Hemmagjord kraftfull laser. Prisvärda instruktioner: hur man gör en laser hemma från improviserade delar

Idag kommer vi att prata om hur du gör din egen kraftfulla gröna eller blå laser hemma från improviserade material med dina egna händer. Vi kommer också att överväga ritningar, diagram och enheten för hemmagjorda laserpekare med en tändstråle och en räckvidd på upp till 20 km.

Basen för laseranordningen är en optisk kvantgenerator, som med hjälp av elektrisk, termisk, kemisk eller annan energi producerar en laserstråle.

En lasers funktion är baserad på fenomenet stimulerad (inducerad) strålning. Laserstrålning kan vara kontinuerlig, med konstant effekt, eller pulsad och nå extremt höga toppeffekter. Kärnan i fenomenet är att en exciterad atom kan avge en foton under påverkan av en annan foton utan dess absorption, om den senares energi är lika med skillnaden i energierna för atomens nivåer före och efter strålning. I det här fallet är den emitterade fotonen koherent till fotonen som orsakade strålningen, det vill säga det är dess exakta kopia. Så förstärks ljuset. Detta fenomen skiljer sig från spontan emission, där de emitterade fotonerna har slumpmässiga utbredningsriktningar, polarisation och fas.
Sannolikheten att en slumpmässig foton kommer att orsaka stimulerad emission av en exciterad atom är exakt lika med sannolikheten för absorption av denna foton av en atom i ett oexciterat tillstånd. För att förstärka ljus är det därför nödvändigt att det finns fler exciterade atomer i mediet än oexciterade. I tillståndet av jämvikt är detta villkor inte uppfyllt, så vi använder olika system pumpning av det laseraktiva mediet (optiskt, elektriskt, kemiskt, etc.). I vissa scheman används laserns arbetselement som en optisk förstärkare för strålning från en annan källa.

Det finns inget externt fotonflöde i en kvantgenerator, den omvända populationen skapas inuti den med hjälp av olika pumpkällor. Beroende på källorna finns det olika sätt pumpa:
optisk - kraftfull blixtlampa;
gasutsläpp i arbetsämnet (aktivt medium);
injektion (överföring) av strömbärare i en halvledare i zonen
p-n övergångar;
elektronisk excitation (vakuumbestrålning av en ren halvledare med en ström av elektroner);
termisk (uppvärmning av gasen med dess efterföljande snabba kylning;
kemikalie (energianvändning kemiska reaktioner) och några andra.

Den primära genereringskällan är processen för spontan emission, därför, för att säkerställa kontinuiteten i fotongenerationer, är det nödvändigt att ha en positiv feedback, på grund av vilken de emitterade fotonerna orsakar efterföljande stimulerade emissionshandlingar. För att göra detta placeras det laseraktiva mediet i en optisk resonator. I det enklaste fallet består den av två speglar, varav en är genomskinlig - laserstrålen lämnar delvis resonatorn genom den.

Reflekterande från speglarna passerar strålen upprepade gånger genom resonatorn, vilket orsakar inducerade övergångar i den. Strålningen kan vara antingen kontinuerlig eller pulsad. Samtidigt, med hjälp av olika enheter för att snabbt stänga av och på återkoppling och därigenom minska pulsperioden, är det möjligt att skapa förutsättningar för att generera strålning med mycket hög effekt - det är de så kallade jättepulserna. Detta läge för laserdrift kallas Q-switched mode.
Laserstrålen är en koherent, monokrom, polariserad smal ljusstråle. Med ett ord, detta är en ljusstråle som sänds ut inte bara av synkrona källor, utan också i ett mycket smalt område och riktad. Ett slags extremt koncentrerat ljusflöde.

Strålningen som genereras av lasern är monokromatisk, sannolikheten för att sända ut en foton med en viss våglängd är större än den för en tätt placerad som är associerad med breddningen av spektrallinjen, och sannolikheten för inducerade övergångar vid denna frekvens har också ett maximum . Därför, gradvis under genereringsprocessen, kommer fotoner med en given våglängd att dominera över alla andra fotoner. Dessutom, på grund av det speciella arrangemanget av speglar, lagras endast de fotoner som utbreder sig i en riktning parallell med resonatorns optiska axel på ett litet avstånd från den i laserstrålen, resten av fotonerna lämnar snabbt resonatorvolymen . Sålunda har laserstrålen en mycket liten divergensvinkel. Slutligen har laserstrålen en strikt definierad polarisation. För att göra detta införs olika polarisatorer i resonatorn, till exempel kan de vara plana glasplattor installerade i Brewster-vinkeln mot laserstrålens utbredningsriktning.

Arbetsvätskan som används i lasern beror på arbetsvåglängden för dess våglängd, såväl som andra egenskaper. Arbetskroppen "pumpas" med energi för att erhålla effekten av elektronpopulationsinversion, vilket orsakar stimulerad emission av fotoner och effekten av optisk förstärkning. Den enklaste formen av en optisk resonator är två parallella speglar (det kan också finnas fyra eller fler) placerade runt laserns arbetskropp. Den stimulerade strålningen från arbetskroppen reflekteras tillbaka av speglarna och förstärks igen. Fram till utgångsögonblicket till utsidan kan vågen reflekteras många gånger.

Så låt oss kort formulera de villkor som krävs för att skapa en källa till sammanhängande ljus:

du behöver ett fungerande ämne med en omvänd population. Först då är det möjligt att erhålla förstärkning av ljus på grund av forcerade övergångar;
arbetsämnet bör placeras mellan speglarna som ger feedback;
förstärkningen som ges av arbetssubstansen, vilket innebär att antalet exciterade atomer eller molekyler i arbetssubstansen måste vara större än tröskelvärdet, vilket beror på reflektionskoefficienten för utgående spegel.

Följande typer av arbetskroppar kan användas vid konstruktion av lasrar:

Flytande. Den används som arbetsvätska, till exempel i färglaser. Kompositionen inkluderar organiskt lösningsmedel(metanol, etanol eller etylenglykol) där kemiska färgämnen (kumarin eller rhodamin) är lösta. Driftsvåglängden för flytande lasrar bestäms av konfigurationen av färgämnesmolekylerna som används.

Gaser. I synnerhet koldioxid, argon, krypton eller gasblandningar, som i helium-neon-lasrar. Att "pumpa" energin från dessa lasrar utförs oftast med hjälp av elektriska urladdningar.
Fasta ämnen (kristaller och glas). Det fasta materialet i sådana arbetskroppar aktiveras (legeras) genom att tillsätta en liten mängd krom-, neodym-, erbium- eller titanjoner. Kristaller som vanligtvis används är granat av yttriumaluminium, yttriumlitiumfluorid, safir (aluminiumoxid) och silikatglas. Solid state-lasrar "pumpas" vanligtvis med en blixtlampa eller annan laser.

Halvledare. Ett material där övergången av elektroner mellan energinivåer kan åtföljas av strålning. Halvledarlasrar är mycket kompakta, "upppumpade" elchock, vilket gör att de kan användas i hushållsapparater som CD-spelare.

För att förvandla förstärkaren till en generator måste du organisera feedback. I lasrar uppnås det genom att placera den aktiva substansen mellan reflekterande ytor (speglar), som bildar den så kallade "öppna resonatorn" på grund av att en del av energin som den aktiva substansen avger reflekteras från speglarna och återvänder till den aktiva substansen.

Lasern använder optiska resonatorer olika typer- med platta speglar, sfäriska, kombinationer av platta och sfäriska, etc. I optiska kaviteter som ger feedback i lasern kan endast vissa vissa typer av svängningar exciteras elektromagnetiskt fält, som kallas naturliga svängningar eller moder för resonatorn.

Lägen kännetecknas av frekvens och form, d.v.s. av den rumsliga fördelningen av vibrationer. I en resonator med platta speglar exciteras de typer av svängningar som motsvarar plana vågor som utbreder sig längs resonatorns axel övervägande. Ett system med två parallella speglar ger resonans endast vid vissa frekvenser – och spelar även den roll i lasern som den spelar i konventionella lågfrekvensgeneratorer. oscillerande krets.

Användningen av en öppen resonator (snarare än en stängd - en stängd metallhålighet - karakteristisk för mikrovågsområdet) är grundläggande, eftersom i det optiska området en resonator med dimensionerna L = ? (L är resonatorns karakteristiska storlek,? är våglängden) kan helt enkelt inte göras, och för L >> ? en sluten resonator förlorar sina resonansegenskaper då antalet möjliga svängningsmoder blir så stort att de överlappar varandra.

Frånvaron av sidoväggar minskar avsevärt antalet möjliga typer av svängningar (moder) på grund av det faktum att vågor som utbreder sig i en vinkel mot resonatoraxeln snabbt går utöver dess gränser, och gör det möjligt att bevara resonatorns resonansegenskaper vid L >> ?. Emellertid ger resonatorn i lasern inte bara återkoppling genom att återföra strålningen som reflekteras från speglarna till den aktiva substansen, utan bestämmer också laserstrålningsspektrumet, dess energiegenskaper och strålningsriktningen.
I den enklaste approximationen av en plan våg är resonansvillkoret i en resonator med plana speglar att ett heltal av halvvågor passar längs resonatorns längd: L=q(?/2) (q är ett heltal), vilket leder till ett uttryck för oscillationstypsfrekvensen med indexet q: ?q=q(C/2L). Som ett resultat är emissionsspektrumet för L. som regel en uppsättning smala spektrallinjer, vars intervall är desamma och lika med c / 2L. Antalet linjer (komponenter) för en given längd L beror på egenskaperna hos det aktiva mediet, d.v.s. på spektrumet av spontan emission vid den använda kvantövergången, och kan nå flera tiotals och hundratals. Under vissa förhållanden visar det sig vara möjligt att isolera en spektral komponent, d.v.s. att implementera en enkelmodsgenerering. Den spektrala bredden av var och en av komponenterna bestäms av energiförlusterna i resonatorn och först och främst av transmissionen och absorptionen av ljus av speglarna.

Frekvensprofilen för förstärkningen i arbetsmediet (den bestäms av bredden och formen på arbetsmediets linje) och uppsättningen av naturliga frekvenser för den öppna resonatorn. För öppna resonatorer med en hög kvalitetsfaktor som används i lasrar visar sig kavitetsbandbredden ??p, som bestämmer bredden på resonanskurvorna för individuella moder, och även avståndet mellan intilliggande moder ??h, vara mindre än förstärkningen linjebredd ??h, och även i gaslasrar, där linjebreddningen är minimal. Därför faller flera typer av resonatoroscillationer in i förstärkningskretsen.

Således genererar lasern inte nödvändigtvis vid en frekvens, oftare, tvärtom, generering sker samtidigt vid flera typer av svängningar, för vilken förstärkning? fler förluster i resonatorn. För att lasern ska fungera på en frekvens (i enkelfrekvensläget) är det vanligtvis nödvändigt att vidta speciella åtgärder (till exempel öka förlusterna, som visas i figur 3) eller ändra avståndet mellan speglarna så att bara ett mode. Eftersom inom optiken, såsom noterats ovan, ?h > ?p och genereringsfrekvensen i en laser huvudsakligen bestäms av resonatorfrekvensen, är det nödvändigt att stabilisera resonatorn för att hålla genereringsfrekvensen stabil. Så om vinsten i arbetssubstansen täcker förlusterna i resonatorn för vissa typer av svängningar, uppstår generering på dem. Fröet till dess förekomst är, som i alla generatorer, brus, som är spontan emission i lasrar.
För att det aktiva mediet ska avge koherent monokromatiskt ljus är det nödvändigt att införa återkoppling, det vill säga en del av strålningen som emitteras av detta medium ljusflöde skickas tillbaka till mediet för stimulerad emission. Positiv återkoppling utförs med hjälp av optiska resonatorer, som i den elementära versionen är två koaxiella (parallella och längs samma axel) speglar, varav en är genomskinlig och den andra är "döv", det vill säga helt reflekterar ljusflödet. Arbetsämnet (aktivt medium), i vilket den omvända populationen skapas, placeras mellan speglarna. Stimulerade utsläpp passerar igenom aktiv miljö, förstärks, reflekteras från spegeln, passerar genom mediet igen och förstärks ytterligare. Genom en genomskinlig spegel sänds en del av strålningen ut i det yttre mediet, och en del reflekteras tillbaka in i mediet och förstärks igen. Under vissa förhållanden kommer fotonflödet inuti den arbetande substansen att börja växa som en lavin, och genereringen av monokromatiskt koherent ljus kommer att börja.

Funktionsprincipen för en optisk resonator, det övervägande antalet partiklar av arbetssubstansen, representerade av ljuscirklar, är i grundtillståndet, det vill säga på den lägre energinivån. Bara inte Ett stort antal partiklar representerade av mörka ringar är i ett elektroniskt exciterat tillstånd. När det arbetande ämnet utsätts för en pumpkälla, går huvudantalet partiklar in i ett exciterat tillstånd (antalet mörka ringar har ökat), och en omvänd population skapas. Vidare (fig. 2c) sker spontan emission av vissa partiklar i ett elektroniskt exciterat tillstånd. Strålning riktad i en vinkel mot resonatoraxeln kommer att lämna arbetssubstansen och resonatorn. Strålning som riktas längs resonatorns axel kommer att närma sig spegelytan.

Vid en halvtransparent spegel kommer en del av strålningen att passera genom den till miljön, och en del kommer att reflekteras och återigen riktas mot det arbetande ämnet, vilket involverar partiklar i ett exciterat tillstånd i processen med stimulerad emission.

Vid den "döva" spegeln kommer hela strålflödet att reflekteras och återigen passera genom det arbetande ämnet, vilket inducerar strålningen av alla återstående exciterade partiklar, vilket återspeglar situationen när alla exciterade partiklar gav upp sin lagrade energi, och vid utmatningen av resonatorn, på sidan av den halvtransparenta spegeln, bildades ett kraftfullt flöde av inducerad strålning.

De huvudsakliga strukturella elementen i lasrar inkluderar ett fungerande ämne med vissa energinivåer av deras ingående atomer och molekyler, en pumpkälla som skapar en omvänd population i det arbetande ämnet och en optisk resonator. Det finns ett stort antal olika lasrar, men de har alla samma och dessutom en enkel kretsschema anordning, som visas i fig. 3.

Undantaget är halvledarlasrar på grund av deras specificitet, eftersom de har allt speciellt: processernas fysik, pumpningsmetoderna och designen. Halvledare är kristallina formationer. I en separat atom tar en elektrons energi strikt definierade diskreta värden, och därför beskrivs energitillstånden för en elektron i en atom i termer av nivåer. I en halvledarkristall bildar energinivåer energiband. I en ren halvledare som inte innehåller några föroreningar finns det två band: det så kallade valensbandet och ledningsbandet som ligger ovanför det (på energiskalan).

Mellan dem finns ett gap av förbjudna energivärden, vilket kallas bandgapet. Vid en halvledartemperatur lika med absolut noll måste valensbandet vara helt fyllt med elektroner och ledningsbandet måste vara tomt. Under verkliga förhållanden är temperaturen alltid över den absoluta nollpunkten. Men en ökning av temperaturen leder till termisk excitation av elektroner, några av dem hoppar från valensbandet till ledningsbandet.

Som ett resultat av denna process uppträder ett visst (relativt litet) antal elektroner i ledningsbandet, och motsvarande antal elektroner kommer att saknas i valensbandet tills det är helt fyllt. En elektronvakans i valensbandet representeras av en positivt laddad partikel, som kallas ett hål. Kvantövergången för en elektron genom bandgapet från botten till toppen betraktas som processen att generera ett elektron-hål-par, med elektroner koncentrerade vid den nedre kanten av ledningsbandet och hål vid den övre kanten av valensbandet. Övergångar genom den förbjudna zonen är möjliga inte bara nerifrån och upp, utan också uppifrån och ner. Denna process kallas elektron-hål-rekombination.

När en ren halvledare bestrålas med ljus vars fotonenergi något överstiger bandgapet, kan tre typer av interaktion av ljus med ett ämne inträffa i en halvledarkristall: absorption, spontan emission och stimulerad ljusemission. Den första typen av interaktion är möjlig när en foton absorberas av en elektron som ligger nära valensbandets övre kant. I detta fall kommer elektronens energikraft att bli tillräcklig för att övervinna bandgapet, och den kommer att göra en kvantövergång till ledningsbandet. Spontan emission av ljus är möjlig när en elektron spontant återvänder från ledningsbandet till valensbandet med emission av ett energikvantum - en foton. Extern strålning kan initiera en övergång till valensbandet för en elektron belägen nära den nedre kanten av ledningsbandet. Resultatet av denna tredje typ av interaktion av ljus med substansen i en halvledare blir födelsen av en sekundär foton, identisk i sina parametrar och rörelseriktning med fotonen som initierade övergången.

För att generera laserstrålning är det nödvändigt att skapa en omvänd population av "arbetsnivåer" i halvledaren - för att skapa en tillräckligt hög koncentration av elektroner vid den nedre kanten av ledningsbandet och följaktligen en hög koncentration av hål vid kanten av valensbandet. För dessa ändamål använder rena halvledarlasrar vanligtvis pumpning med en elektronstråle.

Resonatorns speglar är de polerade kanterna på halvledarkristallen. Nackdelen med sådana lasrar är att många halvledarmaterial genererar laserstrålning endast vid mycket tid låga temperaturer, och bombarderingen av halvledarkristaller av en ström av elektroner orsakar dess starka uppvärmning. Detta kräver ytterligare kylanordningar, vilket komplicerar konstruktionen av apparaten och ökar dess dimensioner.

Egenskaperna hos dopade halvledare skiljer sig väsentligt från de hos odopade, rena halvledare. Detta beror på det faktum att atomerna i vissa föroreningar lätt donerar en av sina elektroner till ledningsbandet. Dessa föroreningar kallas donatorföroreningar, och en halvledare med sådana föroreningar kallas en n-halvledare. Atomer av andra föroreningar, tvärtom, fångar en elektron från valensbandet, och sådana föroreningar är acceptor, och en halvledare med sådana föroreningar är en p-halvledare. Energinivå föroreningsatomer är belägna inuti bandgapet: för n-halvledare, inte långt från den nedre kanten av ledningsbandet, för f-halvledare, nära valensbandets övre kant.

Om i detta område för att skapa elektrisk spänning så att det finns en positiv pol på sidan av p-halvledaren och en negativ pol på sidan av p-halvledaren, då under åtgärden elektriskt fält elektroner från n-halvledaren och hål från n-halvledaren kommer att röra sig (injicera) in i r-p område- övergång.

Under rekombinationen av elektroner och hål kommer fotoner att sändas ut, och i närvaro av en optisk resonator är generering av laserstrålning möjlig.

Den optiska resonatorns speglar är de polerade ytorna på halvledarkristallen, orienterade vinkelrätt p-p plan- övergång. Sådana lasrar kännetecknas av miniatyrisering, eftersom dimensionerna på det aktiva halvledarelementet kan vara cirka 1 mm.

Beroende på vilken funktion som övervägs, är alla lasrar uppdelade enligt följande).

Första tecknet. Det är brukligt att skilja mellan laserförstärkare och generatorer. I förstärkare tillförs svag laserstrålning vid ingången och vid utgången förstärks den på motsvarande sätt. Det finns ingen extern strålning i generatorerna, den uppstår i arbetssubstansen på grund av dess excitation med hjälp av olika pumpkällor. Alla medicinska laserapparater är generatorer.

Det andra tecknet är arbetsämnets fysiska tillstånd. I enlighet med detta delas lasrar in i fast tillstånd (rubin, safir, etc.), gas (helium-neon, helium-kadmium, argon, koldioxid, etc.), flytande (vätskeformigt dielektriskt med sällsynta föroreningsarbetsatomer). jordmetaller) och halvledare (arsenid-gallium, arsenid-fosfid-gallium, selenid-bly, etc.).

Metoden för excitation av arbetssubstansen är den tredje signum lasrar. Beroende på excitationskällan finns det lasrar med optisk pumpning, med pumpning på grund av en gasurladdning, elektronisk excitation, laddningsbärarinjektion, med termisk, kemisk pumpning och några andra.

Laserns emissionsspektrum är nästa tecken på klassificering. Om strålningen är koncentrerad i ett smalt våglängdsområde, är det vanligt att betrakta lasern som monokromatisk och en specifik våglängd anges i dess tekniska data; om den är inom ett brett intervall bör lasern betraktas som bredband och våglängdsområdet ska anges.

Beroende på arten av den emitterade energin särskiljs pulsade lasrar och kontinuerliga våglasrar. Begreppen en pulsad laser och en laser med frekvensmodulering av kontinuerlig strålning bör inte förväxlas, eftersom vi i det andra fallet faktiskt får diskontinuerlig strålning av olika frekvenser. Pulsade lasrar har en hög effekt i en enda puls och når 10 W, medan deras genomsnittliga pulseffekt, bestämt av motsvarande formler, är relativt låg. För cw-lasrar med frekvensmodulering är effekten i den så kallade pulsen lägre än effekten av kontinuerlig strålning.

Enligt den genomsnittliga utstrålningseffekten (nästa klassificeringsfunktion) är lasrar indelade i:

hög energi (skapad strålningseffekt med flödestäthet på ytan av ett föremål eller biologiskt föremål - mer än 10 W/cm2);

medelenergi (skapad strålningseffekt av flödestäthet - från 0,4 till 10 W / cm2);

lågenergi (skapad flödestäthet strålningseffekt - mindre än 0,4 W/cm2).

Mjuk (skapad energiexponering - E eller effektflödestäthet på den bestrålade ytan - upp till 4 mW/cm2);

medelvärde (E - från 4 till 30 mW / cm2);

hård (E - mer än 30 mW / cm2).

I enlighet med " Sanitära standarder och reglerna för konstruktion och drift av lasrar nr 5804-91 "i enlighet med graden av fara för den genererade strålningen för service-personal lasrar är indelade i fyra klasser.

Förstklassiga lasrar är tekniska anordningar, utgången kollimerad (innesluten i en begränsad rymdvinkel) strålning som inte utgör någon fara när den bestrålas i ögonen och huden på en person.

Lasrar av den andra klassen är enheter vars utstrålning är farlig när den utsätts för ögonen av direkt och spegelreflekterad strålning.

Lasrar av den tredje klassen är enheter vars utstrålning är farlig när ögonen utsätts för direkt och spegelreflekterad strålning, såväl som diffust reflekterad strålning på ett avstånd av 10 cm från en diffust reflekterande yta, och (eller) när huden exponeras till riktad och spegelreflekterad strålning.

Klass 4-lasrar är enheter vars utstrålning är farlig när huden exponeras för diffust reflekterad strålning på ett avstånd av 10 cm från en diffust reflekterande yta.

Exakt skärning av metall är inte en lätt uppgift. Fräsar, plasmaskärare, vattenstråleskärare används.

Nyligen har det blivit möjligt att använda vetenskapliga utvecklingen inom industrin och även i vardagen, och en laserskärare för metall har förvandlats från ett fantastiskt tillbehör till ett vanligt verktyg som går att köpa. Inklusive för personligt bruk.

Pris industriell utrustning går utöver sunt förnuft. Men med vissa volymer av kommersiell användning är köpet möjligt. Om bearbetningsområdet inte går utöver 0,5 m med 1 m, är det fullt möjligt att möta 100 tusen rubel. Detta är en riktig summa för en liten metallverkstad.

Installation av laserskärning av metall - funktionsprincipen

Vi pratar inte om hyperboloidingenjören Garin, låt oss lämna detta ämne för science fiction. Dimensionerna på sändaren och dess kraft är fortfarande ett oöverstigligt hinder för skapandet av bärbara stridslasrar, eller skärverktyg baserat på dem.

Industriella installationer för manuellt bruk är i själva verket inte handhållna enheter. Själva installationen är stationär och tillför energin från laserstrålen till skärhuvudet med hjälp av en optisk fiber. Ja, och skyddet av operatören bör vara på nivå med en astronaut eller i värsta fall en stålarbetare.

Viktig! Vem som helst, även lite kraftfull laser, om den slås på okontrollerat, kan det orsaka brand, allvarliga skador och egendomsskador.

Innan du börjar göra en laser med dina egna händer för att skära metall, och ännu mer för att göra en provkörning, ta hand om säkerhetsåtgärder och ögonskydd. Strålen som reflekteras från metallen har också en destruktiv kraft.

Funktionsprincip

Laserstrålen skapar punktöverhettning av materialet som bearbetas, vilket leder till smältning och med långvarig exponering för metallavdunstning. Det senare alternativet är mer lämpligt för förstörelse, eftersom sömmen erhålls med taggiga kanter. Ja, och metallångor avsätts på maskinens delar, särskilt på optiken. Detta förkortar livslängden.

Att göra en kraftfull brinnande laser med dina egna händer är en enkel uppgift, men förutom möjligheten att använda ett lödkolv, kommer omsorg och noggrannhet av tillvägagångssättet att krävas. Det bör genast noteras att djup kunskap om elektroteknik inte behövs här, och du kan göra en enhet även hemma. Det viktigaste under arbetet är iakttagandet av säkerhetsåtgärder, eftersom exponering för en laserstråle är skadlig för ögonen och huden.

Lasern är en farlig leksak som kan vara skadlig för hälsan om den används slarvigt. Rikta inte lasern mot människor eller djur!

Vad kommer att krävas?

Varje laser kan delas in i flera komponenter:

• ljusflödessändare;
• optik;
• energikälla;
• strömstabilisator (förare).

För att göra en kraftfull hemmagjord laser måste du överväga alla dessa komponenter separat. Det mest praktiska och lätta att montera är en laser baserad på en laserdiod, och vi kommer att överväga det i den här artikeln.

Var kan jag få tag i en diod för en laser?

Arbetskroppen för en laser är en laserdiod. Du kan köpa den i nästan vilken radiobutik som helst, eller få den från en CD-enhet som inte fungerar. Faktum är att drivenhetens inoperabilitet sällan är förknippad med fel på laserdioden. Att ha en trasig enhet tillgänglig kan du extra kostnader få det du vill ha. Men du måste ta hänsyn till att dess typ och egenskaper beror på modifieringen av enheten.

Den svagaste lasern som fungerar i det infraröda området är installerad i CD-ROM-enheter. Dess kraft räcker bara för att läsa CD-skivor, och strålen är nästan osynlig och kan inte bränna igenom föremål. CD-RW har en kraftfullare laserdiod, lämplig för bränning och klassad för samma våglängd. Det anses vara det farligaste, eftersom det avger en stråle i spektrumet som är osynligt för ögat.

DVD-ROM-enheten är utrustad med två svaga laserdioder, som bara har tillräckligt med energi för att läsa CD-skivor och DVD-skivor. DVD-RW-brännaren har en röd laser med hög effekt. Dess stråle är synlig i alla ljus och kan lätt antända vissa föremål.

BD-ROM-skivan har en lila eller blå laser, som i parametrar liknar DVD-ROM-motsvararen. Från BD-RE-skrivare kan du få den mest kraftfulla laserdioden med en vacker violett eller blå stråle som kan brinna. Det är dock ganska svårt att hitta en sådan enhet för demontering, och fungerande enhet det är dyrt.

Den mest lämpliga är en laserdiod tagen från en skrivenhet DVD-RW-skivor. Laserdioder av högsta kvalitet är installerade i LG-, Sony- och Samsung-enheter.

Ju högre hastighet DVD-inspelning drivenhet, desto kraftfullare är laserdioden installerad i den.

Demontering av drivenhet

Med enheten framför dig, ta först bort topplocket genom att skruva loss 4 skruvar. Därefter tas den rörliga mekanismen bort, som är placerad i mitten och är ansluten till kretskortet med en flexibel kabel. Nästa mål är en laserdiod som tillförlitligt pressas in i en radiator gjord av aluminium eller duraluminlegering. Innan du demonterar den rekommenderas det att skydda mot statisk elektricitet. För att göra detta löds laserdiodens ledningar eller lindas med en tunn koppartråd.

Vidare är två alternativ möjliga. Den första innebär driften av den färdiga lasern i form av en stationär installation tillsammans med en standardradiator. Det andra alternativet är att montera enheten i kroppen av en bärbar ficklampa eller laserpekare. I det här fallet måste du använda kraft för att bita igenom eller skära av kylaren utan att skada det strålande elementet.

Förare

Strömförsörjningen till lasern måste tas på ett ansvarsfullt sätt. Precis som med lysdioder måste detta vara en konstant strömkälla. Det finns många kretsar på Internet som drivs av ett batteri eller batteri genom ett begränsningsmotstånd. Tillräckligheten av en sådan lösning är tveksam, eftersom spänningen på batteriet eller batteriet varierar beroende på laddningsnivån. Följaktligen kommer strömmen som flyter genom laserns emitterande diod att avvika kraftigt från nominellt värde. Som ett resultat kommer enheten inte att fungera effektivt vid låga strömmar, och vid höga strömmar kommer det att leda till en snabb minskning av intensiteten av dess strålning.

Det bästa alternativet är att använda den enklaste strömstabilisatorn byggd på basen. Denna mikrokrets tillhör kategorin universella integrerade stabilisatorer med förmågan att självständig uppgift utström och spänning. Mikrokretsen fungerar i ett brett spektrum av inspänningar: från 3 till 40 volt.

En analog till LM317 är det inhemska chippet KR142EN12.

För det första laboratorieexperimentet lämplig krets Nedan. Beräkningen av det enda motståndet i kretsen utförs enligt formeln: R = I / 1,25, där I är den nominella laserströmmen (referensvärde).

Ibland vid utgången av stabilisatorn installeras en polär kondensator på 2200 uFx16 V och en opolär kondensator på 0,1 uF parallellt med dioden. Deras deltagande är motiverat vid leverans av spänning till ingången från en stationär strömförsörjning, som kan missa en obetydlig variabel komponent och impulsljud. En av dessa kretsar, designad för att drivas av ett Krona-batteri eller ett litet batteri, presenteras nedan.

Diagrammet visar det ungefärliga värdet på motståndet R1. För den exakta beräkningen måste du använda formeln ovan.

Att ha samlat kopplingsschema, kan du göra en preliminär inkludering och, som bevis på kretsens prestanda, observera det klarröda spridda ljuset från sändningsdioden. Efter att ha mätt sin verkliga ström och höljestemperatur är det värt att tänka på behovet av att installera en radiator. Om lasern kommer att användas i en stationär installation vid höga strömmar länge sedan, då är det nödvändigt att tillhandahålla passiv kylning. Nu, för att uppnå målet, finns det väldigt lite kvar: att fokusera och få en smal stråle med hög kraft.

Optik

I vetenskapliga termer är det dags att bygga en enkel kollimator, en anordning för att få strålar av parallella ljusstrålar. Ett idealiskt alternativ för detta ändamål skulle vara ett standardobjektiv som tas från enheten. Med dess hjälp kan du få en ganska tunn laserstråle med en diameter på cirka 1 mm. Energimängden hos en sådan stråle räcker för att bränna igenom papper, tyg och kartong på några sekunder, smälta plast och bränna ved. Om du fokuserar en tunnare stråle kan denna laser skära plywood och plexiglas. Men det är ganska svårt att justera och säkert fixera objektivet från enheten på grund av dess lilla brännvidd.

Det är mycket lättare att bygga en kollimator baserad på en laserpekare. Dessutom kan en drivrutin och ett litet batteri placeras i dess fodral. Utgången kommer att vara en stråle med en diameter på cirka 1,5 mm med en mindre brinneffekt. I dimmigt väder eller vid kraftigt snöfall kan otroliga ljuseffekter observeras genom att rikta ljusflödet mot himlen.

Genom webbutiken kan du köpa en färdig kollimator, speciellt designad för montering och justering av lasern. Dess kropp kommer att fungera som en radiator. Genom att känna till måtten på alla komponenter i enheten kan du köpa en billig LED-ficklampa och använda dess kropp.

Avslutningsvis skulle jag vilja lägga till några fraser om farorna med laserstrålning. Rikta först aldrig laserstrålen in i ögonen på människor eller djur. Detta leder till allvarlig synnedsättning. För det andra, bär gröna skyddsglasögon medan du experimenterar med den röda lasern. De förhindrar passage av det mesta av den röda komponenten i spektrumet. Mängden ljus som passerar genom glasögonen beror på strålningens våglängd. Titta på laserstrålen från sidan utan skyddsutrustning endast tillåtet under en kort tid. Annars kan smärta i ögonen uppstå.

Läs också

Ordet "laser" eller "laser" är en förkortning för "ljusförstärkning genom stimulerad emission av strålning." På ryska: - "förstärkning av ljus genom stimulerad emission", eller en optisk kvantgenerator. Den första lasern, som använde en silverbelagd rubincylinder som resonator, utvecklades 1960 av Hughes Research Laboratories, Kalifornien. .Idag används lasrar för en mängd olika ändamål, allt från att mäta olika kvantiteter till att läsa kodad data. Det finns flera sätt att göra en laser, beroende på din budget och kompetens.

Steg

Del 1

Förstå hur en laser fungerar

Lasern behöver en strömkälla för att fungera. Lasrar fungerar genom excitation av elektroner i laserns aktiva medium extern källa energi och stimulerar dem att avge ljus med en viss våglängd. Denna process föreslogs först 1917 av Albert Einstein. För att elektronerna (i atomerna i laserns aktiva medium) ska avge ljus måste de först absorbera energi genom att flytta till en högre bana och sedan ge denna energi i form av en ljuspartikel när de återvänder till ursprungliga omloppsbana. Detta sätt att föra in energi i det laseraktiva mediet kallas "pumpning".

Kanalpassage av energi genom ett aktivt (förstärkande) medium. Det förstärkande mediet eller det aktiva lasermediet ökar ljusintensiteten på grund av inducerad (tvingad) emission som emitteras av elektroner. Amplifieringsmediet kan vara vilken struktur eller substans som helst som listas nedan:

Installera speglar för att hålla ljuset inuti lasern. Speglar, eller resonatorer, håller ljuset i laserns arbetskammare tills den önskade energinivån ackumuleras för att sändas ut genom ett litet hål i en av speglarna eller genom en lins.

• Den enklaste resonatorn eller "linjära resonatorn" använder två speglar placerade på motsatta sidor av laserns arbetskammare för att generera en utgående stråle.
• En mer komplex "ringresonator" använder tre eller flera speglar. Den kan generera flera strålar eller en enda stråle med en optisk isolator.

1. Användningen av en fokuseringslins för att rikta ljus genom ett förstärkande medium. Tillsammans med speglar hjälper linsen till att koncentrera och rikta ljuset så att det förstärkande mediet får så mycket ljus som möjligt.

Del 2

Konstruktion av lasern

Metod ett: Bygga en laser från ett kit

Köp. Du kan köpa i en elektronikbutik eller köpa online "laser kit", "laser kit", "laser module" eller "laser diode". Lasersatsen bör innehålla följande:

• Drivrutinsschema. Säljs ibland separat från andra komponenter. Välj en drivkrets som låter dig reglera strömmen.
• laserdiod.
• Justeringslinsen kan vara av glas eller plast. Vanligtvis är dioden och linsen hopbuntade i ett litet rör. Dessa komponenter säljs ibland separat utan drivrutin.

1. Montering av drivkretsen. Många laserkit säljs med en omonterad drivrutin. Dessa kit inkluderar PCB och relaterade delar, och du måste löda dem enligt det medföljande diagrammet. Vissa kit kan ha drivrutinen monterad.

   Anslut styrenheten till laserdioden. Om du har en digital multimeter kan du inkludera den i en diodkrets för att övervaka strömmen. De flesta laserdioder har en ström i intervallet 30 till 250 milliampere (mA). Strömintervallet från 100 till 150 mA kommer att ge en ganska kraftfull stråle.

   • Du kan ge mer ström till laserdioden för att få en mer kraftfull stråle, men den extra strömmen kommer att förkorta livslängden eller till och med bränna ut dioden.

2. Anslut strömförsörjningen eller batteriet till drivkretsen. Laserdioden ska lysa starkt.

3. Vrid linsen för att fokusera laserstrålen. Rikta den mot väggen och fokusera tills en fin, ljus punkt visas.

   • När du har justerat linsen på detta sätt, placera tändstickan i linje med strålen och vrid linsen tills du ser att tändstickshuvudet börjar ryka. Du kan också försöka poppa Ballonger eller bränna hål i papper.

Metod två: Bygga en diodlaser från en gammal DVD- eller Blu-Ray-enhet

1. Skaffa en gammal DVD- eller Blu-ray-brännare eller -enhet. Välj enheter med 16x skrivhastighet eller snabbare. Dessa enheter har laserdioder med en uteffekt på 150mW eller mer.

   • DVD-enheten har en röd laserdiod med en våglängd på 650nm.
   • Blu-ray-enheten har en blå laserdiod med en våglängd på 405nm.
   • DVD-enheten måste vara i tillräckligt bra skick för att bränna skivor, men inte nödvändigtvis framgångsrikt. Med andra ord måste dess diod vara bra.
   • Försök inte använda en DVD-läsare, CD-läsare och brännare istället för en DVD-brännare. DVD-läsaren har en röd diod, men inte lika kraftfull som DVD-brännaren. Laserdioden i CD-brännaren är ganska kraftfull, men avger ljus i det infraröda området, och du kommer att få en stråle som inte är synlig för ögat.

2. Ta bort laserdioden från enheten. Vänd enheten upp och ner. Du kommer att se skruvar som måste tas bort innan du kan separera drivmekanismen och dra ut dioden.

   • När du tar isär enheten kommer du att se ett par metallskenor som hålls på plats med skruvar. De stödjer laserkitet. Skruva loss styrningarna för att ta bort dem. Ta bort lasersatsen.
   • Laserdioden är mindre än en krona. Den har tre metallkontakter i form av ben. Den kan placeras i ett metallskal med ett skyddande genomskinligt fönster eller utan fönster, eller så kan det inte stängas av någonting.
   • Du måste dra ut dioden ur laserhuvudet. Det kan vara lättare att ta bort kylflänsen från enheten först innan du försöker ta bort dioden. Om du har en antistatisk handledsrem, använd den samtidigt som du tar bort dioden.
   • Hantera laserdioden varsamt, speciellt om det är en oskyddad diod. Om du har en antistatisk behållare, placera dioden i den tills du börjar montera lasern.

3. Förbered fokuseringslinsen. Du måste skicka strålen från dioden genom en fokuseringslins för att använda den som laser. Du kan göra detta på ett av två sätt:

   • Använda ett förstoringsglas som fokuseringslins. Vrid objektivet för att hitta Rätt plats för att producera en fokuserad laserstråle. Vid behov måste detta göras varje gång innan lasern används.
   • Köp en laserdiod med låg effekt, till exempel en 5mW laserdiodenhet med lins och rör. Byt sedan ut den mot en laserdiod från en DVD-brännare.

När du är inne hushåll det finns ett behov av att skära en metallplåt, då kan du inte klara dig utan en laserskärare, monterad med dina egna händer.

Enkla sakers andra liv

En husmästare kommer alltid att hitta en användning även för de saker som har blivit oanvändbara. Så, en gammal laserpekare kan hitta ett andra liv och förvandlas till en laserskärare. För att förverkliga denna idé behöver du:

1. Laserpekare.
2. Ficklampa.
3. Batterier (det är bättre att ta uppladdningsbara batterier).
4. En CD/DVD-RW-brännare med en enhet med fungerande laser.
5. Lödkolv.
6. Skruvmejslar i ett set.

Arbetet börjar med att laserskäraren tas bort från enheten. Detta är ett mödosamt arbete som kräver maximal uppmärksamhet. När du tar bort de övre fästena kan du snubbla på en vagn med inbyggd laser. Den kan röra sig i två riktningar. Vagnen måste tas bort med särskild försiktighet, alla löstagbara anordningar och skruvar tas försiktigt bort. Därefter måste du ta bort den röda dioden som brinner. Detta arbete kan utföras med en lödkolv. Det bör noteras att denna viktiga detalj kräver ökad uppmärksamhet. Det rekommenderas inte att skaka eller tappa det.

För att öka kraften hos laserskäraren i den förberedda pekaren är det nödvändigt att ersätta den "native" dioden med den som tagits bort från brännaren.

Pekaren bör demonteras konsekvent och noggrant. Den rullas ut och delas i bitar. Den del som behöver bytas ut finns längst upp. Om det är svårt att ta bort det kan du hjälpa dig själv med en kniv och skaka pekaren lätt. En ny installeras i stället för den "native" dioden. Du kan fixa det med lim.

Nästa steg i arbetet är byggandet av en ny byggnad. Det är här en gammal ficklampa kommer väl till pass. Tack vare honom kommer det att vara bekvämt att använda den nya lasern, anslut den till strömförsörjningen. Den förbättrade änddelen av pekaren är installerad i ficklampans kropp. Sedan kopplas ström till dioden från batterierna. Vid anslutning är det mycket viktigt att ställa in polariteten korrekt. Innan du monterar ficklampan måste du ta bort glaset och de återstående delarna av pekaren så att ingenting stör laserstrålens direkta väg.

Innan du använder den sammansatta enheten med dina egna händer är det nödvändigt att återigen kontrollera om lasern är ordentligt fixerad och jämnt installerad, om polariteten på ledningarna är korrekt anslutna.

Om allt görs korrekt kan enheten användas. Det kommer att vara svårt att arbeta på metall, eftersom enheten har liten kraft, men det är fullt möjligt att bränna genom papper, polyeten eller något liknande.

Tillbaka till index

avancerad modell

En kraftfullare hemmagjord laserskärare kan tillverkas. För arbete måste du förbereda:

1. CD/DVD-RW-inspelare (icke-fungerande modell kan användas).
2. Motstånd 2-5 Ohm.
3. Batterier.
4. Kondensatorer 100 pF och 100 mF.
5. Tråden.
6. Lödkolv.
7. kollimator.
8. LED-ficklampa i stålfodral.

En drivrutin är sammansatt av dessa komponenter, som kommer att förse skäraren med den nödvändiga kraften genom brädan. Man bör komma ihåg att strömkällan inte är direkt ansluten till dioden. Annars kommer han att förfalla totalt. Du kan endast ansluta ström via ballastmotståndet.

Kroppen med linsen fungerar som en kollimator. Det är hon som ska samla strålarna i en enda stråle. Denna del kan köpas från en specialiserad butik. Detaljen är bra genom att den ger ett uttag för montering av en laserdiod.

Denna laser är tillverkad på samma sätt som den tidigare modellen. Under arbetet är det nödvändigt att använda antistatiska armband som låter dig ta bort statisk spänning från laserdioden. Om det inte är möjligt att köpa sådana armband kan en tunn tråd användas, som måste lindas runt dioden. Sedan kan du fortsätta att bygga drivrutinen.