Il laser è fatto. Produciamo un potente laser di masterizzazione da un'unità DVD con le nostre mani

Oggi parleremo di come realizzare da soli un potente laser verde o blu a casa con materiali improvvisati con le tue mani. Considereremo anche disegni, diagrammi e il dispositivo di puntatori laser fatti in casa con un raggio di accensione e una portata fino a 20 km.

La base del dispositivo laser è un generatore quantistico ottico che, utilizzando energia elettrica, termica, chimica o di altro tipo, produce un raggio laser.

Il funzionamento di un laser si basa sul fenomeno della radiazione stimolata (indotta). La radiazione laser può essere continua, a potenza costante, oppure pulsata, raggiungendo potenze di picco estremamente elevate. L'essenza del fenomeno è che un atomo eccitato è in grado di emettere un fotone sotto l'influenza di un altro fotone senza il suo assorbimento, se l'energia di quest'ultimo è uguale alla differenza di energie dei livelli dell'atomo prima e dopo il radiazione. In questo caso, il fotone emesso è coerente con il fotone che ha causato la radiazione, cioè è la sua copia esatta. Così si amplifica la luce. Questo fenomeno differisce dall'emissione spontanea, in cui i fotoni emessi hanno direzioni casuali di propagazione, polarizzazione e fase.
La probabilità che un fotone casuale provochi l'emissione stimolata di un atomo eccitato è esattamente uguale alla probabilità di assorbimento di questo fotone da parte di un atomo in uno stato non eccitato. Pertanto, per amplificare la luce, è necessario che ci siano più atomi eccitati nel mezzo rispetto a quelli non eccitati. Nello stato di equilibrio questa condizione non è soddisfatta, pertanto vengono utilizzati vari sistemi di pompaggio del mezzo attivo laser (ottico, elettrico, chimico, ecc.). In alcuni schemi, l'elemento di lavoro del laser viene utilizzato come amplificatore ottico per la radiazione da un'altra sorgente.

Non c'è flusso di fotoni esterni in un generatore quantistico; la popolazione inversa viene creata al suo interno con l'aiuto di varie sorgenti di pompa. A seconda delle fonti, ci sono vari metodi di pompaggio:
ottico: potente lampada flash;
scarico di gas nella sostanza di lavoro (mezzo attivo);
iniezione (trasferimento) di portatori di corrente in un semiconduttore nella zona
rn transizioni;
eccitazione elettronica (irradiazione sotto vuoto di un semiconduttore puro da parte di un flusso di elettroni);
termica (riscaldando il gas con il suo successivo raffreddamento rapido;
chimica (usando l'energia delle reazioni chimiche) e alcuni altri.

La fonte primaria di generazione è il processo di emissione spontanea, pertanto, per garantire la continuità delle generazioni di fotoni, è necessario avere un feedback positivo, per cui i fotoni emessi provocano successivi atti di emissione stimolata. Per fare ciò, il mezzo attivo laser viene posizionato in un risonatore ottico. Nel caso più semplice, è costituito da due specchi, uno dei quali è traslucido: il raggio laser esce parzialmente dal risonatore attraverso di esso.

Riflettendo dagli specchi, il raggio di radiazione passa ripetutamente attraverso il risonatore, provocando transizioni indotte in esso. La radiazione può essere continua o pulsata. Allo stesso tempo, utilizzando vari dispositivi per spegnere e riattivare rapidamente il feedback e quindi ridurre il periodo dell'impulso, è possibile creare condizioni per generare radiazioni di potenza molto elevata: questi sono i cosiddetti impulsi giganti. Questa modalità di funzionamento del laser è chiamata modalità Q-switched.
Il raggio laser è un fascio di luce stretto, monocromatico e polarizzato. In una parola, questo è un raggio di luce emesso non solo da sorgenti sincrone, ma anche in un raggio molto ristretto e diretto. Una sorta di flusso luminoso estremamente concentrato.

La radiazione generata dal laser è monocromatica, la probabilità di emettere un fotone di una certa lunghezza d'onda è maggiore di quella di uno ravvicinato associato all'allargamento della riga spettrale e anche la probabilità di transizioni indotte a questa frequenza ha un massimo . Pertanto, gradualmente nel processo di generazione, i fotoni di una data lunghezza d'onda domineranno su tutti gli altri fotoni. Inoltre, a causa della speciale disposizione degli specchi, solo quei fotoni che si propagano in una direzione parallela all'asse ottico del risonatore a una piccola distanza da esso vengono immagazzinati nel raggio laser, il resto dei fotoni lascia rapidamente il volume del risonatore . Pertanto, il raggio laser ha un angolo di divergenza molto piccolo. Infine, il raggio laser ha una polarizzazione rigorosamente definita. Per fare ciò, nel risonatore vengono introdotti vari polarizzatori, ad esempio possono essere lastre di vetro piatte installate all'angolo di Brewster rispetto alla direzione di propagazione del raggio laser.

Quale fluido di lavoro viene utilizzato nel laser dipende dalla sua lunghezza d'onda di lavoro, nonché da altre proprietà. Il corpo di lavoro viene "pompato" con energia per ottenere l'effetto di inversione della popolazione di elettroni, che provoca l'emissione stimolata di fotoni e l'effetto di amplificazione ottica. La forma più semplice di un risonatore ottico è costituita da due specchi paralleli (potrebbero essercene anche quattro o più) posizionati attorno al corpo di lavoro del laser. La radiazione stimolata del corpo di lavoro viene riflessa dagli specchi e nuovamente amplificata. Fino al momento dell'uscita verso l'esterno, l'onda può riflettersi molte volte.

Quindi, formuliamo brevemente le condizioni necessarie per creare una sorgente di luce coerente:

hai bisogno di una sostanza funzionante con una popolazione inversa. Solo così è possibile ottenere amplificazioni di luce dovute a transizioni forzate;
la sostanza di lavoro dovrebbe essere collocata tra gli specchi che forniscono feedback;
il guadagno dato dalla sostanza di lavoro, il che significa che il numero di atomi o molecole eccitati nella sostanza di lavoro deve essere maggiore del valore di soglia, che dipende dal coefficiente di riflessione dello specchio di uscita.

I seguenti tipi di corpi di lavoro possono essere utilizzati nella progettazione di laser:

Liquido. Viene utilizzato come fluido di lavoro, ad esempio, nei laser a colorante. La composizione comprende un solvente organico (metanolo, etanolo o glicole etilenico), in cui sono disciolti coloranti chimici (cumarino o rodamina). La lunghezza d'onda operativa dei laser liquidi è determinata dalla configurazione delle molecole di colorante utilizzate.

Gas. In particolare, anidride carbonica, argon, krypton o miscele di gas, come nei laser elio-neon. Il "pompaggio" dell'energia di questi laser viene spesso effettuato con l'aiuto di scariche elettriche.
Solidi (cristalli e vetri). Il materiale solido di tali corpi di lavoro viene attivato (legato) mediante l'aggiunta di una piccola quantità di ioni di cromo, neodimio, erbio o titanio. I cristalli comunemente usati sono il granato di ittrio e alluminio, il fluoruro di litio di ittrio, lo zaffiro (ossido di alluminio) e il vetro silicato. I laser allo stato solido sono solitamente "pompati" con una lampada flash o un altro laser.

Semiconduttori. Un materiale in cui la transizione degli elettroni tra i livelli di energia può essere accompagnata da radiazioni. I laser a semiconduttore sono molto compatti, "pompati" con corrente elettrica, che consente loro di essere utilizzati in dispositivi di consumo come i lettori CD.

Per trasformare l'amplificatore in un generatore, è necessario organizzare il feedback. Nei laser si ottiene ponendo il principio attivo tra superfici riflettenti (specchi), che formano il cosiddetto "risuonatore aperto" per il fatto che parte dell'energia emessa dal principio attivo viene riflessa dagli specchi e ritorna nuovamente al principio attivo.

Cavità ottiche di vario tipo sono utilizzate nel laser - con specchi piatti, sferici, combinazioni di piatti e sferici, ecc. Nelle cavità ottiche che forniscono feedback nel laser, solo alcuni tipi di oscillazioni del campo elettromagnetico, che sono chiamate oscillazioni naturali o modi del risonatore, può essere eccitato.

I modi sono caratterizzati da frequenza e forma, cioè dalla distribuzione spaziale delle oscillazioni. In un risonatore con specchi piatti, i tipi di oscillazioni corrispondenti alle onde piane che si propagano lungo l'asse del risonatore sono prevalentemente eccitati. Un sistema di due specchi paralleli risuona solo a determinate frequenze e svolge anche nel laser il ruolo svolto da un circuito oscillatorio nei generatori di bassa frequenza convenzionali.

Fondamentale è l'uso di un risonatore aperto (piuttosto che chiuso - una cavità metallica chiusa - caratteristica della gamma delle microonde), poiché nel campo ottico un risonatore di dimensioni L = ? (L è la dimensione caratteristica del risonatore,? è la lunghezza d'onda) semplicemente non può essere realizzato, e per L >> ? un risonatore chiuso perde le sue proprietà risonanti poiché il numero di possibili modi di oscillazione diventa così grande da sovrapporsi.

L'assenza di pareti laterali riduce notevolmente il numero di possibili tipi di oscillazioni (modi) poiché le onde che si propagano ad angolo rispetto all'asse del risonatore vanno rapidamente oltre i suoi limiti e consente di preservare le proprietà risonanti del risonatore a L >> ?. Tuttavia, il risonatore nel laser non solo fornisce feedback restituendo la radiazione riflessa dagli specchi al principio attivo, ma determina anche lo spettro della radiazione laser, le sue caratteristiche energetiche e la direttività della radiazione.
Nell'approssimazione più semplice di un'onda piana, la condizione di risonanza in un risonatore con specchi piatti è che un numero intero di semionde si adatti lungo la lunghezza del risonatore: L=q(?/2) (q è un numero intero), che porta ad un'espressione per la frequenza di tipo oscillazione con l'indice q: ?q=q(C/2L). Di conseguenza, lo spettro di emissione di L., di regola, è un insieme di righe spettrali strette, i cui intervalli sono gli stessi e uguali a c / 2L. Il numero di righe (componenti) per una data lunghezza L dipende dalle proprietà del mezzo attivo, cioè dallo spettro di emissione spontanea alla transizione quantistica utilizzata, e può raggiungere diverse decine e centinaia. In determinate condizioni, risulta essere possibile isolare una componente spettrale, cioè implementare un regime di generazione monomodale. L'ampiezza spettrale di ciascuna delle componenti è determinata dalle perdite di energia nel risonatore e, prima di tutto, dalla trasmissione e dall'assorbimento della luce da parte degli specchi.

Il profilo di frequenza del guadagno nel mezzo di lavoro (è determinato dalla larghezza e dalla forma della linea del mezzo di lavoro) e dall'insieme delle frequenze naturali del risonatore aperto. Per risonatori aperti con un fattore di qualità elevato utilizzati nei laser, la larghezza di banda della cavità ??p, che determina l'ampiezza delle curve di risonanza dei singoli modi, e anche la distanza tra i modi adiacenti ??h, risultano essere inferiori al guadagno larghezza di linea ??h, e anche nei laser a gas, dove l'allargamento della linea è minimo. Pertanto, diversi tipi di oscillazioni del risonatore cadono nel circuito di amplificazione.

Pertanto, il laser non genera necessariamente ad una frequenza; più spesso, al contrario, la generazione avviene contemporaneamente a più tipi di oscillazioni, per quale guadagno? più perdite nel risuonatore. Affinché il laser possa funzionare ad una sola frequenza (in modalità monofrequenza), di solito è necessario adottare misure speciali (ad esempio aumentare le perdite, come mostrato in Figura 3) o modificare la distanza tra gli specchi in modo che solo una moda. Poiché in ottica, come notato sopra, ?h > ?p e la frequenza di generazione in un laser è determinata principalmente dalla frequenza del risonatore, è necessario stabilizzare il risonatore per mantenere stabile la frequenza di generazione. Quindi, se il guadagno nella sostanza di lavoro copre le perdite nel risonatore per determinati tipi di oscillazioni, su di esse si verifica la generazione. Il seme per il suo verificarsi, come in ogni generatore, è il rumore, che è l'emissione spontanea nei laser.
Affinché il mezzo attivo emetta luce monocromatica coerente, è necessario introdurre un feedback, cioè inviare parte del flusso luminoso emesso da questo mezzo nel mezzo per l'emissione stimolata. Il feedback positivo viene effettuato utilizzando cavità ottiche, che nella versione elementare sono due specchi coassiali (paralleli e lungo un asse), uno dei quali è traslucido e l'altro è "sordo", cioè riflette completamente il flusso luminoso. La sostanza di lavoro (mezzo attivo), in cui si crea la popolazione inversa, è posta tra gli specchi. La radiazione stimolata passa attraverso il mezzo attivo, viene amplificata, riflessa dallo specchio, passa di nuovo attraverso il mezzo e viene ulteriormente amplificata. Attraverso uno specchio traslucido, parte della radiazione viene emessa nel mezzo esterno e parte viene riflessa nel mezzo e nuovamente amplificata. In determinate condizioni, il flusso di fotoni all'interno della sostanza di lavoro inizierà a crescere come una valanga e inizierà la generazione di luce coerente monocromatica.

Il principio di funzionamento di un risonatore ottico, il numero predominante di particelle della sostanza di lavoro, rappresentato da cerchi di luce, sono allo stato fondamentale, cioè al livello di energia inferiore. Solo un piccolo numero di particelle, rappresentate da occhiaie, sono in uno stato eccitato elettronicamente. Quando la sostanza di lavoro viene esposta a una fonte di pompaggio, il numero principale di particelle entra in uno stato eccitato (il numero di occhiaie è aumentato) e viene creata una popolazione inversa. Inoltre (Fig. 2c), si verifica l'emissione spontanea di alcune particelle in uno stato eccitato elettronicamente. La radiazione diretta ad un angolo rispetto all'asse del risonatore lascerà la sostanza di lavoro e il risonatore. La radiazione diretta lungo l'asse del risonatore si avvicinerà alla superficie dello specchio.

In uno specchio semitrasparente, parte della radiazione passerà attraverso di essa nell'ambiente, e parte sarà riflessa e nuovamente diretta alla sostanza di lavoro, coinvolgendo particelle in uno stato eccitato nel processo di emissione stimolata.

Allo specchio "sordo", l'intero flusso di raggi verrà riflesso e passerà di nuovo attraverso la sostanza di lavoro, inducendo la radiazione di tutte le particelle eccitate rimanenti, che riflette la situazione in cui tutte le particelle eccitate hanno rinunciato alla loro energia immagazzinata e all'uscita di il risonatore, sul lato dello specchio semitrasparente, si è formato un potente flusso di radiazione indotta.

I principali elementi strutturali dei laser includono una sostanza di lavoro con determinati livelli di energia dei loro atomi e molecole costituenti, una sorgente di pompa che crea una popolazione inversa nella sostanza di lavoro e un risonatore ottico. Esistono un gran numero di laser diversi, ma hanno tutti lo stesso e, inoltre, un semplice schema elettrico del dispositivo, mostrato in Fig. 3.

L'eccezione sono i laser a semiconduttore per la loro specificità, poiché hanno tutto ciò che è speciale: la fisica dei processi, i metodi di pompaggio e il design. I semiconduttori sono formazioni cristalline. In un atomo separato, l'energia di un elettrone assume valori discreti rigorosamente definiti, e quindi gli stati energetici di un elettrone in un atomo sono descritti in termini di livelli. In un cristallo semiconduttore, i livelli di energia formano bande di energia. In un semiconduttore puro che non contiene impurità, ci sono due bande: la cosiddetta banda di valenza e la banda di conduzione situata sopra di essa (sulla scala dell'energia).

Tra di loro c'è un divario di valori energetici proibiti, che è chiamato gap di banda. Ad una temperatura del semiconduttore uguale allo zero assoluto, la banda di valenza deve essere completamente riempita di elettroni e la banda di conduzione deve essere vuota. In condizioni reali, la temperatura è sempre sopra lo zero assoluto. Ma un aumento della temperatura porta all'eccitazione termica degli elettroni, alcuni di essi saltano dalla banda di valenza alla banda di conduzione.

Come risultato di questo processo, un certo numero (relativamente piccolo) di elettroni appare nella banda di conduzione e il corrispondente numero di elettroni mancherà nella banda di valenza fino a quando non sarà completamente riempita. Una vacanza di elettroni nella banda di valenza è rappresentata da una particella carica positivamente, che è chiamata lacuna. La transizione quantistica di un elettrone attraverso il gap di banda dal basso verso l'alto è considerata come il processo di generazione di una coppia elettrone-lacuna, con elettroni concentrati sul bordo inferiore della banda di conduzione e lacune - sul bordo superiore della banda di valenza . Le transizioni attraverso la zona proibita sono possibili non solo dal basso verso l'alto, ma anche dall'alto verso il basso. Questo processo è chiamato ricombinazione elettrone-lacuna.

Quando un semiconduttore puro viene irradiato con luce la cui energia fotonica supera leggermente il gap di banda, in un cristallo semiconduttore possono verificarsi tre tipi di interazione della luce con una sostanza: assorbimento, emissione spontanea ed emissione stimolata di luce. Il primo tipo di interazione è possibile quando un fotone viene assorbito da un elettrone situato vicino al bordo superiore della banda di valenza. In questo caso, la potenza energetica dell'elettrone diventerà sufficiente per superare il gap di banda e farà una transizione quantistica alla banda di conduzione. L'emissione spontanea di luce è possibile con il ritorno spontaneo di un elettrone dalla banda di conduzione alla banda di valenza con l'emissione di un quanto di energia - un fotone. La radiazione esterna può avviare una transizione alla banda di valenza di un elettrone situato vicino al bordo inferiore della banda di conduzione. Il risultato di questo terzo tipo di interazione della luce con la sostanza di un semiconduttore sarà la nascita di un fotone secondario, identico nei parametri e nella direzione del moto al fotone che ha avviato la transizione.

Per generare radiazione laser, è necessario creare una popolazione inversa di "livelli di lavoro" nel semiconduttore - per creare una concentrazione di elettroni sufficientemente alta sul bordo inferiore della banda di conduzione e, di conseguenza, un'alta concentrazione di fori sul bordo della banda di valenza. Per questi scopi, i laser a semiconduttore puro utilizzano solitamente il pompaggio con un raggio di elettroni.

Gli specchi del risonatore sono i bordi levigati del cristallo semiconduttore. Lo svantaggio di tali laser è che molti materiali semiconduttori generano radiazioni laser solo a temperature molto basse e il bombardamento di cristalli semiconduttori con un raggio di elettroni provoca un forte riscaldamento. Ciò richiede dispositivi di raffreddamento aggiuntivi, che complicano il design dell'apparato e ne aumentano le dimensioni.

Le proprietà dei semiconduttori drogati differiscono significativamente da quelle dei semiconduttori puri non drogati. Ciò è dovuto al fatto che gli atomi di alcune impurità donano facilmente uno dei loro elettroni alla banda di conduzione. Queste impurità sono chiamate impurità del donatore e un semiconduttore con tali impurità è chiamato n-semiconduttore. Atomi di altre impurità, al contrario, catturano un elettrone dalla banda di valenza e tali impurità sono accettori e un semiconduttore con tali impurità è un semiconduttore p. Il livello di energia degli atomi di impurità si trova all'interno del band gap: per i semiconduttori n, non lontano dal bordo inferiore della banda di conduzione; per i semiconduttori f, vicino al bordo superiore della banda di valenza.

Se viene creata una tensione elettrica in questa regione in modo che vi sia un polo positivo sul lato del semiconduttore p e un polo negativo sul lato del semiconduttore n, quindi sotto l'azione del campo elettrico, elettroni dal n -il semiconduttore e i fori del semiconduttore p si sposteranno (inietteranno) nell'area pn - transizione.

Durante la ricombinazione di elettroni e lacune verranno emessi fotoni e, in presenza di un risonatore ottico, è possibile la generazione di radiazione laser.

Gli specchi del risonatore ottico sono le facce levigate del cristallo semiconduttore, orientate perpendicolarmente al piano di giunzione pn. Tali laser sono caratterizzati dalla miniaturizzazione, poiché le dimensioni dell'elemento attivo semiconduttore possono essere di circa 1 mm.

A seconda della caratteristica in esame, tutti i laser sono suddivisi come segue).

Primo segno. È consuetudine distinguere tra amplificatori laser e generatori. Negli amplificatori, all'ingresso viene fornita una debole radiazione laser e all'uscita viene amplificata di conseguenza. Non c'è radiazione esterna nei generatori, si verifica nella sostanza di lavoro a causa della sua eccitazione con l'aiuto di varie sorgenti di pompa. Tutti i dispositivi laser medicali sono generatori.

Il secondo segno è lo stato fisico della sostanza di lavoro. In base a ciò, i laser sono suddivisi in stato solido (rubino, zaffiro, ecc.), Gas (elio-neon, elio-cadmio, argon, anidride carbonica, ecc.), Liquido (dielettrico liquido con impurità che lavorano atomi di raro metalli terrosi) e semiconduttori (arseniuro-gallio, arseniuro-fosfuro-gallio, seleniuro-piombo, ecc.).

Il metodo di eccitazione della sostanza di lavoro è la terza caratteristica distintiva dei laser. A seconda della sorgente di eccitazione, ci sono laser con pompaggio ottico, con pompaggio dovuto a scarica di gas, eccitazione elettronica, iniezione di portatori di carica, con pompaggio termico, chimico e alcuni altri.

Lo spettro di emissione del laser è il prossimo segno di classificazione. Se la radiazione è concentrata in un ristretto intervallo di lunghezze d'onda, è consuetudine considerare il laser come monocromatico e nei suoi dati tecnici viene indicata una lunghezza d'onda specifica; se in un'ampia gamma, il laser dovrebbe essere considerato a banda larga e dovrebbe essere indicata la gamma di lunghezze d'onda.

In base alla natura dell'energia emessa, si distinguono laser pulsati e laser ad onda continua. Non vanno confusi i concetti di laser pulsato e laser con modulazione di frequenza della radiazione continua, poiché nel secondo caso si ottiene, infatti, radiazione discontinua di frequenze diverse. I laser pulsati hanno un'elevata potenza in un singolo impulso, raggiungendo i 10 W, mentre la loro potenza media dell'impulso, determinata dalle formule corrispondenti, è relativamente bassa. Per i laser cw con modulazione di frequenza, la potenza nel cosiddetto impulso è inferiore alla potenza della radiazione continua.

In base alla potenza media della radiazione in uscita (la caratteristica di classificazione successiva), i laser sono suddivisi in:

· alta energia (potenza di radiazione della densità di flusso creata sulla superficie di un oggetto o di un oggetto biologico - superiore a 10 W/cm2);

media energia (potenza di radiazione della densità di flusso creata - da 0,4 a 10 W / cm2);

· a bassa energia (potenza di radiazione della densità di flusso creata - inferiore a 0,4 W/cm2).

morbido (esposizione all'energia creata - E o densità del flusso di potenza sulla superficie irradiata - fino a 4 mW/cm2);

media (E - da 4 a 30 mW/cm2);

duro (E - più di 30 mW / cm2).

In conformità con le norme sanitarie e le regole per la progettazione e il funzionamento dei laser n. 5804-91, in base al grado di pericolosità della radiazione generata per il personale operativo, i laser sono suddivisi in quattro classi.

I laser della prima classe includono tali dispositivi tecnici, la cui radiazione collimata (contenuta in un angolo solido limitato) non rappresenta un pericolo se irradiata agli occhi e alla pelle di una persona.

I laser di seconda classe sono dispositivi la cui radiazione in uscita è pericolosa se irradiata agli occhi da radiazione diretta e riflessa speculare.

I laser di terza classe sono dispositivi la cui radiazione in uscita è pericolosa quando gli occhi sono esposti a radiazioni dirette e riflesse in modo speculare, nonché a radiazioni riflesse in modo diffuso a una distanza di 10 cm da una superficie riflettente in modo diffuso e (o) quando la pelle è esposta alla radiazione diretta e riflessa specularmente.

I laser di quarta classe sono dispositivi la cui radiazione in uscita è pericolosa quando la pelle è esposta a radiazioni riflesse in modo diffuso a una distanza di 10 cm da una superficie riflettente in modo diffuso.

L'uomo ha appreso molte invenzioni tecniche osservando i fenomeni naturali, analizzandoli e applicando le conoscenze acquisite nella realtà circostante. Così l'uomo ha avuto la capacità di accendere un fuoco, ha creato una ruota, ha imparato a generare elettricità, ha ottenuto il controllo su una reazione nucleare.

A differenza di tutte queste invenzioni, il laser non ha analoghi in natura. La sua comparsa è stata associata esclusivamente a presupposti teorici nell'ambito della fisica quantistica emergente. L'esistenza del principio che ha costituito la base del laser è stata prevista all'inizio del 20° secolo dal più grande scienziato Albert Einstein.

La parola "laser" è apparsa come risultato della riduzione alle prime lettere di cinque parole che descrivono l'essenza del processo fisico. Nella versione russa, questo processo è chiamato "amplificazione della luce con l'aiuto dell'emissione stimolata".

Secondo il principio del suo funzionamento, il laser è un generatore quantistico di fotoni. L'essenza del fenomeno sottostante è che sotto l'azione dell'energia sotto forma di fotone, un atomo emette un altro fotone, identico al primo nella direzione del moto, nella sua fase e nella sua polarizzazione. Di conseguenza, la luce emessa viene amplificata.

Questo fenomeno è impossibile in condizioni di equilibrio termodinamico. Vari metodi vengono utilizzati per creare radiazioni indotte: elettriche, chimiche, gassose e altre. Uso dei laser utilizzati in casa (unità disco laser, stampanti laser). metodo dei semiconduttori stimolazione delle radiazioni sotto l'azione di una corrente elettrica.

Il principio di funzionamento è il passaggio di un flusso d'aria attraverso il riscaldatore nel tubo della pistola ad aria calda e, raggiunte le temperature impostate, entra nella parte da saldare tramite appositi ugelli.

In caso di malfunzionamento, l'inverter di saldatura può essere riparato manualmente. Puoi leggere i suggerimenti per la riparazione.

Inoltre, è un componente necessario di qualsiasi laser a tutti gli effetti risonatore ottico, la cui funzione è quella di amplificare il fascio di luce riflettendolo più volte. A tale scopo, gli specchi vengono utilizzati nei sistemi laser.

Va detto che creare un laser davvero potente con le tue mani a casa non è realistico. Per fare ciò, è necessario disporre di conoscenze speciali, eseguire calcoli complessi e disporre di una buona base materiale e tecnica.

Ad esempio, le macchine laser in grado di tagliare il metallo sono estremamente calde e richiedono misure di raffreddamento estreme, compreso l'uso di azoto liquido. Inoltre, i dispositivi basati sul principio quantistico sono estremamente capricciosi, richiedono la migliore messa a punto e non tollerano nemmeno la minima deviazione dai parametri richiesti.

Componenti necessari per l'assemblaggio

Per assemblare un circuito laser con le tue mani, avrai bisogno di:

DVD-ROM (RW) riscrivibile. Incorpora un diodo laser rosso con una potenza di 300 mW. È possibile utilizzare diodi laser di BLU-RAY-ROM-RW: emettono luce viola con una potenza di 150 mW. Per i nostri scopi, le ROM migliori sono quelle che hanno velocità di scrittura più elevate: sono più potenti.
Impulso NCP1529. Il convertitore emette una corrente di 1 A, stabilizza la tensione nell'intervallo 0,9-3,9 V. Questi indicatori sono ideali per il nostro diodo laser, che richiede una tensione costante di 3 V.
Collimatore per ottenere un fascio di luce uniforme. Ora sono in vendita numerosi moduli laser di vari produttori, compresi i collimatori.
Obiettivo di uscita dalla ROM.
Alloggiamento, ad esempio, da un puntatore laser o da una torcia.
Fili.
Batterie 3,6 V.

Per collegare le parti, sarà necessario determinare quale cavo è fase e dove è zero e terra. Questo aiuterà uno strumento come.

In questo modo è possibile assemblare il laser più semplice. Cosa può fare un tale "amplificatore di luce" artigianale:

Accendi un fiammifero a distanza.
Sciogliere sacchetti di plastica e carta sottile.
Emettere un raggio a una distanza superiore a 100 metri.

Un tale laser è pericoloso: non brucia né la pelle né i vestiti, ma può danneggiare gli occhi.

Pertanto, è necessario utilizzare un tale dispositivo con attenzione: non farlo brillare su superfici riflettenti (specchi, occhiali, riflettori) e, in generale, prestare la massima attenzione: il raggio può causare danni se colpisce l'occhio anche da una distanza di uno cento metri.

Laser fai-da-te in video

Realizzare un potente laser a combustione con le tue mani è un compito semplice, tuttavia, oltre alla capacità di utilizzare un saldatore, saranno necessarie cura e precisione dell'approccio. Va notato subito che qui non è necessaria una profonda conoscenza dell'ingegneria elettrica e puoi realizzare un dispositivo anche a casa. La cosa principale durante il lavoro è l'osservanza delle precauzioni di sicurezza, poiché l'esposizione a un raggio laser è dannoso per gli occhi e la pelle.

Il laser è un giocattolo pericoloso che può essere dannoso per la salute se usato con noncuranza. Non puntare il laser su persone o animali!

Cosa sarà richiesto?

Qualsiasi laser può essere suddiviso in più componenti:

emettitore di flusso luminoso;
ottica;
sorgente di energia;
stabilizzatore di potenza di corrente (driver).

Per realizzare un potente laser fatto in casa, dovrai considerare tutti questi componenti separatamente. Il più pratico e facile da montare è un laser basato su un diodo laser e lo considereremo in questo articolo.

Dove posso trovare un diodo per un laser?

Il corpo di lavoro di qualsiasi laser è un diodo laser. Puoi acquistarlo in quasi tutti i negozi di radio o acquistarlo da un'unità CD non funzionante. Il fatto è che l'inoperabilità dell'unità è raramente associata al guasto del diodo laser. Avendo a disposizione un disco rotto, puoi ottenere l'elemento desiderato senza costi aggiuntivi. Ma è necessario tenere conto del fatto che il suo tipo e le sue proprietà dipendono dalla modifica dell'unità.

Il laser più debole operante nella gamma degli infrarossi è installato nelle unità CD-ROM. La sua potenza è sufficiente solo per leggere i CD e il raggio è quasi invisibile e non è in grado di bruciare gli oggetti. Il CD-RW ha un diodo laser più potente, adatto alla masterizzazione e valutato per la stessa lunghezza d'onda. È considerato il più pericoloso, poiché emette un raggio nello spettro invisibile agli occhi.

L'unità DVD-ROM è dotata di due deboli diodi laser, che hanno energia sufficiente solo per leggere CD e DVD. Il masterizzatore DVD-RW ha un laser rosso ad alta potenza. Il suo raggio è visibile con qualsiasi luce e può facilmente accendere alcuni oggetti.

Il BD-ROM ha un laser viola o blu, che è simile nei parametri alla controparte DVD-ROM. Dagli autori di BD-RE puoi ottenere il diodo laser più potente con un bellissimo raggio viola o blu che può bruciare. Tuttavia, è abbastanza difficile trovare una tale unità per lo smontaggio e un dispositivo funzionante è costoso.

Il più adatto è un diodo laser prelevato da un masterizzatore DVD-RW. I diodi laser di altissima qualità sono installati nelle unità LG, Sony e Samsung.

Maggiore è la velocità di scrittura di un'unità DVD, più potente sarà il diodo laser installato al suo interno.

Smontaggio dell'unità

Con l'unità davanti a loro, la prima cosa da fare è rimuovere il coperchio superiore svitando 4 viti. Quindi viene rimosso il meccanismo mobile, che si trova al centro ed è collegato al circuito stampato con un cavo flessibile. Il prossimo obiettivo è un diodo laser, inserito saldamente in un radiatore in alluminio o lega di duralluminio. Prima di smontarlo, si consiglia di fornire protezione contro l'elettricità statica. Per fare ciò, i cavi del diodo laser vengono saldati o avvolti con un sottile filo di rame.

Inoltre, sono possibili due opzioni. Il primo prevede il funzionamento del laser finito sotto forma di un'installazione fissa insieme a un radiatore standard. La seconda opzione consiste nell'assemblare il dispositivo nel corpo di una torcia portatile o di un puntatore laser. In questo caso, dovrai applicare una forza per mordere o tagliare il radiatore senza danneggiare l'elemento radiante.

Autista

L'alimentazione del laser deve essere presa in modo responsabile. Come per i LED, questa deve essere una sorgente di corrente costante. Ci sono molti circuiti su Internet che sono alimentati da una batteria o da una batteria tramite un resistore di limitazione. La sufficienza di una tale soluzione è dubbia, poiché la tensione sulla batteria o sulla batteria varia a seconda del livello di carica. Di conseguenza, la corrente che scorre attraverso il diodo ad emissione laser si discosterà notevolmente dal valore nominale. Di conseguenza, il dispositivo non funzionerà in modo efficiente a basse correnti e ad alte correnti porterà a una rapida diminuzione dell'intensità della sua radiazione.

L'opzione migliore è utilizzare lo stabilizzatore di corrente più semplice costruito sulla base. Questo microcircuito appartiene alla categoria degli stabilizzatori integrati universali con la capacità di impostare indipendentemente la corrente e la tensione all'uscita. Il microcircuito opera in un'ampia gamma di tensioni di ingresso: da 3 a 40 volt.

Un analogo dell'LM317 è il chip domestico KR142EN12.

Per il primo esperimento di laboratorio, lo schema seguente è adatto. Il calcolo dell'unico resistore nel circuito viene effettuato secondo la formula: R = I / 1,25, dove I è la corrente laser nominale (valore di riferimento).

A volte, all'uscita dello stabilizzatore, in parallelo al diodo sono installati un condensatore polare da 2200 uFx16 V e un condensatore non polare da 0,1 uF. La loro partecipazione è giustificata nel caso di alimentazione di tensione all'ingresso da un alimentatore stazionario, che può perdere una componente variabile insignificante e un rumore impulsivo. Di seguito viene presentato uno di questi circuiti, progettato per essere alimentato da una batteria Krona o da una piccola batteria.

Il diagramma mostra il valore approssimativo della resistenza R1. Per il suo calcolo esatto, è necessario utilizzare la formula sopra.

Dopo aver assemblato il circuito elettrico, è possibile fare un'inclusione preliminare e, come prova dell'operatività del circuito, osservare la luce diffusa rossa brillante del diodo emittente. Dopo aver misurato la sua corrente reale e la temperatura del case, vale la pena pensare alla necessità di installare un radiatore. Se il laser deve essere utilizzato per un lungo periodo in un'installazione fissa con correnti elevate, è necessario prevedere un raffreddamento passivo. Ora, per raggiungere l'obiettivo, manca davvero poco: mettere a fuoco e ottenere un raggio stretto di alta potenza.

Ottica

In termini scientifici, è tempo di costruire un semplice collimatore, un dispositivo per ottenere fasci di fasci di luce paralleli. Un'opzione ideale per questo scopo sarebbe un obiettivo standard preso dall'unità. Con il suo aiuto, puoi ottenere un raggio laser abbastanza sottile con un diametro di circa 1 mm. La quantità di energia di un tale raggio è sufficiente per bruciare carta, tessuto e cartone in pochi secondi, fondere la plastica e bruciare il legno. Se metti a fuoco un raggio più sottile, questo laser può tagliare compensato e plexiglass. Ma è abbastanza difficile regolare e fissare saldamente l'obiettivo dall'unità a causa della sua ridotta lunghezza focale.

È molto più semplice costruire un collimatore basato su un puntatore laser. Inoltre, nella sua custodia possono essere riposti un driver e una piccola batteria. L'uscita sarà un raggio con un diametro di circa 1,5 mm di un effetto bruciante più piccolo. Con tempo nebbioso o con abbondanti nevicate, è possibile osservare incredibili effetti di luce dirigendo il flusso luminoso verso il cielo.

Attraverso il negozio online è possibile acquistare un collimatore già pronto, appositamente studiato per il montaggio e la regolazione del laser. Il suo corpo fungerà da radiatore. Conoscendo le dimensioni di tutti i componenti del dispositivo, puoi acquistare una torcia a LED economica e utilizzarne il corpo.

In conclusione, vorrei aggiungere alcune frasi sui pericoli delle radiazioni laser. Innanzitutto, non dirigere mai il raggio laser negli occhi di persone o animali. Questo porta a gravi danni alla vista. In secondo luogo, indossa occhiali verdi mentre fai esperimenti con il laser rosso. Impediscono il passaggio della maggior parte della componente rossa dello spettro. La quantità di luce che passa attraverso gli occhiali dipende dalla lunghezza d'onda della radiazione. L'osservazione laterale del raggio laser senza dispositivi di protezione è consentita solo per un breve periodo. Altrimenti, potrebbe apparire dolore agli occhi.

Come scoprire la potenza di un diodo laser?

È possibile determinare la potenza del laser in base alle caratteristiche della velocità di scrittura dei dischi a doppio strato:

1. Velocità 10X, potenza laser 170-200 milliwatt.
2. Velocità 16X, potenza laser 250-270 milliwatt.

Istruzione. Come fare un laser?

Passo 1. Gira l'unità DVD e apri il coperchio. Rilasciamo ed estraiamo il carrello (la struttura dell'unità può differire, ma ogni unità ha due guide lungo le quali si muove il carrello) e scolleghiamo tutti i cavi.

Passo 2. Liberato il carrello, si procede a svolgere le viti e le parti per liberare il diodo stesso. L'unità può avere due laser a diodi:

1. Per leggere il disco (diodo a infrarossi).
2. Per registrare un disco (diodo rosso).

Il diodo destro (rosso) ha una scheda attaccata, utilizzare un normale saldatore per rilasciare il diodo.

Passaggio 3. Dopo un breve processo, dovremmo ottenere il diodo in questa forma.

In ogni casa c'è una vecchia tecnica logora. Qualcuno lo getta in una discarica e alcuni artigiani cercano di usarlo per alcune invenzioni fatte in casa. Quindi il vecchio puntatore laser può essere utilizzato al meglio: è possibile realizzare un laser cutter con le proprie mani.

Per realizzare un vero laser da un gingillo innocuo, devi preparare i seguenti elementi:

puntatore laser;
torcia con batterie ricaricabili;
vecchio, forse non un masterizzatore CD/DVD-RW funzionante. La cosa principale è che ha un'unità con un laser funzionante;
un set di cacciaviti e un saldatore. È meglio usare un taglierino di marca, ma in assenza di uno normale può anche funzionare.

Realizzazione di una taglierina laser

Per prima cosa è necessario rimuovere la taglierina laser dall'unità. Questo lavoro non è difficile, ma dovrai essere paziente e prestare la massima attenzione. Poiché contiene un gran numero di fili, la loro struttura è la stessa. Quando si sceglie un'unità, è importante considerare la presenza di un'opzione di scrittura, poiché è in questo modello che un laser può effettuare registrazioni. La registrazione avviene facendo evaporare un sottile strato di metallo dal disco stesso. Nel caso in cui il laser funzioni per la lettura, viene utilizzato a metà forza, evidenziando il disco.

Quando si smontano gli elementi di fissaggio superiori, è possibile trovare un carrello con un laser posizionato al suo interno, che è in grado di muoversi in due direzioni. Dovrebbe essere rimosso con cura svitando, ci sono un gran numero di dispositivi rimovibili e viti che è importante rimuovere con cura. Per ulteriori lavori è necessario un diodo rosso, con il quale viene eseguita la combustione. Per rimuoverlo, avrai bisogno di un saldatore e dovrai anche rimuovere con cura gli elementi di fissaggio. È importante notare che una parte indispensabile per la fabbricazione di un laser cutter non può essere scossa e lasciata cadere, pertanto si consiglia di prestare attenzione durante la rimozione del diodo laser.

Come verrà rimosso l'elemento principale del futuro modello laser, è necessario pesare attentamente il tutto e capire dove metterlo e come collegare l'alimentatore ad esso, poiché il diodo laser di scrittura necessita di molta più corrente del diodo del puntatore laser, e in questo caso puoi usare diversi modi.

Successivamente, il diodo nel puntatore viene sostituito. Per creare un potente puntatore laser è necessario rimuovere il diodo nativo, al suo posto è necessario installarne uno simile dall'unità CD/DVD-RW. Il puntatore viene smontato in sequenza. Deve essere srotolato e diviso in due parti, sopra c'è la parte che deve essere sostituita. Il vecchio diodo viene rimosso e al suo posto viene installato il diodo richiesto, che può essere fissato con la colla. Ci sono casi in cui può essere difficile rimuovere il vecchio diodo, in questa situazione puoi usare un coltello e scuotere leggermente il puntatore.

Il prossimo passo sarà la produzione di una nuova custodia. Affinché il futuro laser possa essere utilizzato comodamente, collegare l'alimentazione ad esso e dargli un aspetto impressionante, è possibile utilizzare la custodia della torcia. La parte superiore convertita del puntatore laser è installata in una torcia e l'alimentazione viene fornita da batterie ricaricabili, che sono collegate al diodo. È importante non invertire la polarità dell'alimentazione. Prima di assemblare la torcia, è necessario rimuovere il vetro e le parti del puntatore, poiché non condurrà bene il percorso diretto del raggio laser.

L'ultimo passaggio è la preparazione per l'uso. Prima del collegamento è necessario verificare la forza del fissaggio del laser, il corretto collegamento della polarità dei fili e se il laser è in piano.

Dopo aver completato questi semplici passaggi, il laser cutter è pronto per l'uso. Un tale laser può essere utilizzato per bruciare carta, polietilene, per accendere fiammiferi. La portata può essere ampia, tutto dipenderà dall'immaginazione.

Punti aggiuntivi

Puoi creare un laser più potente. Per la sua fabbricazione avrai bisogno di:

Unità DVD-RW, può essere in condizioni non funzionanti;
condensatori 100 pF e 100 mF;
resistenza 2-5 ohm;
tre batterie ricaricabili;
fili con un saldatore;
collimatore;
torcia a LED in acciaio.

Questo è il semplice kit che viene fornito con il montaggio del driver, che, utilizzando la scheda, porterà il laser cutter alla potenza richiesta. La sorgente di corrente non può essere collegata direttamente al diodo, poiché si deteriorerà istantaneamente. È anche importante considerare che il diodo laser deve essere alimentato da corrente, non da tensione.

Il collimatore è un alloggiamento dotato di una lente, grazie alla quale tutti i raggi convergono in un raggio stretto. Tali dispositivi vengono acquistati nei negozi di ricambi radio. Sono convenienti in quanto hanno già un posto per l'installazione di un diodo laser e, per quanto riguarda il costo, è piuttosto piccolo, solo 200-500 rubli.

Ovviamente puoi usare una custodia da un puntatore, ma sarà difficile attaccarvi un laser. Tali modelli sono realizzati in materiale plastico e ciò comporterà il riscaldamento della custodia e non sarà sufficientemente raffreddato.

Il principio di fabbricazione è simile al precedente, poiché in questo caso viene utilizzato anche un diodo laser da un'unità DVD-RW.

Durante la produzione devono essere utilizzati cinturini da polso antistatici.

Questo è necessario per rimuovere l'elettricità statica dal diodo laser, è molto sensibile. In assenza di braccialetti, puoi cavartela con mezzi improvvisati: puoi avvolgere un filo sottile attorno al diodo. Poi arriva l'autista.

Prima di assemblare l'intero dispositivo, viene verificato il funzionamento del driver. In questo caso, è necessario collegare un diodo non funzionante o un secondo diodo e misurare l'intensità della corrente fornita con un multimetro. Data la velocità della corrente, è importante selezionarne la forza secondo le norme. Per molti modelli è applicabile una corrente di 300-350 mA e per quelli più veloci è possibile utilizzare 500 mA, ma per questo è necessario utilizzare un driver completamente diverso.

Naturalmente, qualsiasi tecnico non professionista può assemblare un tale laser, ma tuttavia, per bellezza e praticità, è più ragionevole costruire un dispositivo del genere in un caso più estetico e quale utilizzare può essere scelto per tutti i gusti. Sarà molto pratico assemblarlo nel caso di una torcia a LED, poiché le sue dimensioni sono compatte, solo 10x4 cm, ma non è comunque necessario portare un dispositivo del genere in tasca, poiché le autorità competenti potrebbero rivendicare. Un tale dispositivo è meglio conservarlo in una custodia speciale per evitare di spolverare l'obiettivo.

È importante non dimenticare che il dispositivo è un tipo di arma che deve essere utilizzata con cautela e non deve essere diretta verso animali e persone, in quanto è molto pericolosa e può essere dannosa per la salute, la più pericolosa è la direzione nel occhi. È pericoloso dare tali dispositivi ai bambini.

Il laser può essere equipaggiato con vari dispositivi, quindi da un giocattolo innocuo uscirà un mirino abbastanza potente per armi, sia pneumatiche che da fuoco.

Ecco alcuni semplici consigli per realizzare un laser cutter. Avendo leggermente migliorato questo design, è possibile realizzare frese per il taglio di materiale acrilico, compensato e plastica e per incidere.

Ciao signore e signori. Oggi apro una serie di articoli sui potenti laser, perché habrapoisk dice che le persone cercano articoli simili. Voglio dirti come puoi realizzare un laser abbastanza potente a casa e anche insegnarti come usare questo potere non solo per il bene di "brillare sulle nuvole".

Un avvertimento!

L'articolo descrive la produzione di un laser ad alta potenza ( 300 mW ~ potenza 500 puntatori cinesi), che possono danneggiare la tua salute e quella degli altri! Stai estremamente attento! Utilizzare occhiali di sicurezza e non puntare il raggio laser verso persone o animali!

Scopriamolo.

Su Habré, gli articoli sui laser portatili Dragon Lasers, come Hulk, sono scivolati solo un paio di volte. In questo articolo ti dirò come puoi realizzare un laser che non sia inferiore in potenza alla maggior parte dei modelli venduti in questo negozio.

Cucinando.

Per prima cosa devi preparare tutti i componenti:
- drive DVD-RW non funzionante (o funzionante) con una velocità di registrazione di 16x o superiore;
- condensatori 100 pF e 100 mF;
- resistenza 2-5 Ohm;
- tre batterie AAA;
- saldatore e fili;
- collimatore (o puntatore cinese);
- Lampada a LED in acciaio.

Questo è un minimo necessario per la produzione di un semplice modello di driver. Il driver è, infatti, una scheda che emetterà il nostro diodo laser alla potenza richiesta. Non vale la pena collegare la fonte di alimentazione direttamente al diodo laser: fallirà. Il diodo laser deve essere alimentato in corrente, non in tensione.

Un collimatore è, infatti, un modulo con una lente che riduce tutta la radiazione in un raggio stretto. I collimatori già pronti possono essere acquistati nei negozi di radio. Questi hanno già immediatamente un posto conveniente per installare un diodo laser e il costo è di 200-500 rubli.

Puoi anche usare un collimatore da un puntatore cinese, tuttavia, il diodo laser sarà difficile da riparare e il corpo del collimatore stesso sarà molto probabilmente realizzato in plastica metallizzata. Quindi il nostro diodo sarà poco raffreddato. Ma anche questo è possibile. Questa opzione può essere vista alla fine dell'articolo.

Noi facciamo.

Per prima cosa devi ottenere il diodo laser stesso. Questa è una parte molto fragile e piccola della nostra unità DVD-RW: fai attenzione. Un potente diodo laser rosso si trova nel carrello del nostro azionamento. Puoi distinguerlo da uno debole da un radiatore più grande di un diodo IR convenzionale.

Si consiglia di utilizzare un cinturino da polso antistatico poiché il diodo laser è molto sensibile all'elettricità statica. Se non è presente il braccialetto, puoi avvolgere i cavi del diodo con un filo sottile mentre attende l'installazione nella custodia.

Secondo questo schema, è necessario saldare il driver.

Non invertire la polarità! Anche il diodo laser si guasterà istantaneamente se la polarità della potenza in ingresso viene invertita.

Il diagramma mostra un condensatore da 200 mF, tuttavia, 50-100 mF sono abbastanza per la portabilità.

Proviamo.

Prima di installare il diodo laser e assemblare il tutto nella custodia, verificare le prestazioni del driver. Collegare un altro diodo laser (non funzionante o il secondo del drive) e misurare la corrente con un multimetro. A seconda delle caratteristiche di velocità, l'intensità della corrente deve essere scelta correttamente. Per i modelli 16x, 300-350 mA è abbastanza adatto. Per il 22x più veloce, possono essere applicati anche 500 mA, ma con un driver completamente diverso, la cui produzione intendo descrivere in un altro articolo.

Sembra terribile, ma funziona!

Estetica.

Ci si può vantare di un laser assemblato a peso solo davanti agli stessi pazzi tecnomaniaci, ma per bellezza e comodità è meglio assemblarlo in una comoda valigetta. Qui è meglio scegliere come piace a te. Ho montato l'intero circuito in una normale torcia a LED. Le sue dimensioni non superano i 10x4 cm. Tuttavia, non ti consiglio di portarlo con te: non sai mai quali affermazioni possono essere avanzate dalle autorità competenti. Ed è meglio riporlo in una custodia speciale in modo che l'obiettivo sensibile non si impolveri.

Questa è un'opzione con un costo minimo: viene utilizzato un collimatore da un puntatore cinese:

L'utilizzo di un modulo prodotto in fabbrica produrrà i seguenti risultati:

Il raggio laser è visibile di sera:

E, naturalmente, al buio:

Forse.

Sì, voglio raccontare e mostrare nei seguenti articoli come utilizzare tali laser. Come realizzare esemplari molto più potenti in grado di tagliare metallo e legno, e non solo dare fuoco a fiammiferi e fondere plastica. Come creare ologrammi e scansionare oggetti per ottenere modelli 3D Studio Max. Come realizzare potenti laser verdi o blu. La portata dei laser è piuttosto ampia e un articolo non è sufficiente.

Necessità di ricordare.

Non dimenticare la sicurezza! I laser non sono giocattoli! Prenditi cura dei tuoi occhi!

Alla menzione del laser, la maggior parte delle persone ricorda immediatamente episodi di film di fantascienza. Tuttavia, una tale invenzione è entrata a lungo e strettamente nelle nostre vite e non è qualcosa di fantastico. Il laser ha trovato la sua applicazione in molti settori, dalla medicina e dalla produzione all'intrattenimento. Pertanto, molti si interessano se e come realizzare un laser da soli.

Fare un laser a casa

A seconda delle specifiche e dei requisiti proposti, i laser sono completamente diversi, sia per dimensioni (dai puntatori tascabili alle dimensioni di un campo da calcio), sia per potenza, supporti di lavoro utilizzati e altri parametri. Naturalmente, è impossibile realizzare un potente raggio di produzione da soli a casa, poiché non si tratta solo di dispositivi tecnicamente complessi, ma anche di cose molto capricciose nella manutenzione. Ma un laser fai-da-te semplice, ma affidabile e potente può essere scolpito da una normale unità DVD-RW.

Principio di funzionamento

La parola "laser" ci è venuta dalla lingua inglese "laser", che è l'abbreviazione delle prime lettere di un nome molto più complesso: amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazioni e si traduce letteralmente come "amplificazione della luce per emissione stimolata. " Può anche essere chiamato un generatore quantistico ottico. Esistono molti tipi di laser e l'ambito della loro applicazione è estremamente ampio.

Il principio del suo funzionamento è convertire un'energia (luce, chimica, elettrica) nell'energia di vari flussi di radiazioni, cioè si basa sul fenomeno della radiazione stimolata o indotta.

Convenzionalmente, il principio di funzionamento mostra il seguente disegno:

Materiali necessari per il lavoro

Quando si descrivono le basi del laser, tutto sembra complicato e incomprensibile. Infatti realizzare un laser con le proprie mani in casa è estremamente semplice. Avrai bisogno di alcuni accessori e strumenti:

La cosa più semplice di cui hai bisogno per creare un laser è un'unità DVD-RW, ovvero un masterizzatore da un computer o da un lettore. Maggiore è la velocità di registrazione, più potente sarà il prodotto stesso. È preferibile prendere unità con una velocità di 22X, poiché la sua potenza è la più alta, circa 300 mW. Allo stesso tempo, differiscono per colore: rosso, verde, viola. Per quanto riguarda le ROM che non scrivono, sono troppo deboli. Vale anche la pena prestare attenzione al fatto che dopo le manipolazioni con l'unità non funzionerà più, quindi vale la pena prenderne uno già fuori servizio, ma con un laser funzionante, o uno di cui non ti pentirai a cui dire addio.
Avrai anche bisogno di uno stabilizzatore di corrente, anche se c'è il desiderio di farne a meno. Ma vale la pena sapere che tutti i diodi (e quello laser non fa eccezione) "preferiscono" non la tensione, ma la corrente. Le opzioni più economiche e preferite sono il convertitore di impulsi NCP1529 o il microcircuito LM317 (simile a KR142EN12).
La resistenza di uscita viene selezionata in base alla corrente di alimentazione del diodo laser. Si calcola con la formula: R=I/1.25, dove I è la corrente nominale del laser.
Due condensatori: 0,1uF e 100uF.
Collimatore o puntatore laser.
batterie AAA.
Fili.
Strumento: saldatore, cacciaviti, pinze, ecc.

Rimozione del diodo laser dall'unità DVD

La parte principale che deve essere rimossa è il laser dall'unità dvd. Questo non è difficile da fare, ma vale la pena conoscere alcune delle sfumature che aiuteranno a evitare possibili malintesi durante il lavoro.

Innanzitutto occorre smontare l'unità DVD per arrivare al carrello, su cui si trovano i diodi laser. Uno di loro è un lettore: è troppo debole. Il secondo scrittore è esattamente ciò di cui hai bisogno per creare un laser da un'unità dvd.

Sul carrello, il diodo è montato sul radiatore e fissato saldamente. Se non è previsto l'utilizzo di un altro radiatore, quello esistente è abbastanza adatto. Pertanto, è necessario rimuoverli insieme. Altrimenti, taglia con cura le gambe all'ingresso del radiatore.

Poiché i diodi sono estremamente sensibili all'elettricità statica, è utile proteggerli.. Per fare ciò, è necessario avvolgere le gambe del diodo laser con un filo sottile.

Resta solo da raccogliere tutti i dettagli insieme e la ROM stessa non è più necessaria.

Montaggio del dispositivo laser

È necessario collegare il diodo estratto dal sidirom al convertitore, rispettando la polarità, altrimenti il diodo laser si guasterà immediatamente e diventerà inadatto per un ulteriore utilizzo.

Un collimatore è installato sul retro del diodo in modo che la luce possa essere concentrata in un raggio. Anche se, al suo posto, puoi usare la lente inclusa nel rum, o la lente che contiene già il puntatore laser. Ma in questo caso, dovrai eseguire la regolazione per ottenere la messa a fuoco necessaria.

Sull'altro lato del convertitore sono saldati i fili che si collegano ai contatti della custodia, dove verranno installate le batterie.

Lo schema aiuterà a completare il laser dall'unità DVD con le tue mani:

Una volta completata la connessione di tutti i componenti, è possibile verificare le prestazioni del dispositivo risultante. Se tutto funziona, resta da posizionare l'intera struttura nella custodia e fissarla saldamente lì.

Abitazioni fatte in casa

Puoi avvicinarti alla produzione della custodia in diversi modi. Perfetto per questi scopi, ad esempio, è adatta una custodia di una lanterna cinese. È inoltre possibile utilizzare un corpo puntatore laser già pronto. Ma la soluzione migliore potrebbe essere fatta in casa, realizzata con profili in alluminio.

Di per sé l'alluminio è leggero e, allo stesso tempo, si presta bene alla lavorazione. L'intera struttura è convenientemente situata al suo interno. Sarà anche conveniente ripararlo. Se necessario, puoi sempre ritagliare facilmente il pezzo richiesto o piegarlo secondo i parametri richiesti.

Sicurezza e test

Quando tutto il lavoro è completato, è il momento di testare il potente laser risultante. Non è consigliabile farlo al chiuso. Pertanto, è meglio uscire in un luogo deserto. Allo stesso tempo, va ricordato che il dispositivo realizzato è centinaia di volte più potente di un puntatore laser convenzionale, e questo obbliga ad usarlo con estrema cautela. Non dirigere il raggio verso persone o animali, assicurarsi che il raggio non venga riflesso e non penetri negli occhi. Quando si utilizza un raggio laser rosso, si consiglia di indossare occhiali verdi, ciò ridurrà notevolmente il rischio di danni alla vista in casi imprevisti. Dopotutto, non è consigliabile guardare i raggi laser anche dall'esterno.

Non puntare il raggio laser su oggetti e sostanze infiammabili o esplosivi.

Il dispositivo creato, con una lente opportunamente regolata, può benissimo tagliare sacchetti di plastica, bruciare su un albero, far scoppiare palloncini e persino bruciare - una specie di laser da combattimento. È incredibile cosa si può fare da un'unità DVD. Pertanto, quando si testa un dispositivo fabbricato, vale sempre la pena ricordare le precauzioni di sicurezza.

Un puntatore laser è un oggetto utile, il cui scopo dipende dalla potenza. Se non è molto grande, il raggio può essere puntato su oggetti distanti. In questo caso, il puntatore può svolgere il ruolo di un giocattolo ed essere utilizzato per l'intrattenimento. Può anche essere di utilità pratica, aiutando una persona a indicare l'oggetto di cui sta parlando. Usando oggetti improvvisati, puoi creare un laser con le tue mani.

Brevemente sul dispositivo

Il laser è stato inventato come risultato della verifica delle ipotesi teoriche degli scienziati coinvolti nella fisica quantistica, che avevano appena iniziato a emergere. Il principio alla base del puntatore laser è stato previsto da Einstein all'inizio del 20° secolo. Non c'è da stupirsi che questo dispositivo sia così chiamato - "puntatore".

Per la masterizzazione vengono utilizzati laser più potenti. Il puntatore offre l'opportunità di realizzare il potenziale creativo, ad esempio, possono essere utilizzati per incidere un bellissimo motivo di alta qualità su legno o plexiglass. I laser più potenti possono tagliare il metallo, motivo per cui vengono utilizzati nei lavori di costruzione e riparazione.

Il principio di funzionamento di un puntatore laser

Secondo il principio di funzionamento, il laser è un generatore di fotoni. L'essenza del fenomeno che ne è alla base è che un atomo è influenzato dall'energia sotto forma di fotone. Di conseguenza, questo atomo emette il fotone successivo, che si muove nella stessa direzione del precedente. Questi fotoni hanno la stessa fase e polarizzazione. Ovviamente in questo caso la luce emessa viene amplificata. Un tale fenomeno può verificarsi solo in assenza di equilibrio termodinamico. Per creare radiazioni indotte, vengono utilizzati vari metodi: chimici, elettrici, gas e altri.

La stessa parola "laser" non è nata da zero. Si è formato come risultato della riduzione delle parole che descrivono l'essenza del processo. In inglese, il nome completo di questo processo suona così: "amplificazione della luce per emissione stimolata di radiazioni", che si traduce in russo come "amplificazione della luce per emissione stimolata". Scientificamente parlando, il puntatore laser è un generatore quantistico ottico.

Preparazione per la produzione

Come accennato in precedenza, puoi realizzare un laser con le tue mani a casa. Per fare ciò, prepara i seguenti strumenti, oltre a semplici oggetti, che sono quasi sempre disponibili a casa:

Questi materiali sono sufficienti per fare tutto il lavoro sulla produzione di un laser semplice e potente con le tue mani.

Autoassemblaggio del laser

Dovrai trovare un disco. La cosa principale è che il suo diodo laser è in buone condizioni. Naturalmente, potrebbe non esserci un oggetto del genere a casa. In questo caso, può essere acquistato da chi ce l'ha. Spesso le persone buttano via le unità ottiche anche se il loro diodo laser è ancora funzionante o le vende.

Scelta di un'unità per la produzione di un dispositivo laser, è necessario prestare attenzione alla società in cui è stato rilasciato. La cosa principale è che Samsung non dovrebbe essere questa azienda: le unità di questo produttore sono dotate di diodi che non sono protetti da influenze esterne. Di conseguenza, tali diodi vengono rapidamente contaminati e sottoposti a stress termico. Possono essere danneggiati anche da un leggero tocco.

Le unità LG sono più adatte per realizzare un laser: ciascuno dei loro modelli è dotato di un potente cristallo.

È importante che l'unità, se utilizzata per lo scopo previsto, possa non solo leggere, ma anche scrivere informazioni sul disco. Le stampanti di registrazione dispongono di un emettitore di infrarossi necessario per assemblare il dispositivo laser.

Il lavoro è nelle seguenti fasi:

Un puntatore laser fai-da-te pronto può facilmente tagliare i sacchetti di plastica ed esplodere istantaneamente i palloncini. Se punti questo dispositivo fatto in casa su una superficie di legno, il raggio brucerà immediatamente attraverso di essa. Durante l'uso, è necessario prestare attenzione.

Fatto a mano, utile in ogni casa.

Certo, un dispositivo fatto in casa non sarà in grado di ottenere la grande potenza che hanno i dispositivi di produzione, ma sarà comunque possibile trarne qualche beneficio nella vita di tutti i giorni.

La cosa più interessante è che puoi realizzare un laser cutter usando vecchi oggetti non necessari.

Ad esempio, l'utilizzo di un vecchio puntatore laser ti consentirà di realizzare un dispositivo laser con le tue mani.

Affinché il processo di creazione della taglierina proceda il più rapidamente possibile, è necessario preparare i seguenti elementi e strumenti:

puntatore tipo laser;
torcia ricaricabile;
un vecchio masterizzatore CD / DVD-RW, forse fuori uso: avrai bisogno di un'unità con un laser da esso;
saldatore e un set di cacciaviti.

Il processo di creazione di una taglierina con le tue mani inizia con lo smontaggio dell'unità, da dove è necessario ottenere il dispositivo.

L'estrazione deve essere eseguita con la massima attenzione possibile, mentre dovrai essere paziente e attento. Il dispositivo ha molti fili diversi con quasi la stessa struttura.

Quando si sceglie un'unità DVD, è necessario considerare che si tratta di un masterizzatore, poiché è questa opzione che consente di effettuare registrazioni utilizzando un laser.

La registrazione avviene evaporando un sottile strato di metallo dal disco.

In fase di lettura, il laser funziona a metà della sua capacità tecnica, illuminando leggermente il disco.

Nel processo di smontaggio del dispositivo di fissaggio superiore, l'occhio cadrà sul carrello con il laser, che può muoversi in diverse direzioni.

Il carrello deve essere rimosso con cura, rimuovere con cura i connettori e le viti.

Quindi puoi passare alla rimozione del diodo rosso, a causa del quale il disco viene bruciato: questo può essere fatto facilmente con le tue mani usando un saldatore elettrico. L'elemento estratto non deve essere scosso, tanto meno lasciato cadere.

Dopo che la parte principale della futura taglierina è in superficie, è necessario elaborare un piano attentamente ponderato per l'assemblaggio di una taglierina laser.

In questo caso, è necessario tenere conto dei seguenti punti: come posizionare al meglio il diodo, come collegarlo a una fonte di alimentazione, perché il diodo del dispositivo di scrittura richiede più elettricità dell'elemento principale del puntatore.

Questo problema può essere risolto in diversi modi.

Per realizzare una taglierina manuale con potenza più o meno elevata, è necessario inserire il diodo nel puntatore, quindi sostituirlo con l'elemento rimosso dall'unità DVD.

Pertanto, il puntatore laser viene smontato con la stessa attenzione dell'unità masterizzatore DVD.

L'oggetto non è attorcigliato, quindi il suo corpo è diviso in due metà. Immediatamente in superficie puoi vedere la parte che deve essere sostituita con le tue mani.

Per fare ciò, il diodo nativo del puntatore viene rimosso e sostituito con cura con uno più potente; il suo fissaggio sicuro può essere effettuato utilizzando la colla.

Potrebbe non essere possibile rimuovere immediatamente il vecchio elemento a diodo, quindi puoi raccoglierlo con cura con la punta di un coltello, quindi scuotere delicatamente il corpo del puntatore.

Nella fase successiva della produzione di una taglierina laser, è necessario creare una custodia.

A tale scopo è utile una torcia con batterie ricaricabili, che consentirà al laser cutter di ricevere energia elettrica, acquisire aspetto estetico e facilità d'uso.

Per fare ciò, è necessario introdurre una parte superiore modificata dell'ex puntatore nel corpo della torcia con le proprie mani.

Quindi è necessario collegare la ricarica al diodo, utilizzando la batteria nella torcia. È molto importante stabilire con precisione la polarità durante il processo di connessione.

Prima di assemblare la torcia, è necessario rimuovere il vetro e altri elementi non necessari del puntatore, che possono interferire con il raggio laser.

Nella fase finale, il laser cutter è pronto per l'uso.

Per un comodo lavoro manuale, tutte le fasi del lavoro sul dispositivo devono essere rigorosamente osservate.

A tal fine, è necessario verificare l'affidabilità del fissaggio di tutti gli elementi incorporati, la corretta polarità e l'uniformità dell'installazione del laser.

Quindi, se tutte le condizioni di montaggio sopra delineate nell'articolo sono state esattamente rispettate, la taglierina è pronta per l'uso.

Ma poiché un dispositivo portatile fatto in casa è dotato di bassa potenza, è improbabile che ne venga fuori un vero e proprio taglierino laser per metallo.

Ciò che un cutter sarà idealmente in grado di fare è fare dei buchi nella carta o nella pellicola trasparente.

Ma è impossibile dirigere un dispositivo laser fatto da soli verso una persona, qui il suo potere sarà sufficiente per danneggiare la salute del corpo.

Come posso amplificare un laser fatto in casa?

Per realizzare con le tue mani una taglierina laser più potente per la lavorazione dei metalli, è necessario utilizzare i dispositivi dal seguente elenco:

Unità DVD-RW, non importa se funziona o meno;
100 pF e mF - condensatori;
resistenza da 2-5 ohm;
3 pezzi batterie ricaricabili;
saldatore, fili;
lanterna in acciaio su elementi LED.

L'assemblaggio di una taglierina laser per il lavoro manuale avviene secondo lo schema seguente.

Con l'utilizzo di questi dispositivi, il driver viene assemblato e successivamente, tramite la scheda, sarà in grado di fornire una certa potenza al laser cutter.

In questo caso, in nessun caso l'alimentazione deve essere collegata direttamente al diodo, poiché il diodo si brucerà. È inoltre necessario tenere conto del fatto che il diodo non deve essere alimentato dalla tensione, ma dalla corrente.

Un corpo dotato di una lente ottica viene utilizzato come collimatore, grazie al quale i raggi si accumuleranno.

Questa parte è facile da trovare in un negozio speciale, la cosa principale è che ha una scanalatura per l'installazione di un diodo laser. Il prezzo di questo dispositivo è piccolo, circa $ 3-7.

A proposito, il laser è assemblato allo stesso modo del modello di taglierina discusso sopra.

Un filo può essere utilizzato anche come prodotto antistatico; un diodo è avvolto attorno ad esso. Successivamente, puoi procedere al layout del dispositivo driver.

Prima di procedere all'assemblaggio manuale completo della taglierina laser, è necessario verificare il funzionamento del driver.

La forza attuale viene misurata utilizzando un multimetro, per questo prendono il diodo rimanente e misurano con le proprie mani.

Tenendo conto della velocità della corrente, selezionare la sua potenza per la taglierina laser. Ad esempio, in alcune versioni di dispositivi laser, l'intensità della corrente può essere 300-350 mA.

Per altri modelli più intensivi, è 500 mA, a condizione che venga utilizzato un altro dispositivo driver.

Per rendere un laser fatto in casa più esteticamente gradevole e comodo da usare, ha bisogno di una custodia, che può essere utilizzata come una torcia in acciaio che funziona su LED.

Di norma, il dispositivo citato è dotato di dimensioni compatte che gli consentono di stare in tasca. Ma per evitare la contaminazione dell'obiettivo, è necessario acquistare o cucire una custodia con le proprie mani in anticipo.

Caratteristiche delle taglierine laser di produzione

Non tutti possono permettersi il prezzo di una taglierina laser di tipo produttivo per metallo.

Tali apparecchiature vengono utilizzate per la lavorazione e il taglio di materiali metallici.

Il principio di funzionamento di una taglierina laser si basa sulla generazione di potenti radiazioni da parte di uno strumento, dotato della proprietà di vaporizzare o soffiare via uno strato di metallo fuso.

Questa tecnologia di produzione, quando si lavora con diversi tipi di metallo, è in grado di fornire un taglio di alta qualità.

La profondità di lavorazione del materiale dipende dal tipo di macchina laser e dalle caratteristiche dei materiali lavorati.

Oggi vengono utilizzati tre tipi di laser: a stato solido, fibra e gas.

Il dispositivo degli emettitori a stato solido si basa sull'uso di tipi specifici di vetro o cristalli come mezzo di lavoro.

Si possono qui citare, a titolo di esempio, installazioni a basso costo operanti su laser a semiconduttore.

Fibra: il loro mezzo attivo funziona attraverso l'uso di fibre ottiche.

Questo tipo di dispositivo è una modifica degli emettitori a stato solido, ma secondo gli esperti, il laser a fibra sta sostituendo con successo le sue controparti nel campo della lavorazione dei metalli.

Allo stesso tempo, le fibre ottiche sono alla base non solo della taglierina, ma anche della macchina per incidere.

Gas: l'ambiente di lavoro del dispositivo laser combina anidride carbonica, azoto ed elio.

Poiché l'efficienza degli emettitori in esame non è superiore al 20%, vengono utilizzati per il taglio e la saldatura di materiali polimerici, gomma e vetro, nonché metalli con un alto grado di conducibilità termica.

Qui, ad esempio, puoi prendere una taglierina per metalli prodotta da Hans, l'uso di un dispositivo laser consente di tagliare rame, ottone e alluminio, in questo caso la potenza minima delle macchine supera solo le sue controparti.

Schema di funzionamento dell'azionamento

Solo un laser desktop può essere azionato da un'unità; questo tipo di dispositivo è una macchina console portale.

L'unità laser può muoversi lungo le guide del dispositivo sia verticalmente che orizzontalmente.

In alternativa al dispositivo a portale, è stato realizzato un modello flatbed del meccanismo, la cui taglierina si muove solo orizzontalmente.

Altre versioni esistenti di macchine laser hanno un desktop dotato di un meccanismo di azionamento e dotato della possibilità di muoversi su piani diversi.

Al momento, ci sono due opzioni per controllare il meccanismo di azionamento.

Il primo prevede il movimento del pezzo dovuto al funzionamento dell'azionamento della tavola, oppure il movimento della taglierina viene eseguito a causa del funzionamento del laser.

La seconda opzione prevede il movimento simultaneo della tavola e della taglierina.

Allo stesso tempo, il primo modello di gestione è considerato molto più semplice rispetto alla seconda opzione. Ma il secondo modello si distingue ancora per le alte prestazioni.

Una caratteristica tecnica comune ai casi considerati è la necessità di inserire un'unità CNC nel dispositivo, ma poi il prezzo per l'assemblaggio di un dispositivo per il lavoro manuale aumenterà.

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