Domaći snažan laser. Pristupačne upute: kako napraviti laser kod kuće od improviziranih dijelova

Danas ćemo govoriti o tome kako napraviti vlastiti moćni zeleni ili plavi laser kod kuće od improviziranih materijala vlastitim rukama. Također ćemo razmotriti crteže, dijagrame i uređaj domaćih laserskih pokazivača sa snopom paljenja i dometom do 20 km.

Osnova laserskog uređaja je optički kvantni generator koji, koristeći električnu, toplinsku, kemijsku ili drugu energiju, proizvodi lasersku zraku.

Rad lasera temelji se na fenomenu stimuliranog (induciranog) zračenja. Lasersko zračenje može biti kontinuirano, s konstantnom snagom, ili impulsno, dosežući iznimno velike vršne snage. Suština fenomena je da pobuđeni atom može emitirati foton pod utjecajem drugog fotona bez njegove apsorpcije, ako je energija potonjeg jednaka razlici u energijama razina atoma prije i poslije emisija. U ovom slučaju, emitirani foton je koherentan fotonu koji je uzrokovao zračenje, odnosno njegova je točna kopija. Ovako se pojačava svjetlost. Ovaj fenomen se razlikuje od spontane emisije, u kojoj emitirani fotoni imaju nasumične smjerove širenja, polarizaciju i fazu.
Vjerojatnost da će nasumični foton izazvati stimuliranu emisiju pobuđenog atoma točno je jednaka vjerojatnosti apsorpcije tog fotona od strane atoma u nepobuđenom stanju. Stoga je za pojačavanje svjetlosti potrebno da u mediju bude više pobuđenih atoma nego nepobuđenih. U stanju ravnoteže ovaj uvjet nije zadovoljen pa koristimo razni sustavi pumpanje laserskog aktivnog medija (optičkog, električnog, kemijskog, itd.). U nekim shemama radni element lasera se koristi kao optičko pojačalo za zračenje iz drugog izvora.

U kvantnom generatoru nema vanjskog fotonskog toka, unutar njega se stvara inverzna populacija uz pomoć različitih izvora pumpe. Ovisno o izvorima, postoje razne načine pumpanje:
optička - snažna bljeskalica;
ispuštanje plina u radnoj tvari (aktivni medij);
injektiranje (transfer) nosilaca struje u poluvodiču u zoni
p-n prijelazi;
elektronska pobuda (vakuumsko zračenje čistog poluvodiča strujom elektrona);
toplinski (zagrijavanje plina s njegovim naknadnim brzim hlađenjem;
kemijski (potrošnja energije kemijske reakcije) i neke druge.

Primarni izvor generiranja je proces spontane emisije, stoga je za osiguranje kontinuiteta generiranja fotona potrebna pozitivna povratna sprega, zbog koje emitirani fotoni izazivaju naknadne aktove stimulirane emisije. Da biste to učinili, laserski aktivni medij stavlja se u optički rezonator. U najjednostavnijem slučaju, sastoji se od dva zrcala, od kojih je jedno prozirno - laserska zraka kroz nju djelomično izlazi iz rezonatora.

Reflektirajući se od zrcala, snop zračenja više puta prolazi kroz rezonator, uzrokujući inducirane prijelaze u njemu. Zračenje može biti kontinuirano ili impulsno. Istodobno, korištenjem raznih uređaja za brzo isključivanje i uključivanje povratne sprege i na taj način smanjivanje trajanja impulsa, moguće je stvoriti uvjete za generiranje zračenja vrlo velike snage - to su takozvani divovski impulsi. Ovaj način rada lasera naziva se Q-switched mode.
Laserska zraka je koherentna, jednobojna, polarizirana uska zraka svjetlosti. Jednom riječju, ovo je snop svjetlosti koji emitiraju ne samo sinkroni izvori, već i u vrlo uskom rasponu, i usmjeren. Neka vrsta izrazito koncentriranog svjetlosnog toka.

Zračenje koje generira laser je monokromatsko, vjerojatnost emitiranja fotona određene valne duljine veća je od one usko raspoređenog povezanog sa širenjem spektralne linije, a vjerojatnost induciranih prijelaza na ovoj frekvenciji također ima maksimum . Stoga će postupno u procesu generiranja fotoni određene valne duljine dominirati nad svim ostalim fotonima. Osim toga, zbog posebnog rasporeda zrcala, samo oni fotoni koji se šire u smjeru paralelnom s optičkom osi rezonatora na maloj udaljenosti od nje pohranjuju se u laserskoj zraki, ostali fotoni brzo napuštaju volumen rezonatora . Dakle, laserska zraka ima vrlo mali kut divergencije. Konačno, laserska zraka ima strogo definiranu polarizaciju. Za to se u rezonator uvode različiti polarizatori, na primjer, to mogu biti ravne staklene ploče postavljene pod Brewsterovim kutom u odnosu na smjer širenja laserske zrake.

Koja se radna tekućina koristi u laseru ovisi o njegovoj radnoj valnoj duljini, kao i drugim svojstvima. Radno tijelo se "pumpa" energijom kako bi se dobio efekt inverzije elektronske populacije, što uzrokuje stimuliranu emisiju fotona i učinak optičkog pojačanja. Najjednostavniji oblik optičkog rezonatora su dva paralelna zrcala (mogu ih biti i četiri ili više) smještena oko radnog tijela lasera. Potaknuto zračenje radnog tijela reflektira se natrag od ogledala i ponovno se pojačava. Do trenutka izlaska prema van, val se može višestruko reflektirati.

Dakle, ukratko formulirajmo uvjete potrebne za stvaranje izvora koherentne svjetlosti:

potrebna vam je radna tvar s inverznom populacijom. Tek tada je moguće dobiti pojačanje svjetlosti zbog prisilnih prijelaza;
radnu tvar treba postaviti između zrcala koja daju povratnu informaciju;
pojačanje koje daje radna tvar, što znači da broj pobuđenih atoma ili molekula u radnoj tvari mora biti veći od granične vrijednosti, koja ovisi o koeficijentu refleksije izlaznog zrcala.

U dizajnu lasera mogu se koristiti sljedeće vrste radnih tijela:

Tekućina. Koristi se kao radna tekućina, na primjer, u laserima za bojenje. Sastav uključuje organsko otapalo(metanol, etanol ili etilen glikol) u kojem su otopljene kemijske boje (kumarin ili rodamin). Radna valna duljina tekućih lasera određena je konfiguracijom korištenih molekula bojila.

Plinovi. Konkretno, mješavine ugljičnog dioksida, argona, kriptona ili plina, kao u helij-neonskim laserima. “Pumpanje” energije ovih lasera najčešće se provodi uz pomoć električnih pražnjenja.
Čvrste tvari (kristali i čaše). Čvrsti materijal takvih radnih tijela aktivira se (legira) dodavanjem male količine iona kroma, neodima, erbija ili titana. Kristali koji se obično koriste su itrij aluminij granat, itrij litij fluorid, safir (aluminijev oksid) i silikatno staklo. Solid state laseri se obično "pumpaju" bljeskalicom ili drugim laserom.

Poluvodiči. Materijal u kojem prijelaz elektrona između energetskih razina može biti popraćen zračenjem. Poluvodički laseri su vrlo kompaktni, "napumpani" elektro šok, što im omogućuje da se koriste u kućanskih aparata kao što su CD playeri.

Da biste pojačalo pretvorili u generator, morate organizirati povratne informacije. U laserima se to postiže postavljanjem aktivne tvari između reflektirajućih površina (zrcala) koje tvore tzv. „otvoreni rezonator“ zbog činjenice da se dio energije koju emitira djelatna tvar reflektira od zrcala i opet vraća natrag. na aktivnu tvar.

Laser koristi optičke rezonatore različite vrste- s ravnim zrcalima, sfernim, kombinacijama ravnog i sfernog, itd. U optičkim šupljinama koje daju povratnu informaciju u laseru, mogu se pobuditi samo određene vrste oscilacija elektromagnetsko polje, koji se nazivaju prirodne oscilacije ili modovi rezonatora.

Modovi su karakterizirani frekvencijom i oblikom, tj. prostornom raspodjelom oscilacija. U rezonatoru s ravnim zrcalima pretežno se pobuđuju vrste oscilacija koje odgovaraju ravnim valovima koji se šire duž osi rezonatora. Sustav dvaju paralelnih zrcala rezonira samo na određenim frekvencijama - a također igra ulogu u laseru koju ima u konvencionalnim generatorima niske frekvencije. oscilatorni krug.

Korištenje otvorenog rezonatora (umjesto zatvorenog - zatvorena metalna šupljina - karakteristika mikrovalnog raspona) je temeljna, budući da je u optičkom području rezonator dimenzija L = ? (L je karakteristična veličina rezonatora,? je valna duljina) jednostavno se ne može napraviti, a za L >> ? zatvoreni rezonator gubi svoja rezonantna svojstva jer broj mogućih modova titranja postaje toliko velik da se preklapaju.

Odsutnost bočnih stijenki značajno smanjuje broj mogućih vrsta oscilacija (moda) zbog činjenice da valovi koji se šire pod kutom u odnosu na os rezonatora brzo prelaze njegove granice i omogućuje očuvanje rezonantnih svojstava rezonatora pri L >> ?. Međutim, rezonator u laseru ne samo da daje povratnu informaciju vraćajući zračenje reflektirano od zrcala u aktivnu tvar, već također određuje spektar laserskog zračenja, njegove energetske karakteristike i usmjerenost zračenja.
U najjednostavnijoj aproksimaciji ravnog vala, uvjet rezonancije u rezonatoru s ravnim zrcalima je da cijeli broj poluvalova stane duž duljine rezonatora: L=q(?/2) (q je cijeli broj), što dovodi do izraza za frekvenciju tipa titranja s indeksom q: ?q=q(C/2L). Kao rezultat toga, emisijski spektar L., u pravilu, je skup uskih spektralnih linija, među kojima su intervali isti i jednaki c / 2L. Broj linija (komponenti) za zadanu duljinu L ovisi o svojstvima aktivnog medija, tj. o spektru spontane emisije na korištenom kvantnom prijelazu, i može doseći nekoliko desetaka i stotina. Pod određenim uvjetima, pokazalo se da je moguće izolirati jednu spektralnu komponentu, tj. provesti jednomodni režim generiranja. Spektralna širina svake od komponenti određena je gubicima energije u rezonatoru i, prije svega, prijenosom i apsorpcijom svjetlosti zrcala.

Frekvencijski profil pojačanja u radnom mediju (određen je širinom i oblikom linije radnog medija) i skup vlastitih frekvencija otvorenog rezonatora. Za otvorene rezonatore s visokim faktorom kvalitete koji se koriste u laserima, širina pojasa šupljine ??p, koja određuje širinu rezonancijskih krivulja pojedinih modova, pa čak i udaljenost između susjednih modova ??h, ispada da je manja od pojačanja širina linije ??h, pa čak i kod plinskih lasera, gdje je proširenje linije minimalno. Stoga u krug pojačanja pada nekoliko vrsta oscilacija rezonatora.

Dakle, laser ne mora nužno generirati na jednoj frekvenciji, češće se, naprotiv, generiranje događa istovremeno na nekoliko vrsta oscilacija, za koji dobitak? više gubitaka u rezonatoru. Da bi laser radio na jednoj frekvenciji (u jednofrekventnom načinu rada), obično je potrebno poduzeti posebne mjere (npr. povećati gubitke, kao što je prikazano na slici 3) ili promijeniti razmak između zrcala tako da samo jedna moda. Budući da je u optici, kao što je gore navedeno, ?h > ?p i frekvencija generiranja u laseru određena je uglavnom frekvencijom rezonatora, potrebno je stabilizirati rezonator kako bi se frekvencija generiranja održala stabilnom. Dakle, ako dobitak u radnoj tvari pokriva gubitke u rezonatoru za određene vrste oscilacija, na njima dolazi do generiranja. Sjeme za njegovu pojavu je, kao i kod svakog generatora, buka, koja je spontana emisija u laserima.
Da bi aktivni medij emitirao koherentnu monokromatsku svjetlost, potrebno je uvesti povratnu spregu, odnosno dio zračenja koje emitira ovaj medij svjetlosni tok poslan natrag u medij radi stimulirane emisije. Pozitivna povratna sprega provodi se pomoću optičkih rezonatora, koji su u osnovnoj verziji dva koaksijalna (paralelna i duž iste osi) zrcala, od kojih je jedno prozirno, a drugo "gluho", tj. potpuno reflektira svjetlosni tok. Radna tvar (aktivni medij), u kojoj se stvara inverzna populacija, smještena je između zrcala. Stimulirana emisija prolazi aktivno okruženje, pojačava, reflektira se od zrcala, ponovno prolazi kroz medij i dalje se pojačava. Kroz prozirno zrcalo dio zračenja se emitira u vanjski medij, a dio se reflektira natrag u medij i ponovno pojačava. Pod određenim uvjetima, tok fotona unutar radne tvari počet će rasti poput lavine i počet će stvaranje monokromatskog koherentnog svjetla.

Princip rada optičkog rezonatora, prevladavajući broj čestica radne tvari, predstavljenih svjetlosnim krugovima, nalaze se u osnovnom stanju, tj. na nižoj energetskoj razini. Samo ne veliki brojčestice predstavljene tamnim krugovima su u elektronski pobuđenom stanju. Kada je radna tvar izložena izvoru pumpanja, glavni broj čestica prelazi u pobuđeno stanje (broj tamnih krugova se povećao) i stvara se inverzna populacija. Nadalje (slika 2c) dolazi do spontane emisije nekih čestica u elektronički pobuđenom stanju. Zračenje usmjereno pod kutom prema osi rezonatora napustit će radnu tvar i rezonator. Zračenje usmjereno duž osi rezonatora približit će se površini zrcala.

Kod poluprozirnog zrcala dio zračenja će proći kroz njega u okolinu, a dio će se reflektirati i ponovno usmjeriti na radnu tvar, uključujući čestice u pobuđenom stanju u procesu stimulirane emisije.

Na “gluhom” zrcalu će se cijeli tok zraka reflektirati i ponovno proći kroz radnu tvar, izazivajući zračenje svih preostalih pobuđenih čestica, što odražava situaciju kada su sve pobuđene čestice dale svoju pohranjenu energiju, a na izlazu rezonator, na strani poluprozirnog zrcala, nastao je snažan tok induciranog zračenja.

Glavni strukturni elementi lasera uključuju radnu tvar s određenim energetskim razinama njihovih sastavnih atoma i molekula, izvor pumpe koji stvara inverznu populaciju u radnoj tvari i optički rezonator. Postoji veliki broj različitih lasera, ali svi imaju isti i, štoviše, jednostavan kružni dijagram uređaj, koji je prikazan na sl. 3.

Iznimka su poluvodički laseri zbog svoje specifičnosti, jer imaju sve posebno: fiziku procesa, metode crpljenja i dizajn. Poluvodiči su kristalne formacije. U zasebnom atomu energija elektrona poprima strogo definirane diskretne vrijednosti, pa se stoga energetska stanja elektrona u atomu opisuju u terminima razina. U poluvodičkom kristalu razine energije tvore energetske pojaseve. U čistom poluvodiču koji ne sadrži nikakve nečistoće postoje dva pojasa: takozvani valentni pojas i vodljivi pojas koji se nalazi iznad njega (na energetskoj ljestvici).

Između njih postoji jaz zabranjenih energetskih vrijednosti, koji se naziva pojas. Pri temperaturi poluvodiča jednakoj apsolutnoj nuli, valentni pojas mora biti potpuno ispunjen elektronima, a vodljivi pojas mora biti prazan. U stvarnim uvjetima temperatura je uvijek iznad apsolutne nule. Ali povećanje temperature dovodi do toplinske pobude elektrona, neki od njih skaču iz valentnog pojasa u vodljivi pojas.

Kao rezultat ovog procesa, u vodljivom pojasu pojavljuje se određeni (relativno mali) broj elektrona, a odgovarajući broj elektrona će nedostajati u valentnom pojasu dok se potpuno ne popuni. Prazan prostor elektrona u valentnom pojasu predstavljen je pozitivno nabijenom česticom, koja se naziva rupa. Kvantni prijelaz elektrona kroz pojas odozdo prema gore smatra se procesom generiranja para elektron-rupa, s elektronima koncentriranim na donjem rubu vodljivog pojasa, a rupama na gornjem rubu valentnog pojasa. Prijelazi kroz zabranjenu zonu mogući su ne samo odozdo prema gore, već i odozgo prema dolje. Taj se proces naziva rekombinacija elektron-rupa.

Kada se čisti poluvodič ozrači svjetlošću čija energija fotona nešto premašuje pojasni razmak, u poluvodičkom kristalu mogu se pojaviti tri vrste interakcije svjetlosti s tvari: apsorpcija, spontana emisija i stimulirana emisija svjetlosti. Prva vrsta interakcije je moguća kada foton apsorbira elektron koji se nalazi blizu gornjeg ruba valentnog pojasa. U tom će slučaju energetska snaga elektrona postati dovoljna za prevladavanje pojasnog pojasa i izvršit će kvantni prijelaz u pojas vodljivosti. Spontana emisija svjetlosti je moguća kada se elektron spontano vrati iz vodljivog pojasa u valentni pojas uz emisiju energetskog kvanta – fotona. Vanjsko zračenje može pokrenuti prijelaz u valentni pojas elektrona koji se nalazi blizu donjeg ruba vodljivog pojasa. Rezultat ove treće vrste interakcije svjetlosti s tvari poluvodiča bit će rađanje sekundarnog fotona, identičnog po svojim parametrima i smjeru gibanja fotonu koji je inicirao prijelaz.

Za generiranje laserskog zračenja potrebno je stvoriti inverznu populaciju "radnih razina" u poluvodiču - stvoriti dovoljno visoku koncentraciju elektrona na donjem rubu vodljivog pojasa i, sukladno tome, visoku koncentraciju rupa na rubu valentnog pojasa. U te svrhe čisti poluvodički laseri obično koriste pumpanje elektronskom zrakom.

Zrcala rezonatora su polirani rubovi poluvodičkog kristala. Nedostatak takvih lasera je što mnogi poluvodički materijali generiraju lasersko zračenje samo pri vrlo niske temperature, a bombardiranje poluvodičkih kristala strujom elektrona uzrokuje njegovo snažno zagrijavanje. To zahtijeva dodatne uređaje za hlađenje, što komplicira dizajn uređaja i povećava njegove dimenzije.

Svojstva dopiranih poluvodiča značajno se razlikuju od svojstava nedopiranih, čistih poluvodiča. To je zbog činjenice da atomi nekih nečistoća lako doniraju jedan od svojih elektrona vodljivom pojasu. Te se nečistoće nazivaju donorskim nečistoćama, a poluvodič s takvim nečistoćama naziva se n-poluvodič. Atomi drugih nečistoća, naprotiv, hvataju jedan elektron iz valentnog pojasa, te su takve nečistoće akceptorske, a poluvodič s takvim nečistoćama je p-poluvodič. Razina energije atomi nečistoće nalaze se unutar pojasa: za n-poluvodiče, nedaleko od donjeg ruba vodljivog pojasa, za f-poluvodiče, blizu gornjeg ruba valentnog pojasa.

Ako na ovom području stvoriti električni napon tako da na strani p-poluvodiča postoji pozitivan pol, a na strani p-poluvodiča negativni pol, zatim pod djelovanjem električno polje elektroni iz n-poluvodiča i rupe iz n-poluvodiča će se kretati (ubrizgati) u r-p područje- tranzicija.

Tijekom rekombinacije elektrona i rupa, emitirat će se fotoni, a uz prisutnost optičkog rezonatora moguća je generacija laserskog zračenja.

Zrcala optičkog rezonatora su polirane površine poluvodičkog kristala, orijentirane okomito p-p ravnina- tranzicija. Takve lasere karakterizira minijaturizacija, budući da dimenzije poluvodičkog aktivnog elementa mogu biti oko 1 mm.

Ovisno o značajci koja se razmatra, svi laseri su podijeljeni na sljedeći način).

Prvi znak. Uobičajeno je razlikovati laserska pojačala i generatore. U pojačalima se na ulaz dovodi slabo lasersko zračenje, a na izlazu se odgovarajuće pojačava. U generatorima nema vanjskog zračenja, ono nastaje u radnoj tvari zbog njezine pobude uz pomoć različitih izvora pumpe. Svi medicinski laserski uređaji su generatori.

Drugi znak je fizičko stanje radne tvari. Sukladno tome, laseri se dijele na krute (rubin, safir, itd.), plinske (helij-neon, helij-kadmij, argon, ugljični dioksid itd.), tekuće (tekući dielektrik s nečistoćama radnih atoma rijetkih zemljanih metala) i poluvodiča (arsenid-galij, arsenid-fosfid-galij, selenid-olovo itd.).

Metoda uzbude radne tvari je treća obilježje laseri. Ovisno o izvoru pobude, razlikuju se laseri s optičkim crpljenjem, s pumpanjem uslijed plinskog pražnjenja, elektroničkom pobudom, ubrizgavanjem nosača naboja, s toplinskim, kemijskim crpljenjem i još neki.

Emisioni spektar lasera je sljedeći znak klasifikacije. Ako je zračenje koncentrirano u uskom rasponu valnih duljina, tada je uobičajeno da se laser smatra monokromatskim i određena je valna duljina naznačena u njegovim tehničkim podacima; ako je u širokom rasponu, tada laser treba smatrati širokopojasnim i treba naznačiti raspon valnih duljina.

Prema prirodi emitirane energije razlikuju se pulsni laseri i laseri s kontinuiranim valovima. Ne treba brkati pojmove impulsnog lasera i lasera s frekvencijskom modulacijom kontinuiranog zračenja, jer u drugom slučaju dobivamo, zapravo, diskontinuirano zračenje različitih frekvencija. Impulsni laseri imaju veliku snagu u jednom impulsu, koja doseže 10 W, dok je njihova prosječna impulsna snaga, određena odgovarajućim formulama, relativno mala. Za cw lasere s frekvencijskom modulacijom snaga u tzv. pulsu je manja od snage kontinuiranog zračenja.

Prema prosječnoj izlaznoj snazi ​​zračenja (sljedeća klasifikacijska karakteristika), laseri se dijele na:

visokoenergetski (stvorena snaga zračenja gustoće toka na površini objekta ili biološkog objekta - više od 10 W/cm2);

srednje-energetski (stvorena snaga zračenja gustoće toka - od 0,4 do 10 W / cm2);

niskoenergetski (stvorena snaga zračenja gustoće toka - manje od 0,4 W/cm2).

Meka (stvorena energetska izloženost - E ili gustoća toka snage na ozračenoj površini - do 4 mW/cm2);

prosjek (E - od 4 do 30 mW / cm2);

tvrdi (E - više od 30 mW / cm2).

U skladu s " Sanitarni standardi i pravila za projektiranje i rad lasera br. 5804-91 "prema stupnju opasnosti od generiranog zračenja za servisno osoblje laseri su podijeljeni u četiri klase.

Laseri prve klase su tehničkih uređaja, čije izlazno kolimirano (sadržano u ograničenom čvrstom kutu) zračenje ne predstavlja opasnost kada se ozrači za oči i kožu osobe.

Laseri druge klase su uređaji čije je izlazno zračenje opasno kada se oči izlažu izravnim i reflektiranim zračenjem.

Laseri treće klase su uređaji čije je izlazno zračenje opasno kada su oči izložene izravnom i zrcalno reflektiranom, kao i difuzno reflektiranom zračenju na udaljenosti od 10 cm od difuzno reflektirajuće površine i (ili) kada je koža izložena na izravno i zrcalno reflektirano zračenje.

Laseri klase 4 su uređaji čije je izlazno zračenje opasno kada je koža izložena difuzno reflektiranom zračenju na udaljenosti od 10 cm od difuzno reflektirajuće površine.

Precizno rezanje metala nije lak zadatak. Koriste se glodalice, plazma rezači, vodeni rezači.

Nedavno je postalo moguće koristiti znanstveni razvoj u industriji pa i u svakodnevnom životu, a laserski rezač za metal se iz fantastičnog pribora pretvorio u običan alat koji se može kupiti. Uključujući i za osobnu upotrebu.

Cijena industrijska oprema nadilazi zdrav razum. Ali uz određene količine komercijalne upotrebe, kupnja je moguća. Ako područje obrade ne prelazi 0,5 m do 1 m, sasvim je moguće zadovoljiti 100 tisuća rubalja. Ovo je pravi iznos za malu metaloprerađivačku radionicu.

Ugradnja laserskog rezanja metala - princip rada

Ne govorimo o hiperboloidnom inženjeru Garinu, ostavimo ovu temu za znanstvenu fantastiku. Dimenzije emitera i njegova snaga još uvijek su nepremostiva prepreka stvaranju prijenosnih borbenih lasera, odn. alat za rezanje na temelju njih.

Industrijske instalacije za ručnu upotrebu zapravo nisu ručni uređaji. Sama instalacija je stacionarna, a energijom laserske zrake opskrbljuje reznu glavu pomoću optičkog vlakna. Da, i zaštita operatera trebala bi biti na razini astronauta ili, u najgorem slučaju, čeličana.

Važno! Bilo tko, čak i malo moćan laser, ako se nekontrolirano uključi, može uzrokovati požar, ozbiljne ozljede i materijalnu štetu.

Prije nego što počnete izrađivati ​​laser vlastitim rukama za rezanje metala, a još više za probni rad, vodite računa o sigurnosnim mjerama i zaštiti očiju. Zraka reflektirana od metala također ima razornu moć.

Princip rada

Laserska zraka stvara točkasto pregrijavanje materijala koji se obrađuje, što dovodi do taljenja, a uz dugotrajno izlaganje isparavanju metala. Potonja opcija je prikladnija za uništavanje, jer se šav dobiva s nazubljenim rubovima. Da, i metalne pare se talože na elementima stroja, posebno na optici. To skraćuje vijek trajanja.

Izrada snažnog gorućeg lasera vlastitim rukama jednostavan je zadatak, međutim, osim mogućnosti korištenja lemilice, bit će potrebna briga i točnost pristupa. Odmah treba napomenuti da ovdje nije potrebno duboko poznavanje elektrotehnike, a uređaj možete napraviti čak i kod kuće. Glavna stvar tijekom rada je poštivanje sigurnosnih mjera, budući da je izlaganje laserskoj zraki štetno za oči i kožu.

Laser je opasna igračka koja može štetiti zdravlju ako se nepažljivo koristi. Nemojte usmjeravati laser na ljude ili životinje!

Što će biti potrebno?

Svaki laser može se podijeliti na nekoliko komponenti:

• emiter svjetlosnog toka;
• optika;
• izvor energije;
• stabilizator struje (driver).

Da biste napravili snažan domaći laser, sve ove komponente morate razmotriti zasebno. Najpraktičniji i najlakši za sastavljanje je laser na bazi laserske diode, a mi ćemo to razmotriti u ovom članku.

Gdje mogu nabaviti diodu za laser?

Radno tijelo bilo kojeg lasera je laserska dioda. Možete ga kupiti u gotovo svakoj radio trgovini ili ga nabaviti s neispravnog CD pogona. Činjenica je da je neoperabilnost pogona rijetko povezana s kvarom laserske diode. Ako imate pokvareni pogon, možete dodatni troškovi nabavite predmet koji želite. Ali morate uzeti u obzir da njegova vrsta i svojstva ovise o modifikaciji pogona.

Najslabiji laser koji radi u infracrvenom području ugrađen je u CD-ROM pogone. Snaga mu je dovoljna samo za čitanje CD-a, a snop je gotovo nevidljiv i nije u stanju proći kroz predmete. CD-RW ima snažniju lasersku diodu, prikladnu za snimanje i ocijenjena za istu valnu duljinu. Smatra se najopasnijim, jer emitira snop u spektru nevidljivom oku.

DVD-ROM pogon je opremljen s dvije slabe laserske diode, koje imaju dovoljno energije samo za čitanje CD-a i DVD diskovi. DVD-RW snimač ima crveni laser velike snage. Njegov je snop vidljiv pri svakom svjetlu i može lako zapaliti neke predmete.

BD-ROM ima ljubičasti ili plavi laser, koji je po parametrima sličan DVD-ROM-u. Od BD-RE pisača možete dobiti najmoćniju lasersku diodu s prekrasnim ljubičastim ili plavim snopom koji može izgorjeti. Međutim, prilično je teško pronaći takav pogon za rastavljanje, i radni uređaj skupo je.

Najprikladnija je laserska dioda uzeta iz pogona za pisanje DVD-RW diskovi. Najkvalitetnije laserske diode ugrađene su u LG, Sony i Samsung pogone.

Što je veća brzina DVD snimanje pogon, snažnija je laserska dioda ugrađena u njega.

Demontaža pogona

S pogonom ispred njih, prvo što trebate učiniti je ukloniti gornji poklopac odvrnuvši 4 vijka. Zatim se uklanja pokretni mehanizam koji se nalazi u sredini i fleksibilnim kabelom je spojen na tiskanu ploču. Sljedeća meta je laserska dioda pouzdano utisnuta u radijator od aluminija ili duraluminijske legure. Prije demontaže preporuča se osigurati zaštitu od statičkog elektriciteta. Da biste to učinili, vodi laserske diode su zalemljeni ili omotani tankom bakrenom žicom.

Nadalje, moguće su dvije opcije. Prvi uključuje rad gotovog lasera u obliku stacionarne instalacije zajedno sa standardnim radijatorom. Druga mogućnost je sastavljanje uređaja u tijelo prijenosne svjetiljke ili laserskog pokazivača. U tom slučaju morat ćete primijeniti silu da biste ugrizli ili izrezali radijator bez oštećenja zračećeg elementa.

Vozač

Napajanju lasera treba pristupiti odgovorno. Kao i kod LED dioda, ovo mora biti izvor konstantne struje. Na internetu postoji mnogo sklopova koji se napajaju baterijom ili baterijom preko ograničavajućeg otpornika. Dostatnost takvog rješenja je upitna, budući da napon na bateriji ili bateriji varira ovisno o razini napunjenosti. Sukladno tome, struja koja teče kroz emitirajuću diodu lasera će jako odstupiti od nominalna vrijednost. Kao rezultat toga, uređaj neće raditi učinkovito pri niskim strujama, a pri visokim strujama to će dovesti do brzog smanjenja intenziteta njegovog zračenja.

Najbolja opcija je korištenje najjednostavnijeg stabilizatora struje izgrađenog na bazi. Ovaj mikrosklop spada u kategoriju univerzalnih integriranih stabilizatora s mogućnošću samostalan zadatak izlazna struja i napon. Mikrokrug radi u širokom rasponu ulaznih napona: od 3 do 40 volti.

Analog LM317 je domaći čip KR142EN12.

Za prvi laboratorijski pokus odgovarajući krug ispod. Izračun jedinog otpornika u krugu provodi se prema formuli: R = I / 1,25, gdje je I nazivna laserska struja (referentna vrijednost).

Ponekad se na izlazu stabilizatora paralelno s diodom ugrađuju polarni kondenzator od 2200 uFx16 V i nepolarni kondenzator od 0,1 uF. Njihovo sudjelovanje opravdano je u slučaju dovoda napona na ulaz iz stacionarnog napajanja, koji može propustiti beznačajnu promjenjivu komponentu i impulsni šum. Jedan od ovih sklopova, dizajniran za napajanje iz Krona baterije ili male baterije, prikazan je u nastavku.

Na dijagramu je prikazana približna vrijednost otpornika R1. Za njegov točan izračun morate koristiti gornju formulu.

Sakupivši dijagram ožičenja, možete napraviti preliminarno uključivanje i, kao dokaz izvedbe kruga, promatrati jarko crveno raspršeno svjetlo emitirajuće diode. Nakon mjerenja stvarne struje i temperature kućišta, vrijedi razmisliti o potrebi ugradnje radijatora. Ako će se laser koristiti u stacionarnoj instalaciji pri velikim strujama Dugo vrijeme, tada je potrebno osigurati pasivno hlađenje. Sada, za postizanje cilja, ostaje vrlo malo: usredotočiti se i dobiti uski snop velike snage.

Optika

Znanstveno rečeno, vrijeme je za izradu jednostavnog kolimatora, uređaja za dobivanje snopova paralelnih svjetlosnih zraka. Idealna opcija za tu svrhu bila bi standardna leća uzeta s pogona. Uz njegovu pomoć možete dobiti prilično tanku lasersku zraku promjera oko 1 mm. Količina energije takve zrake dovoljna je da u nekoliko sekundi progori papir, tkaninu i karton, otopi plastiku i spali drvo. Ako fokusirate tanju zraku, tada ovaj laser može rezati šperploču i pleksiglas. No, prilično je teško prilagoditi i sigurno fiksirati objektiv s pogona zbog male žarišne duljine.

Mnogo je lakše izgraditi kolimator na temelju laserskog pokazivača. Osim toga, u njegovo kućište može se staviti drajver i mala baterija. Izlaz će biti snop promjera oko 1,5 mm manjeg efekta gorenja. U maglovitom vremenu ili s obilnim snježnim padalinama mogu se promatrati nevjerojatni svjetlosni efekti usmjeravanjem svjetlosnog toka u nebo.

Putem internet trgovine možete kupiti gotov kolimator, posebno dizajniran za montažu i podešavanje lasera. Njegovo tijelo služit će kao radijator. Poznavajući dimenzije svih komponenti uređaja, možete kupiti jeftinu LED svjetiljku i koristiti njezino tijelo.

U zaključku, želio bih dodati nekoliko fraza o opasnostima laserskog zračenja. Prvo, nikada ne usmjeravajte lasersku zraku u oči ljudi ili životinja. To dovodi do ozbiljnog oštećenja vida. Drugo, nosite zelene naočale dok eksperimentirate s crvenim laserom. One sprječavaju prolaz većine crvene komponente spektra. Količina svjetlosti koja prolazi kroz naočale ovisi o valnoj duljini zračenja. Pogledajte lasersku zraku sa strane zaštitna oprema dopušteno samo kratko vrijeme. Inače se može pojaviti bol u očima.

Pročitajte također

Riječ “laser” ili “laser” je skraćenica za “pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom zračenja”. Na ruskom: - "pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom", ili optički kvantni generator. Prvi laser, koji je kao rezonator koristio srebrno presvučen rubin cilindar, razvio je 1960. godine Hughes Research Laboratories u Kaliforniji. .Danas se laseri koriste u razne svrhe, od mjerenja raznih veličina do čitanja kodiranih podataka. Postoji nekoliko načina za izradu lasera, ovisno o vašem proračunu i vještinama.

Koraci

1. dio

Razumijevanje kako laser radi

Laseru je za rad potreban izvor energije. Laseri rade pobuđivanjem elektrona u aktivnom mediju lasera vanjski izvor energije i potaknuti ih na emitiranje svjetlosti određene valne duljine. Ovaj je proces prvi put predložio Albert Einstein 1917. Da bi elektroni (u atomima aktivnog medija lasera) emitirali svjetlost, prvo moraju apsorbirati energiju krećući se u višu orbitu, a zatim tu energiju dati u obliku čestice svjetlosti pri povratku u izvorna orbita. Ovaj način uvođenja energije u laserski aktivni medij naziva se “pumpanje”.

Kanalski prolaz energije kroz aktivni (pojačavajući) medij. Medij za pojačavanje ili aktivni laserski medij povećava intenzitet svjetlosti zbog inducirane (prisilne) emisije koju emitiraju elektroni. Medij za pojačavanje može biti bilo koja struktura ili tvar koja je navedena u nastavku:

Ugradnja zrcala za zadržavanje svjetlosti unutar lasera. Ogledala ili rezonatori zadržavaju svjetlost unutar radne komore lasera sve dok se ne akumulira željena razina energije koja se emitira kroz malu rupu u jednom od zrcala ili kroz leću.

• Najjednostavniji rezonator ili "linearni rezonator" koristi dva zrcala postavljena na suprotnim stranama radne komore lasera za generiranje jedne izlazne zrake.
• Složeniji "prstenasti rezonator" koristi tri ili više zrcala. Može generirati više zraka ili jedan snop s optičkim izolatorom.

1. Upotreba objektiva za fokusiranje za usmjeravanje svjetlosti kroz medij za pojačanje. Uz ogledala, leća pomaže u koncentraciji i usmjeravanju svjetlosti kako bi medij za pojačanje primio što više svjetla.

2. dio

Konstrukcija lasera

Prvi način: Izrada lasera iz kompleta

Kupiti. Možete kupiti u trgovini elektronikom ili kupiti online "laserski komplet", "laserski komplet", "laserski modul" ili "lasersku diodu". Laserski komplet treba sadržavati sljedeće:

• Shema upravljačkog programa. Ponekad se prodaje odvojeno od ostalih komponenti. Odaberite upravljački sklop koji će vam omogućiti regulaciju struje.
• laserska dioda.
• Leća za podešavanje može biti staklena ili plastična. Obično su dioda i leća spojeni zajedno u maloj cijevi. Te se komponente ponekad prodaju zasebno bez upravljačkog programa.

1. Sastavljanje upravljačkog kruga. Mnogi laserski setovi prodaju se s nesastavljenim drajverom. Ovi kompleti uključuju PCB i povezane dijelove, a morate ih lemiti prema isporučenom dijagramu. Neki setovi mogu imati sastavljen upravljački program.

   Spojite upravljačku jedinicu na lasersku diodu. Ako imate digitalni multimetar, možete ga uključiti u diodni krug za praćenje struje. Većina laserskih dioda ima struju u rasponu od 30 do 250 miliampera (mA). Raspon struje od 100 do 150 mA dat će prilično snažan snop.

   • Možete dati više struje laserskoj diodi kako biste dobili snažniji snop, ali dodatna struja će skratiti životni vijek ili čak izgorjeti diodu.

2. Spojite napajanje ili bateriju u strujni krug. Laserska dioda trebala bi jako svijetliti.

3. Rotirajte leću kako biste fokusirali lasersku zraku. Usmjerite ga prema zidu i fokusirajte se dok se ne pojavi lijepa, svijetla točka.

   • Nakon što ste namjestili leću na ovaj način, postavite šibicu u liniju sa zrakom i rotirajte leću dok ne vidite da glava šibice počinje dimiti. Također možete pokušati pop Baloni ili zapaliti rupe u papiru.

Drugi način: Izrada diodnog lasera od starog DVD-a ili Blu-Ray pogona

1. Nabavite stari DVD ili Blu-ray snimač ili pogon. Odaberite uređaje sa 16x brzinom pisanja ili bržom. Ovi uređaji imaju laserske diode s izlaznom snagom od 150 mW ili više.

   • DVD pogon ima crvenu lasersku diodu valne duljine 650nm.
   • Blu-ray pogon ima plavu lasersku diodu valne duljine 405nm.
   • DVD pogon mora biti u dovoljno dobrom stanju za snimanje diskova, iako ne nužno uspješno. Drugim riječima, dioda mora biti dobra.
   • Nemojte pokušavati koristiti DVD čitač, CD čitač i snimač umjesto DVD snimača. DVD čitač ima crvenu diodu, ali nije tako moćan kao DVD snimač. Laserska dioda u CD snimaču je prilično moćna, ali emitira svjetlost u infracrvenom rasponu, a dobit ćete snop koji nije vidljiv oku.

2. Uklanjanje laserske diode s pogona. Okrenite pogon naopako. Vidjet ćete vijke koje ćete morati ukloniti prije nego što odvojite pogonski mehanizam i izvučete diodu.

   • Nakon što rastavite pogon, vidjet ćete par metalnih tračnica pričvršćenih na mjesto vijcima. Podržavaju laserski komplet. Odvrnite vodilice da biste ih uklonili. Uklonite laserski komplet.
   • Laserska dioda je manja od penija. Ima tri metalna kontakta u obliku nogu. Može se staviti u metalnu školjku sa zaštitnim prozirnim prozorčićem ili bez prozora, ili se ne može ničim zatvoriti.
   • Morate izvući diodu iz laserske glave. Možda će biti lakše prvo ukloniti hladnjak iz sklopa prije nego što pokušate ukloniti diodu. Ako imate antistatičku traku za zapešće, koristite je dok skidate diodu.
   • Pažljivo rukujte laserskom diodom, osobito ako se radi o nezaštićenoj diodi. Ako imate antistatički spremnik, stavite diodu u njega dok ne počnete sastavljati laser.

3. Pripremite objektiv za fokusiranje. Morat ćete proći snop diode kroz leću za fokusiranje da biste je upotrijebili kao laser. To možete učiniti na jedan od dva načina:

   • Korištenje povećala kao objektiva za fokusiranje. Okrenite leću da pronađete Pravo mjesto za proizvodnju fokusirane laserske zrake. Ako je potrebno, to ćete morati učiniti svaki put prije uporabe lasera.
   • Kupite lasersku diodu male snage, kao što je sklop laserske diode od 5 mW s lećom i cijevi. Zatim ga zamijenite laserskom diodom iz DVD snimača.

Kada je u kućanstvo postoji potreba rezanja metalni lim, onda ne možete bez laserskog rezača, sastavljenog vlastitim rukama.

Drugi život jednostavnih stvari

Kućni majstor će uvijek naći upotrebu čak i za one stvari koje su postale neupotrebljive. Dakle, stari laserski pokazivač može pronaći drugi život i pretvoriti se u laserski rezač. Da biste ovu ideju oživjeli, trebat će vam:

1. Laserski pokazivač.
2. Svjetiljka.
3. Baterije (bolje je uzeti punjive baterije).
4. CD/DVD-RW pisač s pogonom s radnim laserom.
5. Lemilica.
6. Odvijači u setu.

Rad počinje uklanjanjem laserskog rezača s pogona. Ovo je mukotrpan posao koji zahtijeva maksimalnu pažnju. Prilikom uklanjanja gornjih učvršćivača, možete naletjeti na kočiju s ugrađenim laserom. Može se kretati u dva smjera. Nosač se mora ukloniti posebno pažljivo, svi odvojivi uređaji i vijci se pažljivo uklanjaju. Zatim morate ukloniti crvenu diodu koja gori. Ovaj se rad može obaviti s lemilom. Treba napomenuti da ovaj važan detalj zahtijeva povećanu pozornost. Ne preporuča se tresti ili ispuštati.

Za povećanje snage laserskog rezača u pripremljenom pokazivaču potrebno je zamijeniti "nativnu" diodu onom uklonjenom iz rekordera.

Pokazivač treba dosljedno i pažljivo rastaviti. Razmotava se i dijeli na komadiće. Dio koji treba zamijeniti nalazi se na vrhu. Ako ga je teško ukloniti, možete si pomoći nožem, lagano protresajući pokazivač. Na mjesto "nativne" diode postavlja se nova. Možete ga popraviti ljepilom.

Sljedeća faza radova je izgradnja nove zgrade. Ovdje dobro dođe stara svjetiljka. Zahvaljujući njemu, bit će prikladno koristiti novi laser, spojiti ga na napajanje. Poboljšani krajnji dio pokazivača ugrađen je u tijelo svjetiljke. Zatim se napajanje spaja na diodu iz baterija. Prilikom spajanja vrlo je važno pravilno postaviti polaritet. Prije sastavljanja svjetiljke potrebno je ukloniti staklo i preostale dijelove pokazivača tako da ništa ne ometa izravni put laserske zrake.

Prije korištenja sastavljene jedinice vlastitim rukama, potrebno je još jednom provjeriti je li laser čvrsto fiksiran i ravnomjerno postavljen, je li polaritet žica ispravno spojen.

Ako je sve učinjeno ispravno, uređaj se može koristiti. Bit će teško raditi na metalu, jer uređaj ima malu snagu, ali je sasvim moguće izgorjeti papir, polietilen ili nešto slično.

Natrag na indeks

napredni model

Može se izraditi snažniji domaći laserski rezač. Za rad morate pripremiti:

1. CD/DVD-RW snimač (može se koristiti neradni model).
2. Otpornici 2-5 Ohma.
3. Baterije.
4. Kondenzatori 100 pF i 100 mF.
5. Žica.
6. Lemilica.
7. kolimator.
8. LED svjetiljka u čeličnom kućištu.

Od ovih komponenti sastavlja se drajver koji će rezaču osigurati potrebnu snagu kroz ploču. Treba imati na umu da izvor struje nije izravno spojen na diodu. Inače će pasti u potpuni zapušten. Napajanje možete spojiti samo preko balastnog otpornika.

Tijelo s lećom djeluje kao kolimator. Ona će skupljati zrake u jednu gredu. Ovaj dio se može kupiti u specijaliziranoj trgovini. Detalj je dobar po tome što pruža utičnicu za montažu laserske diode.

Ovaj laser je proizveden na isti način kao i prethodni model. Tijekom rada potrebno je koristiti antistatičke narukvice koje vam omogućuju uklanjanje statičkog napona s laserske diode. Ako nije moguće kupiti takve narukvice, može se koristiti tanka žica, koja se mora namotati oko diode. Zatim možete nastaviti s izradom upravljačkog programa.