Házi készítésű erős lézer. Megfizethető utasítások: hogyan készítsünk otthon lézert rögtönzött alkatrészekből

Ma arról fogunk beszélni, hogyan készíthet saját kezűleg saját kezűleg improvizált anyagokból saját nagy teljesítményű zöld vagy kék lézert. Figyelembe vesszük a rajzokat, diagramokat és a házi készítésű lézermutatók eszközét is, gyújtósugárral és legfeljebb 20 km-es hatótávolsággal.

A lézeres berendezés alapja egy optikai kvantumgenerátor, amely elektromos, hő-, kémiai vagy egyéb energia felhasználásával lézersugarat állít elő.

A lézer működése a stimulált (indukált) sugárzás jelenségén alapul. A lézersugárzás lehet folyamatos, állandó teljesítményű, vagy impulzusos, rendkívül magas csúcsteljesítményű. A jelenség lényege, hogy egy gerjesztett atom egy másik foton hatására képes fotont kibocsátani annak elnyelése nélkül, ha az utóbbi energiája megegyezik az atom előtti és utáni energiaszintek különbségével. sugárzás. Ebben az esetben a kibocsátott foton koherens a sugárzást okozó fotonnal, vagyis annak pontos másolata. Így erősödik a fény. Ez a jelenség különbözik a spontán emissziótól, amelyben a kibocsátott fotonok terjedésének, polarizációjának és fázisának véletlenszerű iránya van.
Annak a valószínűsége, hogy egy véletlenszerű foton egy gerjesztett atom stimulált emisszióját okozza, pontosan egyenlő annak a valószínűségével, hogy egy gerjesztetlen állapotban lévő atom ezt a fotont abszorpálja. Ezért a fény felerősítéséhez szükséges, hogy a közegben több gerjesztett atom legyen, mint gerjesztetlen. Egyensúlyi állapotban ez a feltétel nem teljesül, ezért használjuk különféle rendszerek a lézeres aktív közeg pumpálása (optikai, elektromos, vegyi stb.). Egyes sémákban a lézer munkaelemét optikai erősítőként használják más forrásból származó sugárzáshoz.

A kvantumgenerátorban nincs külső fotonfluxus, az inverz populáció benne jön létre különféle pumpás források segítségével. A forrásoktól függően vannak különböző módokon szivattyúzás:
optikai - nagy teljesítményű vakulámpa;
gázkibocsátás a munkaanyagban (aktív közegben);
áramhordozók befecskendezése (átvitele) egy félvezetőbe a zónában
p-n átmenetek;
elektronikus gerjesztés (tiszta félvezető vákuumbesugárzása elektronárammal);
termikus (a gáz felmelegítése és ezt követő gyors hűtés;
vegyszer (energia felhasználás kémiai reakciók) és néhány másik.

A generálás elsődleges forrása a spontán emisszió folyamata, ezért a fotongenerációk folytonosságának biztosításához pozitív visszacsatolás szükséges, melynek köszönhetően a kibocsátott fotonok későbbi stimulált emissziós aktusokat idéznek elő. Ehhez a lézer aktív közeget optikai rezonátorba helyezzük. A legegyszerűbb esetben két tükörből áll, amelyek közül az egyik áttetsző - a lézersugár részben kilép a rezonátorból.

A tükrökről visszaverődő sugárnyaláb ismételten áthalad a rezonátoron, indukált átmeneteket okozva benne. A sugárzás lehet folyamatos vagy impulzusos. Ugyanakkor a gyors ki- és bekapcsolási visszacsatolás és ezáltal az impulzusperiódus csökkentésére szolgáló különféle eszközök segítségével lehetőség nyílik nagyon nagy teljesítményű sugárzás előállítására - ezek az úgynevezett óriás impulzusok. Ezt a lézeres üzemmódot Q-kapcsolt üzemmódnak nevezik.
A lézersugár koherens, monokróm, polarizált keskeny fénysugár. Egyszóval ez egy olyan fénysugár, amelyet nem csak szinkron források bocsátanak ki, hanem nagyon szűk tartományban is, és irányítottak. Egyfajta rendkívül koncentrált fényáram.

A lézer által keltett sugárzás monokromatikus, egy adott hullámhosszúságú foton kibocsátásának valószínűsége nagyobb, mint a spektrális vonal kiszélesedésével összefüggő közeli fotoné, és ezen a frekvencián az indukált átmenetek valószínűsége is maximális. . Ezért fokozatosan a keletkezési folyamat során az adott hullámhosszúságú fotonok dominálnak minden más foton felett. Ráadásul a tükrök speciális elrendezése miatt csak azok a fotonok tárolódnak a lézersugárban, amelyek a rezonátor optikai tengelyével párhuzamos irányban, attól kis távolságra terjednek, a többi foton gyorsan elhagyja a rezonátor térfogatát. . Így a lézersugárnak nagyon kicsi az eltérési szöge. Végül a lézersugárnak szigorúan meghatározott polarizációja van. Ehhez különféle polarizátorokat vezetnek be a rezonátorba, például a lézersugár terjedési irányához képest Brewster-szögben elhelyezett síküveglemezek lehetnek.

A lézerben használt munkafolyadék a munkahullámhosszától, valamint egyéb tulajdonságaitól függ. A dolgozó testet energiával "pumpálják", hogy elérjék az elektronpopuláció-inverzió hatását, ami stimulált fotonkibocsátást és optikai erősítést okoz. Az optikai rezonátor legegyszerűbb formája két párhuzamos tükör (lehet négy vagy több is), amelyek a lézer munkateste körül helyezkednek el. A dolgozó test stimulált sugárzását a tükrök visszaverik és ismét felerősítik. A kifelé való kilépés pillanatáig a hullám sokszor visszaverődhet.

Tehát röviden fogalmazzuk meg a koherens fényforrás létrehozásához szükséges feltételeket:

kell egy működő anyag inverz populációval. Csak akkor lehetséges a fény erősítése a kényszerített átmenetek miatt;
a munkaanyagot a visszacsatolást biztosító tükrök közé kell helyezni;
a munkaanyag által adott erősítést, ami azt jelenti, hogy a munkaanyagban a gerjesztett atomok vagy molekulák számának nagyobbnak kell lennie, mint a küszöbérték, amely a kimeneti tükör reflexiós együtthatójától függ.

A lézerek tervezésénél a következő típusú munkatestek használhatók:

Folyékony. Munkafolyadékként használják, például festéklézerekben. A kompozíció tartalmazza szerves oldószer(metanol, etanol vagy etilénglikol), amelyben kémiai színezékek (kumarin vagy rodamin) vannak feloldva. A folyékony lézerek működési hullámhosszát az alkalmazott festékmolekulák konfigurációja határozza meg.

Gázok. Különösen szén-dioxid, argon, kripton vagy gázkeverékek, mint a hélium-neon lézereknél. E lézerek energiájának "szivattyúzása" leggyakrabban elektromos kisülések segítségével történik.
Szilárd anyagok (kristályok és üvegek). Az ilyen munkatestek szilárd anyagát kis mennyiségű króm, neodímium, erbium vagy titán ionok hozzáadásával aktiválják (ötvözik). A leggyakrabban használt kristályok ittrium-alumínium-gránát, ittrium-lítium-fluorid, zafír (alumínium-oxid) és szilikátüveg. A szilárdtestlézereket általában vakulámpával vagy más lézerrel "pumpálják".

Félvezetők. Olyan anyag, amelyben az elektronok energiaszintek közötti átmenetét sugárzás kísérheti. A félvezető lézerek nagyon kompaktak, "felpumpáltak" Áramütés, amely lehetővé teszi számukra a használatát Háztartási gépek mint például a CD-lejátszók.

Ahhoz, hogy az erősítőt generátorrá alakítsa, visszajelzést kell szerveznie. A lézereknél ezt úgy érik el, hogy a hatóanyagot visszaverő felületek (tükrök) közé helyezik, amelyek az úgynevezett "nyitott rezonátort" alkotják, mivel a hatóanyag által kibocsátott energia egy része visszaverődik a tükrökről, és ismét visszatér. a hatóanyaghoz.

A lézer optikai rezonátorokat használ különféle típusok- lapos tükrökkel, gömb alakúak, lapos és gömb alakúak kombinációi stb. A Lézerben visszacsatolást biztosító optikai üregekben csak bizonyos típusú rezgések gerjeszthetők elektromágneses mező, amelyeket természetes oszcillációnak vagy a rezonátor üzemmódjának nevezünk.

A módusokat a frekvencia és az alak, azaz a rezgések térbeli eloszlása ​​jellemzi. A lapostükrös rezonátorban túlnyomórészt a rezonátor tengelye mentén terjedő síkhullámoknak megfelelő rezgéstípusok gerjesztettek. A két párhuzamos tükörből álló rendszer csak bizonyos frekvenciákon rezonál – és a lézerben is azt a szerepet játszik, mint a hagyományos alacsony frekvenciájú generátorokban. oszcillációs áramkör.

A nyitott rezonátor (nem pedig a zárt - zárt fémüreg -, amely a mikrohullámú tartományra jellemző) használata alapvető fontosságú, mivel az optikai tartományban egy L = ? (L a rezonátor jellemző mérete,? a hullámhossz) egyszerűen nem készíthető, és L-re >> ? a zárt rezonátor elveszti rezonanciatulajdonságait, mivel a lehetséges rezgésmódok száma annyira megnő, hogy átfedik egymást.

Az oldalfalak hiánya jelentősen csökkenti a lehetséges rezgéstípusok (üzemmódok) számát, mivel a rezonátor tengelyével szögben terjedő hullámok gyorsan túllépik annak határait, és lehetővé teszi a rezonátor rezonáns tulajdonságainak megőrzését L >> ?. A lézerben lévő rezonátor azonban nemcsak visszacsatolást ad a tükrökről visszaverődő sugárzásnak a hatóanyagra való visszavezetésével, hanem meghatározza a lézer sugárzási spektrumát, energetikai jellemzőit és a sugárzás irányát is.
A síkhullám legegyszerűbb közelítésében a rezonanciafeltétel egy lapostükrös rezonátorban az, hogy a rezonátor hosszában egész számú félhullám illeszkedik: L=q(?/2) (q egész szám), ami az oszcilláció típusú frekvencia q indexű kifejezéséhez vezet: ?q=q(C/2L). Ennek eredményeként az L. emissziós spektruma általában keskeny spektrális vonalak halmaza, amelyek közötti intervallumok azonosak és egyenlőek c / 2L-rel. A vonalak (összetevők) száma adott L hosszúsághoz az aktív közeg tulajdonságaitól, azaz az alkalmazott kvantumátmenetnél a spontán emisszió spektrumától függ, és elérheti a több tízet és százat is. Bizonyos feltételek mellett lehetségesnek bizonyul egy spektrális komponens elkülönítése, azaz egymódusú generálási rendszer megvalósítása. Az egyes komponensek spektrális szélességét a rezonátor energiavesztesége és mindenekelőtt a tükrök fényáteresztése és -elnyelése határozza meg.

A munkaközeg erősítésének frekvenciaprofilja (a munkaközeg vonalának szélessége és alakja határozza meg) és a nyitott rezonátor sajátfrekvenciáinak halmaza. A lézereknél használt, magas minőségi tényezőjű nyitott rezonátoroknál az egyes módusok rezonanciagörbéinek szélességét, sőt a szomszédos módusok közötti távolságot is meghatározó ??p üreg sávszélessége kisebbnek bizonyul, mint az erősítés. vonalszélesség ??h, és még gázlézereknél is, ahol a vonalszélesítés minimális. Ezért többféle rezonátorrezgés esik az erősítő áramkörbe.

A lézer tehát nem feltétlenül egy frekvencián generál, hanem gyakrabban, éppen ellenkezőleg, egyszerre több típusú rezgésnél történik a generálás, milyen erősítés esetén? több veszteség a rezonátorban. Ahhoz, hogy a lézer egy frekvencián működjön (egyfrekvenciás üzemmódban), általában speciális intézkedések megtételére van szükség (például a veszteségek növelésére, a 3. ábrán látható módon), vagy módosítani kell a tükrök közötti távolságot úgy, hogy csak egy divat. Mivel az optikában, amint azt fentebb megjegyeztük, a lézerben a generálási frekvenciát főként a rezonátorfrekvencia határozza meg, a generálási frekvencia stabilan tartása érdekében a rezonátort stabilizálni kell. Tehát, ha a munkaanyag nyeresége fedezi a rezonátor veszteségeit bizonyos típusú rezgések esetén, akkor azokon generálás történik. Előfordulásának magja, mint minden generátornál, a zaj, ami a lézerekben spontán kibocsátás.
Ahhoz, hogy az aktív közeg koherens monokromatikus fényt bocsásson ki, visszacsatolást kell bevezetni, vagyis az e közeg által kibocsátott sugárzás egy részét fényáram visszaküldjük a táptalajba stimulált emisszió céljából. A pozitív visszacsatolás optikai rezonátorokkal történik, amelyek az elemi változatban két koaxiális (párhuzamos és azonos tengelyű) tükör, amelyek közül az egyik áttetsző, a másik "süket", vagyis teljesen visszaveri a fényáramot. A munkaanyag (aktív közeg), amelyben az inverz populáció jön létre, a tükrök közé kerül. A stimulált emisszió áthalad aktív környezet, felerősít, visszaverődik a tükörről, újra áthalad a közegen és tovább erősödik. Egy áttetsző tükörön keresztül a sugárzás egy része a külső közegbe bocsátódik ki, egy része pedig visszaverődik a közegbe, és újra felerősödik. Bizonyos körülmények között a működő anyag belsejében a fotonáram lavinaszerűen növekedni kezd, és megkezdődik a monokromatikus koherens fény keletkezése.

Az optikai rezonátor működési elve, a munkaanyag részecskéinek túlnyomó része, amelyeket fénykörök képviselnek, alapállapotban, azaz alacsonyabb energiaszinten vannak. Csak nem nagyszámú a sötét karikák által képviselt részecskék elektronikusan gerjesztett állapotban vannak. Amikor a munkaanyagot pumpáló forrásnak teszik ki, a részecskék fő része gerjesztett állapotba kerül (a sötét karikák száma megnőtt), és inverz populáció jön létre. Továbbá (2c. ábra) egyes részecskék spontán kibocsátása történik elektronikusan gerjesztett állapotban. A rezonátor tengelyéhez képest szöget bezáró sugárzás elhagyja a munkaanyagot és a rezonátort. A rezonátor tengelye mentén irányított sugárzás megközelíti a tükör felületét.

Egy félig átlátszó tükörnél a sugárzás egy része átjut rajta a környezetbe, egy része pedig visszaverődik, és ismét a munkaanyagra irányul, gerjesztett állapotban lévő részecskéket bevonva a stimulált emisszió folyamatába.

A „süket” tükörnél a teljes sugárfluxus visszaverődik és újra áthalad a működő anyagon, kiváltva az összes megmaradt gerjesztett részecske kisugárzását, ami azt a helyzetet tükrözi, amikor az összes gerjesztett részecske feladta tárolt energiáját, és A rezonátor kimenetén a félig átlátszó tükör oldalán erőteljes indukált sugárzási fluxus jött létre.

A lézerek fő szerkezeti elemei közé tartozik az alkotóelemek atomjainak és molekuláinak bizonyos energiaszintjével rendelkező munkaanyag, egy pumpás forrás, amely inverz populációt hoz létre a működő anyagban, valamint egy optikai rezonátor. Nagyon sok különböző lézer létezik, de mindegyiknek ugyanaz, és ráadásul egyszerű kördiagrammábrán látható eszköz. 3.

Kivételt képeznek a félvezető lézerek sajátosságukból adódóan, hiszen bennük minden különleges: a folyamatok fizikája, a szivattyúzási módok és a tervezés. A félvezetők kristályos képződmények. Egy különálló atomban az elektron energiája szigorúan meghatározott diszkrét értékeket vesz fel, ezért az elektron energiaállapotait egy atomban szintek szerint írják le. A félvezető kristályban az energiaszintek energiasávokat alkotnak. Egy tiszta félvezetőben, amely nem tartalmaz szennyeződéseket, két sáv van: az úgynevezett vegyértéksáv és a felette elhelyezkedő vezetési sáv (az energiaskálán).

Közöttük van egy tiltott energiaértékek rés, amit sávköznek nevezünk. Abszolút nullával egyenlő félvezető hőmérsékleten a vegyértéksávnak teljesen ki kell telnie elektronokkal, és a vezetési sávnak üresnek kell lennie. Valós körülmények között a hőmérséklet mindig abszolút nulla felett van. De a hőmérséklet emelkedése az elektronok termikus gerjesztéséhez vezet, néhányuk a vegyértéksávból a vezetési sávba ugrik.

Ennek a folyamatnak az eredményeként a vezetési sávban bizonyos (viszonylag kis) számú elektron jelenik meg, és a megfelelő számú elektron hiányzik a vegyértéksávból, amíg az teljesen meg nem töltődik. A vegyértéksávban lévő elektron üresedést egy pozitív töltésű részecske képvisel, amelyet lyuknak nevezünk. Az elektron kvantumátmenetét a sávközön keresztül alulról felfelé úgy tekintjük, mint egy elektron-lyuk pár létrehozásának folyamatát, ahol az elektronok a vezetési sáv alsó szélén, a lyukak pedig a vegyértéksáv felső szélén koncentrálódnak. A tiltott zónán való átmenet nemcsak alulról felfelé, hanem felülről lefelé is lehetséges. Ezt a folyamatot elektron-lyuk rekombinációnak nevezik.

Ha egy tiszta félvezetőt olyan fénnyel sugároznak be, amelynek fotonenergiája valamivel meghaladja a sávközt, a fény és az anyag között háromféle kölcsönhatás léphet fel egy félvezető kristályban: abszorpció, spontán emisszió és stimulált fénykibocsátás. Az első típusú kölcsönhatás akkor lehetséges, ha egy fotont a valenciasáv felső széle közelében elhelyezkedő elektron nyel el. Ebben az esetben az elektron energiateljesítménye elegendő lesz a sávrés leküzdésére, és kvantumátmenetet fog végrehajtani a vezetési sávba. Spontán fényemisszió akkor lehetséges, ha egy elektron spontán visszatér a vezetési sávból a vegyértéksávba egy energiakvantum - egy foton - kibocsátásával. A külső sugárzás átmenetet kezdeményezhet a vezetési sáv alsó széle közelében elhelyezkedő elektron vegyértéksávjába. A fény e harmadik típusú kölcsönhatása a félvezető anyagával egy másodlagos foton megszületése lesz, amely paramétereiben és mozgási irányában megegyezik az átmenetet elindító fotonnal.

A lézersugárzás generálásához létre kell hozni a "munkaszintek" inverz populációját a félvezetőben - kellően magas elektronkoncentrációt kell létrehozni a vezetési sáv alsó szélén, és ennek megfelelően magas koncentrációjú lyukakat a szélén. a vegyértéksávból. Erre a célra a tiszta félvezető lézerek általában elektronsugárral történő pumpálást alkalmaznak.

A rezonátor tükrei a félvezető kristály csiszolt élei. Az ilyen lézerek hátránya, hogy sok félvezető anyag csak nagyon erős lézersugárzást bocsát ki alacsony hőmérsékletek, és a félvezető kristályok elektronárammal történő bombázása okozza annak erős felmelegedését. Ehhez további hűtőberendezésekre van szükség, ami bonyolítja a készülék kialakítását és megnöveli a méreteit.

Az adalékolt félvezetők tulajdonságai jelentősen eltérnek a nem adalékolt, tiszta félvezetőkétől. Ez annak köszönhető, hogy egyes szennyeződések atomjai könnyen átadják valamelyik elektronjukat a vezetési sávnak. Ezeket a szennyeződéseket donor szennyeződéseknek, az ilyen szennyeződésekkel rendelkező félvezetőket pedig n-félvezetőknek nevezzük. Más szennyeződések atomjai éppen ellenkezőleg, egy elektront rögzítenek a vegyértéksávból, és az ilyen szennyeződések akceptorok, az ilyen szennyeződésekkel rendelkező félvezető pedig p-félvezető. Energia szint szennyező atomok a sávközön belül találhatók: n-félvezetőknél a vezetési sáv alsó szélétől nem messze, f-félvezetőknél a vegyértéksáv felső széle közelében.

Ha ezen a területen létrehozni elektromos feszültség hogy legyen egy pozitív pólus a p-félvezető oldalán és egy negatív pólus a p-félvezető oldalán, akkor a hatás alatt elektromos mező az n-félvezetőből származó elektronok és az n-félvezetőből származó lyukak bejutnak (injektálnak) r-p terület- átmenet.

Az elektronok és lyukak rekombinációja során fotonok bocsátanak ki, optikai rezonátor jelenlétében pedig lézersugárzás keletkezése lehetséges.

Az optikai rezonátor tükrei a félvezető kristály csiszolt felületei, merőlegesen elhelyezve p-p sík- átmenet. Az ilyen lézereket a miniatürizálás jellemzi, mivel a félvezető aktív elem mérete körülbelül 1 mm lehet.

A vizsgált jellemzőtől függően minden lézer az alábbiak szerint van felosztva).

Első jel. Szokásos különbséget tenni a lézererősítők és a generátorok között. Az erősítőkben a bemeneten gyenge lézersugárzás történik, a kimeneten pedig ennek megfelelően erősödik. A generátorokban nincs külső sugárzás, a különböző szivattyúforrások segítségével történő gerjesztése következtében a munkaanyagban keletkezik. Minden orvosi lézeres eszköz generátor.

A második jel a munkaanyag fizikai állapota. Ennek megfelelően a lézereket szilárdtestre (rubin, zafír stb.), gázra (hélium-neon, hélium-kadmium, argon, szén-dioxid stb.), folyékonyra (folyékony dielektrikum ritka szennyeződésekkel működő atomokkal) osztják. földfémek) és félvezetők (arzenid-gallium, arzenid-foszfid-gallium, szelenid-ólom stb.).

A munkaanyag gerjesztésének módja a harmadik fémjel lézerek. A gerjesztőforrástól függően léteznek optikai szivattyúzású, gázkisüléses, elektronikus gerjesztésű, töltéshordozó-injektáló, termikus, kémiai szivattyúzású lézerek és néhány más.

A lézer emissziós spektruma az osztályozás következő jele. Ha a sugárzás egy szűk hullámhossz-tartományban koncentrálódik, akkor a lézert monokromatikusnak szokás tekinteni, és a műszaki adataiban meghatározott hullámhossz van feltüntetve; ha széles tartományban, akkor a lézert szélessávúnak kell tekinteni, és meg kell adni a hullámhossz-tartományt.

A kibocsátott energia jellege szerint megkülönböztetünk impulzuslézereket és folytonos hullámú lézereket. Az impulzuslézer és a folyamatos sugárzás frekvenciamodulációjával rendelkező lézer fogalmát nem szabad összetéveszteni, hiszen a második esetben valójában különböző frekvenciájú nem folytonos sugárzást kapunk. Az impulzuslézerek egyetlen impulzusban nagy teljesítményűek, elérik a 10 W-ot, míg a megfelelő képletekkel meghatározott átlagos impulzusteljesítményük viszonylag alacsony. A frekvenciamodulációval rendelkező cw lézereknél az úgynevezett impulzus teljesítménye kisebb, mint a folyamatos sugárzás teljesítménye.

Az átlagos kimenő sugárzási teljesítmény (a következő osztályozási jellemző) szerint a lézereket a következőkre osztják:

nagy energiájú (egy tárgy vagy biológiai tárgy felületén létrehozott fluxussűrűségű sugárzási teljesítmény - több mint 10 W/cm2);

közepes energiájú (létrehozott fluxussűrűségű sugárzási teljesítmény - 0,4-10 W / cm2);

alacsony energiájú (létrehozott fluxussűrűségű sugárzási teljesítmény - kevesebb, mint 0,4 W/cm2).

Lágy (létrehozott energiaexpozíció - E vagy teljesítmény fluxussűrűség a besugárzott felületen - 4 mW/cm2-ig);

átlagos (E - 4-30 mW / cm2);

kemény (E - több mint 30 mW / cm2).

Vminek megfelelően " Egészségügyi szabványok valamint az 5804-91 számú lézerek tervezésére és üzemeltetésére vonatkozó szabályokat a keletkező sugárzás veszélyességi foka szerint kiszolgáló személyzet A lézereket négy osztályba sorolják.

Az első osztályú lézerek műszaki eszközök, amelynek kimenő kollimált (korlátozott térszögben foglalt) sugárzása az ember szemére és bőrére besugározva nem jelent veszélyt.

A második osztályba tartozó lézerek olyan eszközök, amelyek kimeneti sugárzása veszélyes, ha közvetlen és tükröződő sugárzással szembe kerül.

A harmadik osztályba tartozó lézerek olyan eszközök, amelyek kimeneti sugárzása veszélyes, ha a szem közvetlen és tükröződő visszaverődésnek, valamint diffúzan visszaverődő sugárzásnak van kitéve 10 cm távolságra a szórt fényvisszaverő felülettől, és (vagy) ha a bőr ki van téve. direkt és tükröződő sugárzásra.

A 4. osztályba tartozó lézerek olyan eszközök, amelyek kimeneti sugárzása veszélyes, ha a bőrt diffúzan visszaverődő sugárzásnak teszik ki 10 cm távolságra a diffúzan tükröződő felülettől.

A fémek pontos vágása nem könnyű feladat. Marókat, plazmavágókat, vízsugaras marókat használnak.

A közelmúltban lehetővé vált a használata tudományos fejlemények az iparban és még a mindennapi életben is, és a fém lézervágója fantasztikus tartozékból közönséges, megvásárolható eszközzé vált. Beleértve a személyes használatra.

Ár ipari berendezések túlmegy a józan észen. De bizonyos mennyiségű kereskedelmi felhasználás esetén a vásárlás lehetséges. Ha a feldolgozási terület nem haladja meg a 0,5 métert és az 1 métert, akkor 100 ezer rubel teljesíthető. Ez egy kis fémmegmunkáló műhelynek valós összeg.

Lézeres fémvágás telepítése - a működés elve

Nem a hiperboloid mérnökről, Garinról beszélünk, hagyjuk ezt a témát a science fictionnek. Az emitter méretei és teljesítménye továbbra is leküzdhetetlen akadályt jelent a hordozható harci lézerek megalkotásában, ill. vágóeszköz ezek alapján.

A kézi használatra szánt ipari berendezések valójában nem kézi eszközök. Maga a berendezés helyhez kötött, és a lézersugár energiáját optikai szál segítségével juttatja el a vágófejhez. Igen, és a kezelő védelmének egy űrhajós, vagy legrosszabb esetben egy acélmunkás szintjén kell lennie.

Fontos! Bárki, akár egy kicsit is erős lézer, ha ellenőrizetlenül kapcsolja be, tüzet, súlyos sérüléseket és anyagi károkat okozhat.

Mielőtt saját kezűleg lézert készítene fém vágásához, és még inkább próbaüzemhez, ügyeljen a biztonsági intézkedésekre és a szem védelmére. A fémről visszaverődő sugárnak is van pusztító ereje.

Működés elve

A lézersugár pontszerű túlhevülést hoz létre a feldolgozott anyagban, ami olvadáshoz és hosszan tartó fémpárolgáshoz vezet. Az utóbbi lehetőség alkalmasabb a megsemmisítésre, mivel a varrás szaggatott élekkel készül. Igen, és fémgőzök rakódnak le a gép elemein, különösen az optikán. Ez lerövidíti az élettartamot.

Az erős égő lézer saját kezű készítése egyszerű feladat, azonban a forrasztópáka használatának képessége mellett a megközelítés gondossága és pontossága is szükséges. Azonnal meg kell jegyezni, hogy itt nincs szükség mély elektrotechnikai ismeretekre, és akár otthon is elkészítheti a készüléket. A munka során a legfontosabb a biztonsági óvintézkedések betartása, mivel a lézersugárnak való kitettség káros a szemre és a bőrre.

A lézer veszélyes játék, gondatlan használat esetén egészségre ártalmas lehet. Ne irányítsa a lézert emberekre vagy állatokra!

Mire lesz szükség?

Bármely lézer több részre osztható:

• fényáram-kibocsátó;
• optika;
• az erő forrása;
• áramerősség-stabilizátor (meghajtó).

Ha nagy teljesítményű házi lézert szeretne készíteni, ezeket az összetevőket külön-külön kell figyelembe vennie. A legpraktikusabb és legkönnyebben összeszerelhető egy lézerdiódán alapuló lézer, és ebben a cikkben ezt fogjuk megvizsgálni.

Hol tudok venni diódát lézerhez?

Bármely lézer munkateste egy lézerdióda. Szinte bármelyik rádióüzletben megvásárolhatja, vagy beszerezheti egy nem működő CD-meghajtóról. Az a tény, hogy a meghajtó működésképtelensége ritkán jár együtt a lézerdióda meghibásodásával. Ha rendelkezésre áll egy törött meghajtó, megteheti extra költségek szerezze be a kívánt terméket. De figyelembe kell vennie, hogy típusa és tulajdonságai a meghajtó módosításától függenek.

Az infravörös tartományban működő leggyengébb lézer a CD-ROM meghajtókba van telepítve. Ereje csak CD-k olvasására elegendő, a sugár pedig szinte láthatatlan és nem képes átégni a tárgyakon. A CD-RW erősebb lézerdiódával rendelkezik, amely alkalmas égetésre, és azonos hullámhosszra van méretezve. A legveszélyesebbnek tartják, mivel a spektrumban a szem számára láthatatlan sugarat bocsát ki.

A DVD-ROM meghajtó két gyenge lézerdiódával van felszerelve, amelyeknek csak a CD-k olvasásához elegendő energiájuk van DVD lemezek. A DVD-RW-író nagy teljesítményű vörös lézerrel rendelkezik. Nyalábja bármilyen fényben látható, és könnyen meggyullad néhány tárgyat.

A BD-ROM lila vagy kék lézerrel rendelkezik, amely paramétereiben hasonló a DVD-ROM megfelelőjéhez. A BD-RE íróktól beszerezheti a legerősebb lézerdiódát, gyönyörű lila vagy kék sugárral, amely képes égni. Azonban elég nehéz ilyen meghajtót találni a szétszereléshez, és működő eszköz ez drága.

A legalkalmasabb egy írómeghajtóból vett lézerdióda DVD-RW lemezek. A legjobb minőségű lézerdiódák az LG, Sony és Samsung meghajtókba vannak beépítve.

Minél nagyobb a sebesség DVD felvétel meghajtó, annál erősebb a lézerdióda benne.

Hajtás szétszerelés

Ha a meghajtó van előttük, először 4 csavar kicsavarásával távolítsa el a felső fedelet. Ezután eltávolítják a mozgatható mechanizmust, amely középen található, és rugalmas kábellel csatlakozik a nyomtatott áramköri laphoz. A következő célpont egy alumíniumból vagy duralumínium ötvözetből készült radiátorba megbízhatóan préselt lézerdióda. A szétszerelés előtt javasolt a statikus elektromosság elleni védelem biztosítása. Ehhez a lézerdióda vezetékeit vékony rézhuzallal forrasztják vagy becsomagolják.

Továbbá két lehetőség lehetséges. Az első a kész lézer működését foglalja magában álló telepítés formájában, szabványos radiátorral együtt. A második lehetőség az eszköz összeszerelése egy hordozható zseblámpa vagy lézermutató testébe. Ebben az esetben erővel kell átharapnia vagy elvágnia a radiátort anélkül, hogy a sugárzó elemet károsítaná.

Sofőr

A lézer tápellátását felelősségteljesen kell kezelni. A LED-ekhez hasonlóan ennek is állandó áramforrásnak kell lennie. Az interneten sok olyan áramkör található, amelyek akkumulátorról vagy egy korlátozó ellenálláson keresztüli akkumulátorról táplálkoznak. Egy ilyen megoldás elégségessége kétséges, mivel az akkumulátoron vagy akkumulátoron lévő feszültség a töltöttségi szinttől függően változik. Ennek megfelelően a lézer emittáló diódáján átfolyó áram erősen el fog térni névleges érték. Ennek eredményeként az eszköz nem működik hatékonyan alacsony áramerősség mellett, és nagy áramerősség esetén a sugárzás intenzitásának gyors csökkenéséhez vezet.

A legjobb megoldás az alapra épített legegyszerűbb áramstabilizátor használata. Ez a mikroáramkör az univerzális integrált stabilizátorok kategóriájába tartozik önálló feladat kimeneti áram és feszültség. A mikroáramkör a bemeneti feszültségek széles tartományában működik: 3 és 40 volt között.

Az LM317 analógja a hazai KR142EN12 chip.

Az első laboratóriumi kísérlethez megfelelő séma lent. Az áramkör egyetlen ellenállásának kiszámítása a következő képlet szerint történik: R = I / 1,25, ahol I a névleges lézeráram (referenciaérték).

Néha a stabilizátor kimenetén a diódával párhuzamosan egy 2200 uFx16 V-os poláris kondenzátort és egy 0,1 uF-os nem poláris kondenzátort telepítenek. Részvételük indokolt abban az esetben, ha a bemenetre olyan álló tápegységről táplálnak feszültséget, amelynél jelentéktelen változó komponens és impulzuszaj hiányozhat. Az alábbiakban bemutatjuk az egyik ilyen áramkört, amelyet Krona akkumulátorral vagy egy kis akkumulátorral való működtetésre terveztek.

A diagram az R1 ellenállás hozzávetőleges értékét mutatja. A pontos számításhoz a fenti képletet kell használni.

Miután összeszedték kapcsolási rajz, akkor előzetes felvételt készíthet, és az áramkör teljesítményének bizonyítékaként megfigyelheti a kibocsátó dióda élénkvörös szórt fényét. A valós áram- és házhőmérséklet mérése után érdemes elgondolkodni a radiátor felszerelésének szükségességén. Ha a lézert álló helyzetben, nagy áramerősség mellett használják hosszú idő, akkor passzív hűtést kell biztosítani. Most már nagyon kevés van hátra a cél eléréséhez: fókuszálni és egy keskeny, nagy erősugárhoz jutni.

Optika

Tudományos szempontból itt az ideje egy egyszerű kollimátor megépítésének, egy olyan eszköznek, amely párhuzamos fénynyalábok előállítására szolgál. Ideális megoldás erre a célra egy szabványos lencse, amelyet a meghajtóból vettek. Segítségével meglehetősen vékony, körülbelül 1 mm átmérőjű lézersugarat kaphat. Egy ilyen sugár energiája elegendő ahhoz, hogy pillanatok alatt átégjen a papíron, a szöveten és a kartonon, megolvasztja a műanyagot és elégeti a fát. Ha vékonyabb sugarat fókuszál, akkor ez a lézer képes rétegelt lemez és plexi vágására. De meglehetősen nehéz beállítani és biztonságosan rögzíteni az objektívet a meghajtóról a kis gyújtótávolsága miatt.

Lézermutató alapján sokkal egyszerűbb kollimátort építeni. Ezen kívül egy driver és egy kis akkumulátor is elhelyezhető a tokjában. A kimenet egy körülbelül 1,5 mm átmérőjű, kisebb égési hatású gerenda lesz. Ködös időben vagy erős havazáskor hihetetlen fényhatások figyelhetők meg, ha a fényáramot az ég felé irányítjuk.

Az online áruházon keresztül megvásárolhat egy kész kollimátort, amelyet kifejezetten a lézer felszereléséhez és beállításához terveztek. Teste radiátorként fog szolgálni. Az eszköz összes alkatrészének méreteinek ismeretében olcsón vásárolhat egy LED-es zseblámpát, és használhatja a testét.

Befejezésül néhány mondatot szeretnék hozzáfűzni a lézersugárzás veszélyeiről. Először is, soha ne irányítsa a lézersugarat emberek vagy állatok szemébe. Ez súlyos látáskárosodáshoz vezet. Másodszor, viseljen zöld védőszemüveget, miközben kísérletezik a vörös lézerrel. Megakadályozzák a spektrum vörös komponensének nagy részének átjutását. Az üvegeken áthaladó fény mennyisége a sugárzás hullámhosszától függ. Nézze meg a lézersugarat oldalról anélkül védő felszerelés csak rövid ideig engedélyezett. Ellenkező esetben fájdalom jelentkezhet a szemekben.

Olvassa el is

A „lézer” vagy „lézer” szó a „fényerősítés stimulált sugárzáskibocsátással” rövidítése. Oroszul: - „fény erősítése stimulált emisszióval”, vagy optikai kvantumgenerátor. Az első lézert, amely ezüstbevonatú rubinhengert használt rezonátorként, 1960-ban fejlesztette ki a kaliforniai Hughes Research Laboratories. .Ma a lézereket sokféle célra használják, a különféle mennyiségek mérésétől a kódolt adatok leolvasásáig. Költségkeretétől és képességeitől függően többféleképpen is készíthet lézert.

Lépések

1. rész

A lézer működésének megértése

A lézer működéséhez áramforrásra van szüksége. A lézerek a lézer aktív közegében lévő elektronok gerjesztésével működnek külső forrás energiát, és stimulálja őket egy bizonyos hullámhosszú fény kibocsátására. Ezt az eljárást először 1917-ben Albert Einstein javasolta. Ahhoz, hogy az elektronok (a lézer aktív közegének atomjaiban) fényt bocsáthassanak ki, először magasabb pályára lépve energiát kell elnyelniük, majd ezt az energiát fényrészecske formájában kell leadniuk, amikor visszatérnek a lézerre. eredeti pálya. Az energia lézeres aktív közegbe való bejuttatásának ezt a módját „pumpálásnak” nevezik.

Az energia csatornája aktív (erősítő) közegen keresztül. Az erősítő közeg vagy az aktív lézerközeg növeli a fény intenzitását az elektronok által kibocsátott indukált (kényszerített) emisszió miatt. Az erősítő közeg az alábbiakban felsorolt ​​bármely szerkezet vagy anyag lehet:

Tükrök felszerelése a fény megtartásához a lézer belsejében. A tükrök vagy rezonátorok a fényt a lézer munkakamrájában tartják mindaddig, amíg a kívánt energiaszint felhalmozódik, és az egyik tükörben lévő kis lyukon vagy egy lencsén keresztül kibocsátható.

• A legegyszerűbb rezonátor vagy "lineáris rezonátor" két tükröt használ, amelyek a lézer munkakamrájának ellentétes oldalain vannak elhelyezve egy kimeneti nyaláb létrehozásához.
• Egy bonyolultabb "gyűrűrezonátor" három vagy több tükröt használ. Optikai szigetelővel több sugárnyalábot vagy egyetlen sugarat is generálhat.

1. Fókuszáló lencse használata a fény erősítő közegen keresztül történő irányítására. A tükrök mellett a lencse segít koncentrálni és a fényt úgy irányítani, hogy az erősítő közeg minél több fényt kapjon.

2. rész

A lézer felépítése

Első módszer: Lézer készítése készletből

Vásárlás. Vásárolhat egy elektronikai boltban, vagy vásárolhat online "lézerkészletet", "lézerkészletet", "lézermodult" vagy "lézerdiódát". A lézerkészletnek a következőket kell tartalmaznia:

• Illesztőprogram séma. Néha a többi alkatrésztől külön is eladó. Válasszon egy meghajtó áramkört, amely lehetővé teszi az áram szabályozását.
• lézer dióda.
• Az állítólencse lehet üveg vagy műanyag. Jellemzően a dióda és a lencse egy kis csőben van összecsomagolva. Ezeket az alkatrészeket néha külön-külön, illesztőprogram nélkül értékesítik.

1. A meghajtó áramkör összeszerelése. Sok lézerkészletet összeszerelt meghajtóval együtt értékesítenek. Ezek a készletek tartalmazzák a PCB-t és a kapcsolódó alkatrészeket, amelyeket a mellékelt ábra szerint kell forrasztania. Egyes készleteknél előfordulhat, hogy az illesztőprogram össze van szerelve.

   Csatlakoztassa a vezérlőegységet a lézerdiódához. Ha van digitális multimétere, beépítheti egy dióda áramkörbe, hogy figyelje az áramerősséget. A legtöbb lézerdióda árama 30-250 milliamper (mA) tartományba esik. A 100 és 150 mA közötti áramtartomány meglehetősen erős sugarat ad.

   • A lézerdiódának nagyobb áramot adhatunk, hogy erősebb sugárnyalábot kapjunk, de a többletáram lerövidíti az élettartamot vagy akár ki is égeti a diódát.

2. Csatlakoztassa a tápegységet vagy az akkumulátort a meghajtó áramkörhöz. A lézerdiódának erősen világítania kell.

3. Forgassa el a lencsét a lézersugár fókuszálásához. Irányítsa a falra, és fókuszáljon addig, amíg egy szép, fényes pont meg nem jelenik.

   • Miután ily módon beállította a lencsét, helyezze a gyufát egy vonalba a sugárral, és forgassa el a lencsét, amíg meg nem látja, hogy a gyufafej füstölni kezd. Megpróbálhatod a pattanást is Léggömbök vagy lyukakat éget a papíron.

Második módszer: Dióda lézer építése régi DVD- vagy Blu-Ray meghajtóból

1. Vegyen egy régi DVD- vagy Blu-ray-írót vagy meghajtót. Válasszon 16-szoros vagy gyorsabb írási sebességű eszközöket. Ezek az eszközök lézerdiódákkal rendelkeznek, amelyek kimeneti teljesítménye legalább 150 mW.

   • A DVD-meghajtó egy 650 nm hullámhosszú piros lézerdiódával rendelkezik.
   • A Blu-ray meghajtó egy kék lézerdiódával rendelkezik, amelynek hullámhossza 405 nm.
   • A DVD-meghajtónak elég jó állapotban kell lennie a lemezek írásához, bár nem feltétlenül sikeresen. Más szóval, a diódájának jónak kell lennie.
   • Ne próbáljon meg DVD-olvasót, CD-olvasót és írót használni DVD-író helyett. A DVD-olvasó piros diódával rendelkezik, de nem olyan erős, mint a DVD-író. A CD-íróban található lézerdióda elég erős, de infravörös tartományban bocsát ki fényt, és szemmel nem látható sugarat kap.

2. A lézerdióda eltávolítása a meghajtóból. Fordítsa fejjel lefelé a meghajtót. Látni fogja a csavarokat, amelyeket el kell távolítani, mielőtt szétválaszthatja a meghajtó mechanizmust és kihúzhatja a diódát.

   • Miután szétszedte a meghajtót, egy pár fémsínt fog látni, amelyeket csavarok rögzítenek. Támogatják a lézerkészletet. Csavarja le a vezetőket az eltávolításukhoz. Távolítsa el a lézerkészletet.
   • A lézerdióda kisebb, mint egy fillér. Három fém érintkezővel rendelkezik lábak formájában. Átlátszó védőablakú vagy ablak nélküli fém héjba helyezhető, vagy semmivel nem zárható.
   • Ki kell húzni a diódát a lézerfejből. Előfordulhat, hogy egyszerűbb lesz eltávolítani a hűtőbordát a szerelvényből, mielőtt megpróbálná eltávolítani a diódát. Ha antisztatikus csuklópántja van, használja azt a dióda eltávolítása közben.
   • Óvatosan kezelje a lézerdiódát, különösen, ha nem védett diódáról van szó. Ha antisztatikus tartálya van, helyezze bele a diódát, amíg el nem kezdi a lézer összeszerelését.

3. Készítse elő a fókuszáló lencsét. A dióda sugarát egy fókuszáló lencsén kell átengednie, hogy lézerként használhassa. Ezt kétféleképpen teheti meg:

   • Nagyító használata fókuszlencseként. A kereséshez forgassa el az objektívet Jó helyen fókuszált lézersugarat előállítani. Ha szükséges, ezt minden alkalommal meg kell tenni a lézer használata előtt.
   • Vásároljon kis teljesítményű lézerdiódát, például egy 5 mW-os lézerdióda szerelvényt lencsével és csővel. Ezután cserélje ki egy DVD-író lézerdiódájára.

Amikor bent háztartás vágni kell egy fémlemez, akkor nem nélkülözheti a saját kezűleg összeszerelt lézervágót.

Az egyszerű dolgok második élete

Az otthoni mester mindig megtalálja a hasznát még a használhatatlanná vált dolgoknak is. Tehát egy régi lézermutató új életet találhat, és lézervágóvá változhat. Az ötlet életre keltéséhez a következőkre lesz szüksége:

1. Lézer mutató.
2. Zseblámpa.
3. Elemek (jobb, ha újratölthető elemeket veszünk).
4. CD/DVD-RW író működő lézeres meghajtóval.
5. Forrasztópáka.
6. Csavarhúzók egy készletben.

A munka a lézervágó eltávolításával kezdődik a meghajtóból. Ez egy fáradságos munka, amely maximális odafigyelést igényel. A felső rögzítők eltávolításakor belebotlhat egy beépített lézerrel ellátott kocsiba. Két irányban mozoghat. A kocsit különös gonddal kell leszerelni, minden leszerelhető eszközt és csavart óvatosan eltávolítani. Ezután el kell távolítania az égő piros diódát. Ezt a munkát forrasztópákával lehet elvégezni. Meg kell jegyezni, hogy ez a fontos részlet fokozott figyelmet igényel. Nem ajánlott felrázni vagy leejteni.

Az előkészített mutatóban lévő lézervágó teljesítményének növeléséhez ki kell cserélni a „natív” diódát a felvevőből eltávolított diódára.

A mutatót következetesen és óvatosan kell szétszerelni. Kiterül és darabokra oszlik. A cserére szoruló alkatrész felül található. Ha nehéz eltávolítani, akkor segíthet magának egy késsel, enyhén megrázva a mutatót. A "natív" dióda helyére egy újat telepítettek. Ragasztóval rögzítheted.

A munka következő szakasza egy új épület építése. Ilyenkor jól jön egy régi zseblámpa. Neki köszönhetően kényelmes lesz az új lézer használata, csatlakoztassa a tápegységhez. A mutató továbbfejlesztett végrésze a zseblámpatestbe van beépítve. Ezután a diódára csatlakozik a tápfeszültség az akkumulátorokról. Csatlakoztatáskor nagyon fontos a polaritás helyes beállítása. A zseblámpa összeszerelése előtt el kell távolítania az üveget és a mutató többi részét, hogy semmi ne zavarja a lézersugár közvetlen útját.

Mielőtt az összeszerelt egységet saját kezűleg használná, még egyszer ellenőrizni kell, hogy a lézer szilárdan rögzítve van-e és egyenletesen van-e felszerelve, és hogy a vezetékek polaritása megfelelően van-e csatlakoztatva.

Ha mindent megfelelően csinált, a készülék használható. Nehéz lesz megmunkálni a fémet, mivel az eszköznek kevés az energiája, de teljesen át lehet égetni a papírt, polietilént vagy valami hasonlót.

Vissza az indexhez

fejlett modell

Erősebb házi készítésű lézervágó is készíthető. A munkához fel kell készülnie:

1. CD/DVD-RW felvevő (nem működő modell is használható).
2. Ellenállások 2-5 Ohm.
3. Elemek.
4. 100 pF és 100 mF kondenzátorok.
5. A vezeték.
6. Forrasztópáka.
7. kollimátor.
8. LED zseblámpa acél tokban.

Ezekből az alkatrészekből egy meghajtót állítanak össze, amely a vágólapon keresztül biztosítja a szükséges teljesítményt. Emlékeztetni kell arra, hogy az áramforrás nincs közvetlenül csatlakoztatva a diódához. Ellenkező esetben teljesen tönkremegy. Csak az előtétellenálláson keresztül csatlakoztathatja a tápfeszültséget.

A lencsével ellátott test kollimátorként működik. Ő fogja össze a sugarakat egyetlen sugárba. Ez a rész megvásárolható egy speciális üzletben. A részletesség annyiban jó, hogy aljzatot biztosít a lézerdióda felszereléséhez.

Ez a lézer az előző modellhez hasonlóan készül. A munka során antisztatikus karkötőket kell használni, amelyek lehetővé teszik a statikus feszültség eltávolítását a lézerdiódából. Ha nem lehetséges ilyen karkötőt vásárolni, akkor vékony huzal használható, amelyet a dióda köré kell tekerni. Ezután folytathatja az illesztőprogram építését.