 1928 г.

Весомый вклад в изучение принципов квантового усиления и генерации внесли советские физики А. Прохоров и Н. Басов. В 1955 г. наши ученые разработали квантовый генератор — мазер, что в сокращении означает усилитель микроволн с помощью индуцированного излучения, активной средой которого были пары аммиака. Работая в направлении получения лазерного эффекта на видимом свете, Александр Прохоров в 1958 году. использовал для создания мазера резонатор Фабри—Перо, представляющий собой два параллельных зеркала, одно из которых полупрозрачно. Таунс, Басов и Прохоров были в 1964 г. удостоены Нобелевской премии за свою работу в области квантовой электроники, которая привела к изобретению лазера в 1960 г.

Пока шли работы по мазерам, американский физик Теодор Мейман совершил смелый прорыв в область оптических частот. Дело было в использовании совершенно нового рабочего тела — рубинового кристалла, причем без криогенного охлаждения, возбуждение осуществлялось с помощью оптической накачки (ламп фотовспышки). Для обеспечения в кристалле рубина инверсной населенности энергетических уровней лампы работали в режиме сверхярких коротких импульсов. Тем самым Мейман сделал решающий шаг в эру современного приборостроения.

Наконец, в декабре того же года А. Джаван, У. Беннетт и Д. Хэрриот продемонстрировали первый в мире газовый лазер на смеси гелия и неона, который повсеместно применяется и в наши дни.

Научная ценность и практическая польза лазеров были настолько очевидны, что ими сразу занялись тысячи ученых и инженеров из разных стран. В 1961 г. заработал первый лазер на неодимовом стекле, в течение пяти лет были разработаны полупроводниковые лазерные диоды, лазеры на органических красителях, химические лазеры, лазеры на двуокиси углерода.

Сегодня лазер играет важную роль в сфере телекоммуникаций, космической связи и в области медицины. Говоря о повседневном использовании лазера в нашей жизни, можно напомнить, что каждый человек встречает сканеры штрих-кодов в магазинах, использует лазерный сканер или лазерный принтер, можно увидеть лазерное шоу. Сегодня лазер прочно вошел в науку, технологию, медицину, индустрию развлечений — словом, во все сферы нашей жизни.

1. Применение лазеров в лазерном шоу

Впервые лазерное шоу было представлено публике в 1981 году, на концерте Жана-Мишеля Жарра в Пекине. Над сценой маячили разноцветные лучи, создавая надпись «1981» и «Chine» завораживающе крутились и будто манили за собой. К наиболее ранним примерам применения лазерных эффектов в искусстве можно отнести эксперименты Leo Beiser в 60-х годах. Шведский художник Carl Frederick Reuterswald использовал лазеры в опере «Фауст» в Стокгольме в 1968 г. Примерно в это же время француз Joel Stein создал систему для проекции лазерных образов на сцену в балете Opera Comique в Париже. В 1968 г. Lloid Cross (США) создал и запатентовал систему лазерной визуализации звука «Sonovision». Так Лазерное шоу стало искусством, а его организаторы — художниками. Лазерное изображение можно спроецировать на любую ровную поверхность. Логотипы, знаки, рисунки. Лазер может нарисовать все что угодно. И может даже создать объемное изображение. Только для этого понадобится дым. Или туман. Когда лазерные лучи проходят сквозь дым, то создают весьма интересные объемные фигуры. Поэтому выделяют три вида лазерных шоу:

· лазерная графика (laser grafic show),

· объемное лазерное шоу (laser beam show)

· смешанное лазерное шоу (laser mix show).

1.1. Лазерная графика Лазер рисует изображение, в данном случае зрители наблюдают световые лазерные эффекты типа конусов, туннелей, волн в пространстве. На поверхности, например, на специальной проекционной сетке, которую в темноте не видно. Получается, что зрители видят только яркие изображения, висящие в воздухе. В роли изображения может быть рекламный текст, выражающий радостные эмоции у зрителей или строки из произведений классиков мировой литературы. С помощью специального ПО программируются графические образы, синхронизированные с музыкальным сопровождением. Шоу-программа, заранее написанная для мероприятия, может включать в себя фирменную символику, название продукта и любые другие образы. По сути дела, лазерная графика является лазерной мультипликацией. Проецировать шоу возможно практически на любую плоскую поверхность: сетку-экран, стену дома, откос, водную поверхность, промышленный дым и т. д. Данный стиль лазерного шоу также используют в рекламных целях.

1.2 Объемное лазерное шоу Во время объемного лазерного шоу лучи лазера, попадают в дым, туман, проходят сквозь фонтан, он меняется в цвете и создает объемное изображение, синхронизированное с музыкой. Такое лазерное шоу очень эффектно и производит неизгладимое впечатление на зрителей. На открытом воздухе используется мощное лазерное оборудование, роль дыма могут сыграть: дождь, снег, туман. Этот стиль лазерного шоу подчеркивает всю особенность и незаменимость лазерного оборудования.

1.3 Смешанное лазерное шоу

Если соединить в одном показе лазерную графику и объёмное лазерное шоу, то получится наиболее интересный вариант лазерной презентации. Этот вид иллюминации является наиболее зрелищным и перспективным. Как правило, создаваемый визуальный ряд объединен композиционно со звуковым сопровождением в единое целое. Однако, необходимо понимать, что это наиболее дорогой стиль лазерного шоу, т. к. он требует наибольшего количества оборудования и более сложного программирования.

2. Оборудование для лазерного шоу

2.1 Лазеры

На сегодняшний день используются лазеры (более точное название — «лазерные проекторы»): Зеленый лазер носящий обозначение «GREEN» (длина волны 532 нм.) — это наиболее часто используемый цвет, так как является самым «дешевым», и к тому же является наиболее видимым для человеческого глаза. Выглядит в 2−3 раза ярче, чем красный или синий лазер той же мощности GREEN-лазеры, которые наиболее широко представлены на прокатном рынке моделями мощностью 5 Ватт. Такие модели подходят для всех видов концертных площадок. Это объясняется тем, что зеленый свет наиболее хорошо воспринимается человеческим глазом, и требуется меньшая выходная мощность, чем в RGB-системах для достижения сильного визуального эффекта. GREEN-лазеры создают лучевой аккомпанемент под музыку для создания наиболее полного аудиовизуального образа шоу. Но это не значит, что GREEN-системы не могут рисовать изображения — просто картинка будет одноцветной и менее сложной, чем у цветных приборов, потому, что все-таки зеленые аппараты больше рассчитаны на лучевые эффекты; Красный (630−670нм) и синий (440−480 нм.) лазер, выглядят в 2−3 раза бледнее, чем зеленый. Для обеспечения достаточной видимости данных лазеров они должны быть мощнее, чем зеленый. Необходимо иметь в виду, что стоимость таких лазеров значительно выше, чем зеленых той же мощности. Некоторые лазеры используют в одном корпусе два цвета — зеленый и красный. В своих сочетаниях они дают красный, оранжевый, желтый и зеленый.

Полноцветный («RGB» или «белый») лазер. В полноцветных лазерных проекторах, как правило, установлено три источника излучения — красный, зеленый и синий, излучение которых может смешиваться в различных пропорциях для получения необходимого цвета.

Сейчас широкое распространение получили: RGB-лазеры с выходной оптической мощностью 5 Ватт (подходят для небольших концертных залов и уличных площадок) и RGB-лазеры с оптической мощностью 10 Ватт для больших открытых и закрытых мероприятий, стадионных мультимедийных шоу. RGB-лазеры могут рисовать изображения и лучи всех цветов радуги. Обычно RGB-системы используются для графического шоу, рисования цветных анимационных роликов на полупрозрачных сетках-экранах в условиях полного затемнения.

Обычно используется комплект из трёх лазеров: RGB-лазера в центре и двух GREEN-лазеров по бокам — справа и слева от RGB. Этот комплект даже получил название «стандартного». Центральный цветной лазер рисует анимацию, а два зеленых боковых аппарата обеспечивают лучевую поддержку. Все это волшебство четко синхронизировано с музыкой — боковые бим-эффекты подчеркивают мелодическую линию музыкальной композиции, а центральный лазер в это время ведет основную образно-сюжетную линию клипа.

Для достижения максимального эффекта необходимо создать условия для лазерного шоу.

Основные условия:

· Низкая освещённость (необходимо стремиться к нулевой)

· Задымлённость (нужна для объёмного шоу; необходимо стремиться к равномерности)

· Температурный диапазон (от 0 ^оС до 40 ^оС)

· Энергоснабжение (в случае его отсутствия, возможно применение генераторов электроэнергии).

2.2 Принцип работы

RGB-лазеры работают следующим образом: три отдельных лазерных модуля излучают красный, синий, зеленый лучи. Далее эти лучи объединяются при помощи дихроических зеркал (отражают конкретный цвет). На выходе получаем белый лазерный луч. Регулируя интенсивность каждого лазера, мы можем выбрать любой цвет луча. Для того, чтобы спроецировать лазерное изображение, два контролируемых компьютером зеркала наводят луч на экран. Сначала луч отражается от одного зеркала, двигающегося горизонтально по оси X, а затем попадает на зеркало двигающееся вертикально ось Y. Компьютер точно соединяет точки, переводя зеркала из одного положения в следующее настолько быстро, что наблюдатель видит целый контурный рисунок. Данный процесс называется «Сканирование», а контролируемые компьютером зеркала — гальванометрами или сканерами. Сканеры двигаются от точки к точке со скоростью до 60,000 точек в секунду. Вследствие физических ограничений существенно быстрее двигаться они не могут.

Скорость сканирования определяет, насколько сложное изображение может быть спроецировано. (Для детализации изображения может быть использован второй комплект сканеров). Прерывание луча (исключение ненужных ходов траектории движения лазерного луча) осуществляется путем непосредственного модулирования лазера.

2.3 Параметры лазерных проекторов

Суммарная мощность. Важный параметр, получается сложением мощностей всех лазерных модулей проектора. От нее зависит яркость лазерного проектора. Следует учитывать паразитную засветку это: фонари уличного освещения, дежурный свет, декоративная подсветка и т. д.

Мощность в режиме баланса белого. Вот этот параметр очень важен, ведь на самом деле проектор в режиме лазерного шоу будет рисовать именно в балансе белого, иначе у нас будут искажены все цвета, как правило, изображение становится зеленым, так как красный цвет самый дорогой. Есть некоторые эмпирические данные, которые позволяют рассчитать баланс белого. Так если взять 1 часть зеленого, то для нее необходимо 2 части синего и 4 части красного, то есть соотношение R: G:B должно быть 4:1:2.

Скорость и угол сканирования. Чем больше — тем лучше, от скорости зависит, насколько сложные сцены сможет воспроизводить проектор без мерцания, просчитывается легко. Например, сцена с цветком имеет 1500 точек, значит при скорости сканирования 30 kpps, она будет прорисовываться 20 раз в секунду, что терпимо, плохо, когда сцена моргает с частотой 10−15 Гц, тогда смотреть шоу становится дискомфортно. Угол сканирования неразрывно связан со скоростью. Обычно маркетологи указывают максимальную скорость сканирования и максимальный угол, однако на конкретном угле мы можем работать на конкретной скорости. Как правило, на шоу используется угол раскрытия 40−60 градусов, и на этом угле ожидать больше 12−15kpps от 30kpps сканеров не стоит.

Расходимость лазерных лучей. Лазерный луч это не бесконечно тонкий пучок света, он постепенно становится шире, и чем быстрее он становится шире, тем хуже качество лазерной картинки на дальнем расстоянии, по этим параметрам маломощные лазерные проекторы в принципе похожи.

Дополнительные функции. Конечно же, лазерный проектор должен обладать разъемом ILDA, именно так он будет управляться с компьютера. Возможно наличие встроенного контроллера DMX с различными эффектами или наличие возможности воспроизведения с flash. Так же очень важным в процессе эксплуатации оказывается пылезащищенность оптического отсека, пыль отрицательно сказывается на мощности лазерного проектора и качестве картинки. Обычно проекторы имеют два отсека, один герметичный для оптики и один вентилируемый для электроники.

Заключение

На сегодняшний день лазерное шоу — это удовольствие не из дешевых. Самый простой вариант для свадьбы: лазер зеленого цвета 3−5 минут рисует имена молодоженов, знаки зодиака, сердечки, голубков. Такое шоу обойдется заказчикам в 500 у.е. минимум. Если хотите большего: цветной лазер, тематические картинки — цена за такое шоу будет начинаться от 1000−1500 у.е.

Цена самих лазерных проекторов зависит от мощности и соответственно применения, что непременно сказывается на качестве картинки.

Данное использование лазеров очередной раз подчеркивает, как глубоко лазеры вошли в нашу жизнь, что даже стали направлением в искусстве.