Domač močan laser. Cenovno ugodna navodila: kako narediti laser doma iz improviziranih delov

Danes bomo govorili o tem, kako narediti svoj močan zeleni ali modri laser doma iz improviziranih materialov z lastnimi rokami. Upoštevali bomo tudi risbe, diagrame in napravo domačih laserskih kazalcev z vžigalnim žarkom in dosegom do 20 km.

Osnova laserske naprave je optični kvantni generator, ki z uporabo električne, toplotne, kemične ali druge energije proizvaja laserski žarek.

Delovanje laserja temelji na pojavu stimuliranega (induciranega) sevanja. Lasersko sevanje je lahko neprekinjeno, s konstantno močjo, ali impulzno, ki dosega izjemno visoke konične moči. Bistvo pojava je, da je vzbujeni atom sposoben oddajati foton pod vplivom drugega fotona brez njegove absorpcije, če je energija slednjega enaka razliki energij nivojev atoma pred in po emisije. V tem primeru je oddani foton koherenten s fotonom, ki je povzročil sevanje, torej je njegova natančna kopija. Tako se svetloba ojača. Ta pojav se razlikuje od spontane emisije, pri kateri imajo oddani fotoni naključne smeri širjenja, polarizacije in faze.
Verjetnost, da bo naključni foton povzročil stimulirano emisijo vzbujenega atoma, je natančno enaka verjetnosti absorpcije tega fotona z atomom v nevzbujenem stanju. Zato je za ojačanje svetlobe potrebno, da je v mediju več vzbujenih atomov kot nevzbujenih. V ravnotežnem stanju ta pogoj ni izpolnjen, zato uporabimo različni sistemičrpanje laserskega aktivnega medija (optičnega, električnega, kemičnega itd.). V nekaterih shemah se delovni element laserja uporablja kot optični ojačevalnik za sevanje iz drugega vira.

V kvantnem generatorju ni zunanjega fotonskega toka, v njem se s pomočjo različnih črpalnih virov ustvari inverzna populacija. Glede na vire obstajajo različne načinečrpanje:
optična - močna bliskavica;
izpust plina v delovni snovi (aktivni medij);
injiciranje (prenos) tokovnih nosilcev v polprevodniku v coni
p-n prehodi;
elektronsko vzbujanje (vakuumsko obsevanje čistega polprevodnika s tokom elektronov);
toplotno (ogrevanje plina z njegovim kasnejšim hitrim hlajenjem;
kemična (poraba energije kemične reakcije) in nekateri drugi.

Primarni vir nastajanja je proces spontane emisije, zato je za zagotovitev kontinuitete generiranja fotonov potrebna pozitivna povratna zveza, zaradi katere oddani fotoni povzročijo naknadna dejanja stimulirane emisije. Za to je laserski aktivni medij nameščen v optični resonator. V najpreprostejšem primeru je sestavljen iz dveh ogledal, od katerih je eno prosojno - laserski žarek skozi njega delno izstopi iz resonatorja.

Sevalni žarek, ki se odbija od ogledal, večkrat prehaja skozi resonator, kar povzroča inducirane prehode v njem. Sevanje je lahko neprekinjeno ali impulzno. Hkrati je z uporabo različnih naprav za hitro izklop in vklop povratnih informacij in s tem zmanjšanje obdobja impulza mogoče ustvariti pogoje za ustvarjanje sevanja zelo velike moči - to so tako imenovani velikanski impulzi. Ta način delovanja laserja se imenuje način Q-switched.
Laserski žarek je koherenten, enobarven, polariziran ozek žarek svetlobe. Z eno besedo, to je žarek svetlobe, ki ga ne oddajajo samo sinhroni viri, ampak tudi v zelo ozkem območju in usmerjen. Nekakšen izjemno koncentriran svetlobni tok.

Sevanje, ki ga ustvarja laser, je monokromatsko, verjetnost oddajanja fotona določene valovne dolžine je večja kot pri tesno razmaknjenem fotonu, ki je povezan s širitvijo spektralne črte, verjetnost induciranih prehodov pri tej frekvenci pa ima tudi največjo . Zato bodo postopoma v procesu generiranja fotoni določene valovne dolžine prevladovali nad vsemi drugimi fotoni. Poleg tega so zaradi posebne razporeditve ogledal v laserskem žarku shranjeni samo tisti fotoni, ki se širijo v smeri, vzporedni z optično osjo resonatorja na majhni razdalji od nje, preostali fotoni hitro zapustijo prostornino resonatorja. . Tako ima laserski žarek zelo majhen kot divergence. Končno ima laserski žarek strogo določeno polarizacijo. Za to se v resonator vnesejo različni polarizatorji, na primer lahko so ravne steklene plošče, nameščene pod Brewsterjevim kotom glede na smer širjenja laserskega žarka.

Kakšna delovna tekočina se uporablja v laserju, je odvisno od njegove delovne valovne dolžine, pa tudi od drugih lastnosti. Delovno telo se »načrpa« z energijo, da dobimo učinek inverzije elektronske populacije, ki povzroči stimulirano emisijo fotonov in učinek optičnega ojačanja. Najenostavnejša oblika optičnega resonatorja sta dve vzporedni ogledali (lahko sta tudi štiri ali več), ki se nahajata okoli delovnega telesa laserja. Spodbujeno sevanje delovnega telesa se odbije nazaj od ogledal in ponovno ojača. Do trenutka izstopa navzven se lahko val večkrat odbije.

Torej, na kratko formulirajmo pogoje, potrebne za ustvarjanje vira koherentne svetlobe:

potrebujete delovno snov z inverzno populacijo. Šele takrat je mogoče dobiti ojačanje svetlobe zaradi prisilnih prehodov;
delovno snov je treba postaviti med ogledala, ki zagotavljajo povratne informacije;
dobiček, ki ga daje delovna snov, kar pomeni, da mora biti število vzbujenih atomov ali molekul v delovni snovi večje od mejne vrednosti, ki je odvisna od odbojnega koeficienta izhodnega zrcala.

Pri načrtovanju laserjev se lahko uporabljajo naslednje vrste delovnih teles:

Tekočina. Uporablja se kot delovna tekočina, na primer v barvnih laserjih. Sestava vključuje organsko topilo(metanol, etanol ali etilen glikol), v katerem so raztopljena kemična barvila (kumarin ali rodamin). Delovna valovna dolžina tekočih laserjev je določena s konfiguracijo uporabljenih molekul barvila.

Plini. Zlasti mešanice ogljikovega dioksida, argona, kriptona ali plinov, kot v helij-neonskih laserjih. "Črpanje" energije teh laserjev se najpogosteje izvaja s pomočjo električnih razelektritev.
Trdne snovi (kristali in kozarci). Trden material takšnih delovnih teles se aktivira (legira) z dodatkom majhne količine kromovih, neodimijskih, erbijevih ali titanovih ionov. Pogosto uporabljeni kristali so itrijev aluminijev granat, itrijev litijev fluorid, safir (aluminijev oksid) in silikatno steklo. Polprevodniške laserje običajno "črpamo" z bliskavico ali drugim laserjem.

Polprevodniki. Material, v katerem lahko prehod elektronov med nivoji energije spremlja sevanje. Polprevodniški laserji so zelo kompaktni, "načrpani" električni šok, kar omogoča njihovo uporabo v gospodinjski aparati kot so CD predvajalniki.

Če želite ojačevalnik spremeniti v generator, morate organizirati povratne informacije. Pri laserjih se to doseže z namestitvijo aktivne snovi med odbojne površine (zrcala), ki tvorijo tako imenovani »odprti resonator« zaradi dejstva, da se del energije, ki jo oddaja aktivna snov, odbije od ogledal in se spet vrne nazaj. na učinkovino.

Laser uporablja optične resonatorje različne vrste- s ploščatimi ogledali, sferičnimi, kombinacijami ravnih in sferičnih itd. V optičnih votlinah, ki zagotavljajo povratno informacijo v laserju, se lahko vzbujajo le določene vrste nihanj elektromagnetno polje, ki jih imenujemo naravna nihanja ali načini resonatorja.

Za načine sta značilni frekvenca in oblika, torej prostorska porazdelitev nihanj. V resonatorju z ravnimi zrcali se pretežno vzbujajo vrste nihanj, ki ustrezajo ravnim valovom, ki se širijo vzdolž osi resonatorja. Sistem dveh vzporednih ogledal odmeva le na določenih frekvencah - in ima tudi vlogo pri laserju, ki jo ima v običajnih nizkofrekvenčnih generatorjih. nihajno vezje.

Uporaba odprtega resonatorja (namesto zaprtega - zaprta kovinska votlina - značilnost mikrovalovnega območja) je temeljna, saj je v optičnem območju resonator z dimenzijami L = ? (L je karakteristična velikost resonatorja,? je valovna dolžina) preprosto ni mogoče narediti, za L >> ? zaprt resonator izgubi svoje resonančne lastnosti, saj število možnih načinov nihanja postane tako veliko, da se prekrivajo.

Odsotnost stranskih sten znatno zmanjša število možnih vrst nihanj (način) zaradi dejstva, da valovi, ki se širijo pod kotom na os resonatorja, hitro presežejo njegove meje, in omogoča ohranjanje resonančnih lastnosti resonatorja pri L >> ?. Vendar pa resonator v laserju ne zagotavlja le povratne informacije tako, da sevanje, ki se odbije od ogledal, vrača aktivni snovi, temveč določa tudi spekter laserskega sevanja, njegove energijske značilnosti in usmerjenost sevanja.
V najpreprostejšem približku ravnega vala je resonančni pogoj v resonatorju s ploščatimi zrcali ta, da se vzdolž dolžine resonatorja prilega celo število polovičnih valov: L=q(?/2) (q je celo število), kar vodi do izraza za frekvenco tipa nihanja z indeksom q: ?q=q(C/2L). Posledično je emisijski spekter L. praviloma niz ozkih spektralnih črt, med katerimi so intervali enaki in enaki c / 2L. Število linij (komponent) za dano dolžino L je odvisno od lastnosti aktivnega medija, to je od spektra spontane emisije pri uporabljenem kvantnem prehodu, in lahko doseže nekaj deset in sto. Pod določenimi pogoji se izkaže, da je mogoče izolirati eno spektralno komponento, t.j. izvesti enomodni režim generiranja. Spektralna širina vsake od komponent je določena z izgubami energije v resonatorju in predvsem s prenosom in absorpcijo svetlobe z ogledali.

Frekvenčni profil ojačanja v delovnem mediju (določen je s širino in obliko črte delovnega medija) in niz lastnih frekvenc odprtega resonatorja. Pri odprtih resonatorjih z visokim faktorjem kakovosti, ki se uporabljajo v laserjih, se pasovna širina votline ??p, ki določa širino resonančnih krivulj posameznih načinov, in celo razdalja med sosednjimi načini ??h, izkaže za manjšo od ojačanja širina črte ??h in celo pri plinskih laserjih, kjer je širitev črte minimalna. Zato v ojačevalno vezje pade več vrst nihanj resonatorja.

Tako ni nujno, da laser generira na eni frekvenci, pogosteje, nasprotno, generiranje poteka hkrati pri več vrstah nihanj, za kateri dobiček? več izgub v resonatorju. Da bi laser deloval na eni frekvenci (v enofrekvenčnem načinu), je običajno treba sprejeti posebne ukrepe (na primer povečati izgube, kot je prikazano na sliki 3) ali spremeniti razdaljo med ogledali tako, da samo ena moda. Ker je v optiki, kot je navedeno zgoraj, ?h > ?p in je frekvenca generiranja v laserju določena v glavnem s frekvenco resonatorja, je treba resonator stabilizirati, da ohranimo generacijsko frekvenco stabilno. Torej, če dobiček v delovni snovi pokrije izgube v resonatorju za določene vrste nihanj, pride do generiranja na njih. Seme za njegov nastanek, kot pri vsakem generatorju, je hrup, ki je spontana emisija v laserjih.
Da bi aktivni medij oddajal koherentno monokromatsko svetlobo, je treba uvesti povratno informacijo, to je del sevanja, ki ga ta medij oddaja. svetlobni tok pošlje nazaj v medij za stimulirano emisijo. Pozitivna povratna informacija se izvaja z optičnimi resonatorji, ki sta v osnovni različici dve koaksialni (vzporedni in vzdolž iste osi) ogledali, od katerih je eno prosojno, drugo pa "gluho", torej popolnoma odbija svetlobni tok. Delovna snov (aktivni medij), v kateri nastane inverzna populacija, je nameščena med ogledala. Skozi prehaja stimulirana emisija aktivno okolje, se ojača, odbije od zrcala, ponovno preide skozi medij in se dodatno ojača. Skozi prosojno zrcalo se del sevanja odda v zunanji medij, del pa se odbije nazaj v medij in ponovno ojača. Pod določenimi pogoji bo fotonski tok znotraj delovne snovi začel rasti kot plaz in začela se bo generacija monokromatske koherentne svetlobe.

Načelo delovanja optičnega resonatorja, prevladujoče število delcev delovne snovi, ki jih predstavljajo svetlobni krogi, je v osnovnem stanju, torej na nižji energijski ravni. Samo ne veliko število delci, ki jih predstavljajo temni krogi, so v elektronsko vzbujenem stanju. Ko je delovna snov izpostavljena črpalnemu viru, glavno število delcev preide v vzbujeno stanje (število temnih krogov se je povečalo) in ustvari se inverzna populacija. Nadalje (slika 2c) se pojavi spontana emisija nekaterih delcev v elektronsko vzbujenem stanju. Sevanje, usmerjeno pod kotom na os resonatorja, bo zapustilo delovno snov in resonator. Sevanje, usmerjeno vzdolž osi resonatorja, se bo približalo zrcalni površini.

Pri polprosojnem zrcalu bo del sevanja skozi njega prešel v okolje, del pa se bo odbil in ponovno usmeril v delovno snov, pri čemer bodo delci v vzbujenem stanju vključeni v proces stimulirane emisije.

Pri "gluhem" zrcalu se bo celoten tok žarkov odbil in ponovno prešel skozi delovno snov, kar bo povzročilo sevanje vseh preostalih vzbujenih delcev, kar odraža situacijo, ko so vsi vzbujeni delci opustili shranjeno energijo in na izhodu resonatorja, na strani polprozornega zrcala, je nastal močan tok induciranega sevanja.

Glavni strukturni elementi laserjev vključujejo delovno snov z določenimi energijskimi nivoji njihovih sestavnih atomov in molekul, vir črpalke, ki ustvarja inverzno populacijo v delovni snovi, in optični resonator. Obstaja veliko različnih laserjev, vendar imajo vsi enake in poleg tega preproste diagram vezja naprava, ki je prikazana na sl. 3.

Izjema so polprevodniški laserji zaradi svoje specifičnosti, saj imajo vse posebno: fiziko procesov, metode črpanja in zasnovo. Polprevodniki so kristalne tvorbe. V ločenem atomu ima energija elektrona strogo določene diskretne vrednosti, zato so energijska stanja elektrona v atomu opisana z nivoji. V polprevodniškem kristalu energijske ravni tvorijo energijske pasove. V čistem polprevodniku, ki ne vsebuje nobenih nečistoč, obstajata dva pasova: tako imenovani valenčni pas in prevodni pas, ki se nahaja nad njim (na energijski lestvici).

Med njimi je vrzel prepovedanih energijskih vrednosti, ki se imenuje pasovna vrzel. Pri temperaturi polprevodnika, ki je enaka absolutni ničli, mora biti valenčni pas popolnoma napolnjen z elektroni, prevodni pas pa prazen. V realnih pogojih je temperatura vedno nad absolutno ničlo. Toda zvišanje temperature vodi do toplotnega vzbujanja elektronov, nekateri od njih skočijo iz valenčnega pasu v prevodni pas.

Kot rezultat tega procesa se v prevodnem pasu pojavi določeno (sorazmerno majhno) število elektronov, v valenčnem pasu pa bo manjkalo ustrezno število elektronov, dokler se popolnoma ne napolni. Prosto mesto elektronov v valenčnem pasu je predstavljeno s pozitivno nabitim delcem, ki se imenuje luknja. Kvantni prehod elektrona skozi pasovno vrzel od spodaj navzgor se obravnava kot proces ustvarjanja para elektron-luknja, pri čemer so elektroni koncentrirani na spodnjem robu prevodnega pasu, luknje pa na zgornjem robu valenčnega pasu. Prehodi skozi prepovedano območje so možni ne le od spodaj navzgor, ampak tudi od zgoraj navzdol. Ta proces se imenuje rekombinacija elektron-luknja.

Ko se čisti polprevodnik obseva s svetlobo, katere energija fotona nekoliko presega pasovno vrzel, se lahko v polprevodniškem kristalu pojavijo tri vrste interakcije svetlobe s snovjo: absorpcija, spontana emisija in stimulirana emisija svetlobe. Prva vrsta interakcije je možna, ko foton absorbira elektron, ki se nahaja blizu zgornjega roba valenčnega pasu. V tem primeru bo energijska moč elektrona postala zadostna za premagovanje pasovne vrzeli in bo opravil kvantni prehod v prevodni pas. Spontano oddajanje svetlobe je možno, ko se elektron spontano vrne iz prevodnega pasu v valenčni pas z emisijo energijskega kvanta – fotona. Zunanje sevanje lahko sproži prehod v valenčni pas elektrona, ki se nahaja blizu spodnjega roba prevodnega pasu. Rezultat te tretje vrste interakcije svetlobe s snovjo polprevodnika bo rojstvo sekundarnega fotona, ki je po svojih parametrih in smeri gibanja enak fotonu, ki je sprožil prehod.

Za ustvarjanje laserskega sevanja je potrebno ustvariti inverzno populacijo "delovnih ravni" v polprevodniku - ustvariti dovolj visoko koncentracijo elektronov na spodnjem robu prevodnega pasu in s tem visoko koncentracijo lukenj na robu valenčnega pasu. Za te namene čisti polprevodniški laserji običajno uporabljajo črpanje z elektronskim žarkom.

Zrcala resonatorja so polirani robovi polprevodniškega kristala. Pomanjkljivost takšnih laserjev je, da mnogi polprevodniški materiali generirajo lasersko sevanje le pri zelo visoki nizke temperature, bombardiranje polprevodniških kristalov s tokom elektronov pa povzroči njegovo močno segrevanje. To zahteva dodatne hladilne naprave, kar oteži zasnovo aparata in poveča njegove dimenzije.

Lastnosti dopiranih polprevodnikov se bistveno razlikujejo od lastnosti nedopiranih, čistih polprevodnikov. To je posledica dejstva, da atomi nekaterih nečistoč zlahka darujejo enega od svojih elektronov v prevodni pas. Te nečistoče imenujemo donorske nečistoče, polprevodnik s takšnimi nečistočami pa n-polprevodnik. Atomi drugih nečistoč, nasprotno, ujamejo en elektron iz valenčnega pasu in takšne nečistoče so akceptorji, polprevodnik s takšnimi nečistočami pa je p-polprevodnik. Raven energije atomi nečistoč se nahajajo znotraj pasovne vrzeli: za n-polprevodnike, nedaleč od spodnjega roba prevodnega pasu, za f-polprevodnike, blizu zgornjega roba valenčnega pasu.

Če na tem področju ustvariti električna napetost tako da je na strani p-polprevodnika pozitiven pol, na strani p-polprevodnika pa negativni pol, nato pa pod delovanjem električno polje elektroni iz n-polprevodnika in luknje iz n-polprevodnika se bodo premaknili (vbrizgali) v r-p območje- prehod.

Med rekombinacijo elektronov in lukenj se bodo oddajali fotoni, ob prisotnosti optičnega resonatorja pa je možno ustvarjanje laserskega sevanja.

Zrcala optičnega resonatorja so polirane površine polprevodniškega kristala, usmerjene pravokotno p-p ravnino- prehod. Za takšne laserje je značilna miniaturizacija, saj so dimenzije polprevodniškega aktivnega elementa lahko približno 1 mm.

Odvisno od obravnavane značilnosti so vsi laserji razdeljeni na naslednji način).

Prvi znak. Običajno je razlikovati med laserskimi ojačevalniki in generatorji. V ojačevalnikih se na vhod dovaja šibko lasersko sevanje, na izhodu pa se ustrezno ojača. V generatorjih ni zunanjega sevanja, nastaja v delovni snovi zaradi njenega vzbujanja s pomočjo različnih virov črpalke. Vse medicinske laserske naprave so generatorji.

Drugi znak je fizikalno stanje delovne snovi. V skladu s tem so laserji razdeljeni na trdne (rubin, safir itd.), plinske (helij-neon, helij-kadmij, argon, ogljikov dioksid itd.), Tekoče (tekoči dielektrik z nečistočami delovnih atomov redkih zemeljske kovine) in polprevodnike (arzenid-galij, arzenid-fosfid-galij, selenid-svinec itd.).

Metoda vzbujanja delovne snovi je tretja zaščitni znak laserji. Glede na vir vzbujanja so laserji z optičnim črpanjem, s črpanjem zaradi plinskega razelektritve, elektronskim vzbujanjem, vbrizgavanjem nosilca naboja, s toplotnim, kemičnim črpanjem in nekateri drugi.

Emisijski spekter laserja je naslednji znak razvrstitve. Če je sevanje koncentrirano v ozkem območju valovnih dolžin, je običajno, da je laser monokromatski in je v njegovih tehničnih podatkih navedena določena valovna dolžina; če je v širokem območju, potem je treba laser šteti za širokopasovnega in navesti območje valovne dolžine.

Glede na naravo oddane energije ločimo impulzne laserje in laserje z neprekinjenimi valovi. Ne smemo zamenjevati konceptov impulznega laserja in laserja s frekvenčno modulacijo neprekinjenega sevanja, saj v drugem primeru dobimo pravzaprav diskontinuirano sevanje različnih frekvenc. Impulzni laserji imajo v posameznem impulzu visoko moč, ki doseže 10 W, medtem ko je njihova povprečna impulzna moč, določena z ustreznimi formulami, relativno nizka. Pri neprekinjenih laserjih s frekvenčno modulacijo je moč v tako imenovanem impulzu nižja od moči neprekinjenega sevanja.

Glede na povprečno izhodno moč sevanja (naslednja klasifikacijska značilnost) se laserji delijo na:

visokoenergijska (ustvarjena moč sevanja gostote pretoka na površini predmeta ali biološkega predmeta - več kot 10 W/cm2);

srednjeenergijska (ustvarjena moč sevanja gostote pretoka - od 0,4 do 10 W / cm2);

nizkoenergijski (ustvarjena moč sevanja gostote pretoka - manj kot 0,4 W/cm2).

Mehka (ustvarjena energijska izpostavljenost - E ali gostota pretoka moči na obsevani površini - do 4 mW/cm2);

povprečje (E - od 4 do 30 mW / cm2);

trdo (E - več kot 30 mW / cm2).

V skladu z " Sanitarni standardi in pravila za načrtovanje in delovanje laserjev št. 5804-91 "glede na stopnjo nevarnosti ustvarjenega sevanja za servisno osebje laserji so razdeljeni v štiri razrede.

Laserji prvega razreda so tehnične naprave, katerega izhodno kolimirano (vsebovano v omejenem trdnem kotu) sevanje ne predstavlja nevarnosti, če se obseva za oči in kožo osebe.

Laserji drugega razreda so naprave, katerih izhodno sevanje je nevarno, če so izpostavljeni očem z neposrednim in zrcalno odbitim sevanjem.

Laserji tretjega razreda so naprave, katerih izhodno sevanje je nevarno, če so oči izpostavljene neposrednemu in zrcalno odbitemu, pa tudi difuzno odbitemu sevanju na razdalji 10 cm od difuzno odbojne površine in (ali) kadar je koža izpostavljena na neposredno in zrcalno odbito sevanje.

Laserji razreda 4 so naprave, katerih izhodno sevanje je nevarno, če je koža izpostavljena difuzno odbitemu sevanju na razdalji 10 cm od difuzno odbojne površine.

Natančno rezanje kovine ni lahka naloga. Uporabljajo se rezkalniki, plazma rezkarji, rezkarji z vodnim curkom.

V zadnjem času je postala možna uporaba znanstveni razvoj v industriji in tudi v vsakdanjem življenju, laserski rezalnik za kovino pa se je iz fantastičnega pripomočka spremenil v običajno orodje, ki ga je mogoče kupiti. Vključno za osebno uporabo.

Cena industrijska oprema presega zdrav razum. Toda pri določenih količinah komercialne uporabe je nakup možen. Če območje obdelave ne presega 0,5 m krat 1 m, je povsem mogoče izpolniti 100 tisoč rubljev. To je pravi znesek za majhno kovinarsko delavnico.

Namestitev laserskega rezanja kovine - načelo delovanja

Ne govorimo o hiperboloidnem inženirju Garinu, pustimo to temo za znanstveno fantastiko. Dimenzije oddajnika in njegova moč so še vedno nepremostljiva ovira pri ustvarjanju prenosnih bojnih laserjev oz. rezalno orodje na podlagi njih.

Industrijske naprave za ročno uporabo pravzaprav niso ročne naprave. Sama instalacija je stacionarna in dovaja energijo laserskega žarka na rezalno glavo z uporabo optičnega vlakna. Da, in zaščita operaterja bi morala biti na ravni astronavta ali, v najslabšem primeru, jeklarja.

Pomembno! Kogar koli, tudi malo močan laser, če je nenadzorovano vklopljen, lahko povzroči požar, resne telesne poškodbe in materialno škodo.

Preden začnete izdelovati laser z lastnimi rokami za rezanje kovine in še bolj za poskusno vožnjo, poskrbite za varnostne ukrepe in zaščito oči.Žarek, ki se odbija od kovine, ima tudi uničevalno moč.

Načelo delovanja

Laserski žarek povzroči točkovno pregrevanje materiala, ki se obdeluje, kar vodi do taljenja in s podaljšano izpostavljenostjo izhlapevanju kovine. Slednja možnost je bolj primerna za uničenje, saj je šiv pridobljen z nazobčanimi robovi. Da, in kovinski hlapi se odlagajo na elemente stroja, zlasti na optiko. To skrajša življenjsko dobo.

Izdelava močnega gorečega laserja z lastnimi rokami je preprosta naloga, vendar bo poleg sposobnosti uporabe spajkalnika potrebna skrb in natančnost pristopa. Takoj je treba opozoriti, da tukaj ni potrebno globoko poznavanje elektrotehnike, napravo pa lahko izdelate tudi doma. Glavna stvar pri delu je upoštevanje varnostnih ukrepov, saj je izpostavljenost laserskemu žarku škodljiva za oči in kožo.

Laser je nevarna igrača, ki je lahko zdravju škodljiva, če se uporablja neprevidno. Ne usmerjajte laserja v ljudi ali živali!

Kaj bo potrebno?

Vsak laser lahko razdelimo na več komponent:

• oddajnik svetlobnega toka;
• optika;
• vir energije;
• trenutni stabilizator moči (gonilnik).

Za izdelavo močnega domačega laserja boste morali vse te komponente upoštevati ločeno. Najbolj praktičen in enostaven za montažo je laser na osnovi laserske diode, ki ga bomo obravnavali v tem članku.

Kje lahko dobim diodo za laser?

Delovno telo katerega koli laserja je laserska dioda. Kupite ga lahko v skoraj kateri koli radijski trgovini ali pa ga dobite z nedelujočega CD pogona. Dejstvo je, da je nedelovanje pogona redko povezano z okvaro laserske diode. Če imate na voljo pokvarjen pogon, lahko dodatni stroški dobite želeni predmet. Vendar morate upoštevati, da so njegova vrsta in lastnosti odvisne od spremembe pogona.

Najšibkejši laser, ki deluje v infrardečem območju, je nameščen v pogone CD-ROM. Njegova moč zadostuje le za branje CD-jev, žarek pa je skoraj neviden in ne more prežgati predmetov. CD-RW ima močnejšo lasersko diodo, primerno za zapisovanje in ocenjeno za isto valovno dolžino. Velja za najnevarnejšega, saj oddaja žarek v očesu nevidnem spektru.

DVD-ROM pogon je opremljen z dvema šibkima laserskima diodama, ki imata dovolj energije le za branje CD-jev in DVD diski. DVD-RW zapisovalnik ima visoko zmogljiv rdeči laser. Njegov žarek je viden pri kateri koli svetlobi in lahko zlahka vžge nekatere predmete.

BD-ROM ima vijolični ali modri laser, ki je po parametrih podoben dvojniku DVD-ROM. Od zapisovalnikov BD-RE lahko dobite najmočnejšo lasersko diodo s čudovitim vijoličnim ali modrim žarkom, ki lahko gori. Vendar je precej težko najti takšen pogon za razstavljanje in delovna naprava to je drago.

Najprimernejša je laserska dioda, vzeta iz zapisovalnega pogona DVD-RW diski. Najkakovostnejše laserske diode so nameščene v pogone LG, Sony in Samsung.

Višja je hitrost DVD snemanje pogon, močnejša je laserska dioda, ki je nameščena vanj.

Demontaža pogona

Ko je pogon pred njimi, je najprej treba odstraniti zgornji pokrov tako, da odvijete 4 vijake. Nato se odstrani premični mehanizem, ki se nahaja na sredini in je s gibljivim kablom povezan s tiskanim vezjem. Naslednja tarča je laserska dioda, zanesljivo vtisnjena v radiator iz aluminija ali duraluminijeve zlitine. Pred demontažo je priporočljivo zagotoviti zaščito pred statično elektriko. Da bi to naredili, so kabli laserske diode spajkani ali zaviti s tanko bakreno žico.

Nadalje sta možni dve možnosti. Prvi vključuje delovanje končnega laserja v obliki stacionarne namestitve skupaj s standardnim radiatorjem. Druga možnost je, da napravo sestavite v ohišje prenosne svetilke ali laserskega kazalca. V tem primeru boste morali uporabiti silo, da pregriznete ali prerežete radiator, ne da bi poškodovali sevalni element.

voznik

Napajanje laserja je treba vzeti odgovorno. Tako kot pri LED diodah mora biti to vir konstantnega toka. Na internetu je veliko vezij, ki jih napaja baterija ali baterija prek omejevalnega upora. Zadostnost takšne rešitve je dvomljiva, saj se napetost na bateriji ali bateriji razlikuje glede na stopnjo napolnjenosti. V skladu s tem bo tok, ki teče skozi oddajno diodo laserja, močno odstopal od nominalna vrednost. Posledično naprava pri nizkih tokovih ne bo delovala učinkovito, pri visokih tokovih pa bo povzročilo hitro zmanjšanje intenzivnosti njenega sevanja.

Najboljša možnost je uporaba najpreprostejšega tokovnega stabilizatorja, zgrajenega na osnovi. To mikrovezje spada v kategorijo univerzalnih integriranih stabilizatorjev z zmožnostjo samostojno nalogo izhodni tok in napetost. Mikrovezje deluje v širokem razponu vhodnih napetosti: od 3 do 40 voltov.

Analog LM317 je domači čip KR142EN12.

Za prvi laboratorijski poskus primerno vezje spodaj. Izračun edinega upora v vezju se izvede po formuli: R = I / 1,25, kjer je I nazivni laserski tok (referenčna vrednost).

Včasih sta na izhodu stabilizatorja vzporedno z diodo nameščena polarni kondenzator 2200 uFx16 V in nepolarni kondenzator 0,1 uF. Njihovo sodelovanje je upravičeno v primeru dovajanja napetosti na vhod iz stacionarnega napajalnika, ki lahko zamudi nepomembno spremenljivo komponento in impulzni šum. Eno od teh vezij, ki je zasnovano za napajanje z baterijo Krona ali majhno baterijo, je predstavljeno spodaj.

Na diagramu je prikazana približna vrednost upora R1. Za natančen izračun morate uporabiti zgornjo formulo.

Po zbiranju žični diagram, lahko naredite predhodno vključitev in kot dokaz delovanja vezja opazujete svetlo rdečo razpršeno svetlobo oddajne diode. Ko smo izmerili njegov dejanski tok in temperaturo ohišja, je vredno razmisliti o potrebi po namestitvi radiatorja. Če se bo laser uporabljal v stacionarni napeljavi pri velikih tokovih dolgo časa, potem je treba zagotoviti pasivno hlajenje. Zdaj, da bi dosegli cilj, je ostalo zelo malo: osredotočiti se in dobiti ozek žarek velike moči.

Optika

V znanstvenem smislu je čas za izdelavo preprostega kolimatorja, naprave za pridobivanje žarkov vzporednih svetlobnih snopov. Idealna možnost za ta namen bi bil standardni objektiv, vzet iz pogona. Z njegovo pomočjo lahko dobite dokaj tanek laserski žarek s premerom približno 1 mm. Količina energije takšnega žarka je dovolj, da v nekaj sekundah prežge papir, tkanino in karton, stopi plastiko in sežge les. Če fokusirate tanjši žarek, lahko ta laser reže vezan les in pleksi steklo. Toda objektiv je zaradi majhne goriščne razdalje precej težko prilagoditi in varno pritrditi s pogona.

Veliko lažje je zgraditi kolimator na osnovi laserskega kazalca. Poleg tega je v ohišje mogoče namestiti gonilnik in majhno baterijo. Izhod bo žarek s premerom približno 1,5 mm manjšega gorenja. V meglenem vremenu ali ob močnem sneženju je mogoče opazovati neverjetne svetlobne učinke z usmerjanjem svetlobnega toka v nebo.

Preko spletne trgovine lahko kupite že pripravljen kolimator, posebej zasnovan za montažo in nastavitev laserja. Njegovo telo bo služilo kot radiator. Če poznate dimenzije vseh komponent naprave, lahko kupite poceni LED svetilko in uporabite njeno telo.

Za zaključek bi rad dodal nekaj stavkov o nevarnostih laserskega sevanja. Prvič, nikoli ne usmerjajte laserskega žarka v oči ljudi ali živali. To vodi do hude okvare vida. Drugič, med eksperimentiranjem z rdečim laserjem nosite zelena očala. Preprečujejo prehod večine rdeče komponente spektra. Količina svetlobe, ki prehaja skozi očala, je odvisna od valovne dolžine sevanja. Poglejte laserski žarek s strani brez zaščitna oprema dovoljeno le za kratek čas. V nasprotnem primeru se lahko pojavijo bolečine v očeh.

Preberite tudi

Beseda "laser" ali "laser" je okrajšava za "ojačanje svetlobe s stimulirano emisijo sevanja". V ruščini: - "ojačanje svetlobe s stimulirano emisijo" ali optični kvantni generator. Prvi laser, ki je kot resonator uporabljal srebrno prevlečen rubinasti cilinder, je leta 1960 razvil Hughes Research Laboratories v Kaliforniji. .Danes se laserji uporabljajo za različne namene, od merjenja različnih količin do branja kodiranih podatkov. Obstaja več načinov za izdelavo laserja, odvisno od vašega proračuna in spretnosti.

Koraki

1. del

Razumevanje delovanja laserja

Za delovanje laser potrebuje vir energije. Laserji delujejo z vzbujanjem elektronov v aktivnem mediju laserja zunanji vir energije in jih spodbuditi, da oddajajo svetlobo določene valovne dolžine. Ta postopek je leta 1917 prvič predlagal Albert Einstein. Da elektroni (v atomih aktivnega medija laserja) oddajajo svetlobo, morajo najprej absorbirati energijo tako, da se premaknejo v višjo orbito, nato pa to energijo oddajo v obliki delca svetlobe, ko se vrnejo v originalna orbita. Ta način vnosa energije v laserski aktivni medij se imenuje "črpanje".

Kanalsko prehajanje energije skozi aktivni (ojačevalni) medij. Ojačevalni medij ali aktivni laserski medij poveča intenzivnost svetlobe zaradi inducirane (prisilne) emisije, ki jo oddajajo elektroni. Ojačevalni medij je lahko katera koli struktura ali snov, navedena spodaj:

Namestitev ogledal za zadrževanje svetlobe v laserju. Ogledala ali resonatorji zadržujejo svetlobo v delovni komori laserja, dokler se ne nabere želena raven energije, ki se oddaja skozi majhno luknjo v enem od ogledal ali skozi lečo.

• Najpreprostejši resonator ali "linearni resonator" uporablja dve ogledali, nameščeni na nasprotnih straneh laserske delovne komore, da ustvari en izhodni žarek.
• Bolj zapleten "obročni resonator" uporablja tri ali več ogledal. Ustvari lahko več žarkov ali en žarek z optičnim izolatorjem.

1. Uporaba fokusne leče za usmerjanje svetlobe skozi ojačevalni medij. Poleg ogledal leča pomaga pri koncentraciji in usmerjanju svetlobe, tako da ojačevalni medij prejme čim več svetlobe.

2. del

Konstrukcija laserja

Prva metoda: izdelava laserja iz kompleta

Nakup. Kupite lahko v trgovini z elektroniko ali na spletu kupite "laserski komplet", "laserski komplet", "laserski modul" ali "lasersko diodo". Laserski komplet mora vsebovati naslednje:

• Shema gonilnika. Včasih se prodaja ločeno od drugih komponent. Izberite gonilnik, ki vam bo omogočil regulacijo toka.
• laserska dioda.
• Nastavitvena leča je lahko steklena ali plastična. Običajno sta dioda in leča združeni v majhni cevi. Te komponente se včasih prodajajo ločeno brez gonilnika.

1. Sestavljanje gonilnega vezja. Veliko laserskih kompletov se prodaja z nesestavljenim gonilnikom. Ti kompleti vključujejo PCB in sorodne dele, ki jih morate spajkati v skladu s priloženim diagramom. Nekateri kompleti imajo morda sestavljen gonilnik.

   Krmilno enoto priključite na lasersko diodo.Če imate digitalni multimeter, ga lahko vključite v diodno vezje za spremljanje toka. Večina laserskih diod ima tok v območju od 30 do 250 miliamperov (mA). Razpon toka od 100 do 150 mA bo dal dokaj močan žarek.

   • Laserski diodi lahko dodate več toka, da dobite močnejši žarek, vendar bo dodatni tok skrajšal življenjsko dobo ali celo izgorel diodo.

2. Priključite napajalnik ali baterijo v vezje gonilnika. Laserska dioda mora močno svetiti.

3. Zavrtite lečo, da izostrite laserski žarek. Usmerite ga na steno in se osredotočite, dokler se ne pojavi lepa svetla točka.

   • Ko ste lečo nastavili na ta način, postavite vžigalico v linijo z žarkom in obračajte lečo, dokler ne vidite, da se glava vžigalice začne kaditi. Poskusite lahko tudi pop Baloni ali zažge luknje v papirju.

Drugi način: Izdelava diodnega laserja iz starega pogona DVD ali Blu-Ray

1. Pridobite star DVD ali Blu-ray zapisovalnik ali pogon. Izberite naprave s 16-kratno hitrostjo zapisovanja ali več. Te naprave imajo laserske diode z izhodno močjo 150 mW ali več.

   • DVD pogon ima rdečo lasersko diodo z valovno dolžino 650nm.
   • Blu-ray pogon ima modro lasersko diodo z valovno dolžino 405 nm.
   • Pogon DVD mora biti v dovolj dobrem stanju za zapisovanje diskov, čeprav ne nujno uspešno. Z drugimi besedami, njena dioda mora biti dobra.
   • Ne poskušajte namesto DVD zapisovalnika uporabiti bralnik DVD-jev, čitalnik CD-jev in zapisovalnik. Čitalnik DVD-jev ima rdečo diodo, vendar ni tako močan kot zapisovalnik DVD-jev. Laserska dioda v zapisovalniku CD je precej močna, vendar oddaja svetlobo v infrardečem območju in dobili boste žarek, ki ni viden očesu.

2. Odstranitev laserske diode iz pogona. Obrnite pogon na glavo. Videli boste vijake, ki jih boste morali odstraniti, preden lahko ločite pogonski mehanizem in izvlečete diodo.

   • Ko razstavite pogon, boste videli par kovinskih tirnic, pritrjenih z vijaki. Podpirajo laserski komplet. Odvijte vodila, da jih odstranite. Odstranite laserski komplet.
   • Laserska dioda je manjša od penija. Ima tri kovinske kontakte v obliki nog. Lahko se postavi v kovinsko lupino z zaščitnim prozornim okencem ali brez okna, lahko pa se ne zapre z ničemer.
   • Diodo morate izvleči iz laserske glave. Morda bo lažje najprej odstraniti hladilnik iz sklopa, preden poskusite odstraniti diodo. Če imate antistatični trak za zapestje, ga uporabite med odstranjevanjem diode.
   • Z lasersko diodo ravnajte previdno, še posebej, če gre za nezaščiteno diodo. Če imate antistatično posodo, postavite diodo vanjo, dokler ne začnete sestavljati laserja.

3. Pripravite objektiv za ostrenje. Za uporabo kot laserja boste morali žarek diode prenesti skozi objektiv za ostrenje. To lahko storite na enega od dveh načinov:

   • Uporaba povečevalnega stekla kot fokusne leče. Zavrtite lečo, da najdete Pravo mesto za proizvodnjo fokusiranega laserskega žarka. Če je potrebno, bo to treba storiti vsakič pred uporabo laserja.
   • Kupite lasersko diodo z nizko močjo, na primer 5mW lasersko diodo z lečo in cevjo. Nato ga zamenjajte z lasersko diodo iz zapisovalnika DVD.

Ko notri gospodinjstvo treba je rezati kovinsko pločevino, potem ne morete brez laserskega rezalnika, sestavljenega z lastnimi rokami.

Drugo življenje preprostih stvari

Domači mojster bo vedno našel uporabo tudi za tiste stvari, ki so postale neuporabne. Tako lahko stari laserski kazalec najde drugo življenje in se spremeni v laserski rezalnik. Da bi to idejo uresničili, boste potrebovali:

1. Laserski kazalec.
2. Svetilka.
3. Baterije (bolje je vzeti baterije za ponovno polnjenje).
4. Zapisovalnik CD/DVD-RW s pogonom z delujočim laserjem.
5. Spajkalnik.
6. Izvijači v kompletu.

Delo se začne z odstranitvijo laserskega rezalnika iz pogona. To je mukotrpno delo, ki zahteva največjo pozornost. Pri odstranjevanju zgornjih pritrdilnih elementov lahko naletite na voziček z vgrajenim laserjem. Lahko se premika v dveh smereh. Nosilec je treba odstraniti posebno previdno, previdno odstraniti vse snemljive naprave in vijake. Nato morate odstraniti rdečo diodo, ki gori. To delo je mogoče opraviti s spajkalnikom. Treba je opozoriti, da ta pomembna podrobnost zahteva večjo pozornost. Ni priporočljivo, da ga stresete ali spustite.

Za povečanje moči laserskega rezalnika v pripravljenem kazalcu je potrebno zamenjati "domačo" diodo s tisto, ki je bila odstranjena iz snemalnika.

Kazalec je treba dosledno in previdno razstaviti. Razvije se in razcepi na koščke. Del, ki ga je treba zamenjati, se nahaja na vrhu. Če ga je težko odstraniti, si lahko pomagate z nožem, rahlo pretresite kazalec. Namesto "domače" diode je nameščena nova. Lahko ga popravite z lepilom.

Naslednja faza dela je gradnja nove stavbe. Tu pride prav stara svetilka. Zahvaljujoč njemu bo priročno uporabljati nov laser, ga priključite na napajanje. Izboljšan končni del kazalca je nameščen v ohišju svetilke. Nato se napajanje priključi na diodo iz baterij. Pri povezovanju je zelo pomembno, da pravilno nastavite polarnost. Pred sestavljanjem svetilke morate odstraniti steklo in preostale dele kazalca, tako da nič ne ovira neposredne poti laserskega žarka.

Pred uporabo sestavljene enote z lastnimi rokami je treba še enkrat preveriti, ali je laser trdno pritrjen in enakomerno nameščen, ali je polarnost žic pravilno priključena.

Če je vse opravljeno pravilno, lahko napravo uporabljate. Težko bo delati na kovini, saj ima naprava malo moči, vendar je povsem mogoče prežgati papir, polietilen ali kaj podobnega.

Nazaj na kazalo

napredni model

Lahko izdelate močnejši domači laserski rezalnik. Za delo morate pripraviti:

1. Snemalnik CD/DVD-RW (lahko se uporabi nedelujoči model).
2. Upori 2-5 Ohm.
3. baterije.
4. Kondenzatorji 100 pF in 100 mF.
5. Žica.
6. Spajkalnik.
7. kolimator.
8. LED svetilka v jeklenem ohišju.

Iz teh komponent je sestavljen gonilnik, ki bo rezkarju zagotovil potrebno moč skozi ploščo. Ne smemo pozabiti, da vir toka ni neposredno povezan z diodo. V nasprotnem primeru bo popolnoma propadal. Napajanje lahko priključite samo prek predstikalnega upora.

Telo z lečo deluje kot kolimator. Ona bo zbrala žarke v en sam žarek. Ta del je mogoče kupiti v specializirani trgovini. Detajl je dober, saj zagotavlja vtičnico za montažo laserske diode.

Ta laser je izdelan na enak način kot prejšnji model. Med delom je potrebno uporabiti antistatične zapestnice, ki vam omogočajo, da odstranite statično napetost z laserske diode. Če takšnih zapestnic ni mogoče kupiti, lahko uporabite tanko žico, ki jo je treba naviti okoli diode. Nato lahko nadaljujete z izdelavo gonilnika.