Саморобний потужний лазер. Доступна інструкція: як зробити лазер у домашніх умовах із підручних деталей

Сьогодні ми поговоримо про те, як зробити самостійно потужний зелений або синій лазер у домашніх умовах із підручних матеріалів своїми руками. Також розглянемо креслення, схеми та влаштування саморобних лазерних указок з підпалюючим променем та дальністю до 20 км.

Основою пристрою лазера служить оптичний квантовий генератор, який використовуючи електричну, теплову, хімічну або іншу енергію, виробляє лазерний промінь.

В основі роботи лазера є явище вимушеного (індукованого) випромінювання. Випромінювання лазера може бути безперервним, з постійною потужністю, або імпульсним, що досягає гранично великих пікових потужностей. Суть явища у тому, що збуджений атом здатний випромінювати фотон під впливом іншого фотона без його поглинання, якщо енергія останнього дорівнює різниці енергій рівнів атома до і після випромінювання. При цьому випромінюваний фотон когерентний фотону, що викликав випромінювання, тобто його точною копією. У такий спосіб відбувається посилення світла. Цим явище відрізняється від спонтанного випромінювання, в якому випромінювані фотони мають випадкові напрямки поширення, поляризацію та фазу.
Імовірність того, що випадковий фотон викликає індуковане випромінювання збудженого атома, точно дорівнює ймовірності поглинання цього фотона атомом, що знаходяться в незбудженому стані. Тож посилення світла необхідно, щоб збуджених атомів серед було більше, ніж незбуджених. У стані рівноваги ця умова не виконується, тому використовуються різні системинакачування активного середовища лазера (оптичні, електричні, хімічні та ін). У деяких схемах робочий елемент лазера використовується як оптичний підсилювач для випромінювання від іншого джерела.

У квантовому генераторі немає зовнішнього потоку фотонів, інверсна заселеність створюється всередині нього з допомогою джерел накачки. Залежно від джерел існують різні способинакачування:
оптичний - потужний лампа-спалах;
газовий розряд у робочій речовині (активному середовищі);
інжекція (перенесення) носіїв струму в напівпровіднику у зоні
р-п переходах;
електронне збудження (опромінення у вакуумі чистого напівпровідника потоком електронів);
тепловий (нагрівання газу з подальшим його різким охолодженням;
хімічний (використання енергії хімічних реакцій) та деякі інші.

Першоджерелом генерації є процес спонтанного випромінювання, тому для забезпечення наступності поколінь фотонів необхідно існування позитивного зворотного зв'язку, рахунок якого випромінювані фотони викликають наступні акти індукованого випромінювання. Для цього активне середовище лазера міститься в оптичний резонатор. У найпростішому випадку він є двома дзеркалами, одне з яких напівпрозоре — через нього промінь лазера частково виходить з резонатора.

Відбиваючись від дзеркал, пучок випромінювання проходить по резонатору, викликаючи в ньому індуковані переходи. Випромінювання може бути як безперервним, і імпульсним. При цьому, використовуючи різні прилади для швидкого вимикання та включення зворотного зв'язку та зменшення тим самим періоду імпульсів, можна створити умови для генерації випромінювання дуже великої потужності – це так звані гігантські імпульси. Цей режим роботи лазера називають режимом модульованої добротності.
Лазерний промінь є когерентним, монохромним, поляризованим вузьконаправленим світловим потоком. Одним словом, це промінь світла, що випускається мало того, що синхронними джерелами, так ще й у вузькому діапазоні, причому спрямовано. Такий надзвичайно сконцентрований світловий потік.

Випромінювання, що генерується лазером, є монохроматичним, ймовірність випромінювання фотона певної довжини хвилі більше, ніж близько розташованої, пов'язаної з розширенням спектральної лінії і ймовірність індукованих переходів на цій частоті теж має максимум. Тому поступово в процесі генерації фотони даної довжини хвилі домінуватимуть над усіма іншими фотонами. Крім цього, через особливе розташування дзеркал в лазерному промені зберігаються ті фотони, які поширюються в напрямку, паралельному оптичній осі резонатора на невеликій відстані від неї, інші фотони швидко залишають обсяг резонатора. Таким чином, промінь лазера має дуже малий кут розбіжності. Нарешті, промінь лазера має певну поляризацію. Для цього резонатор вводять різні поляризатори, наприклад, ними можуть служити плоскі скляні пластинки, встановлені під кутом Брюстера до напрямку поширення променя лазера.

Від того, яке робоче тіло використано в лазері, залежить робоча довжина його хвилі, а також інші властивості. Робоче тіло піддається "накачуванням" енергією, щоб отримати ефект інверсії електронних населеностей, який викликає вимушене випромінювання фотонів та ефект оптичного посилення. Найпростішою формою оптичного резонатора є два паралельні дзеркала (їх також може бути чотири і більше), розташовані навколо робочого тіла лазера. Вимушене випромінювання робочого тіла відбивається дзеркалами і знову посилюється. До моменту виходу назовні хвиля може відбиватися багаторазово.

Отже, коротко сформулюємо умови, необхідні для створення джерела когерентного світла:

Необхідна робоча речовина з інверсною населеністю. Тільки тоді можна отримати посилення світла з допомогою вимушених переходів;
робочу речовину слід помістити між дзеркалами, які здійснюють зворотний зв'язок;
посилення, що дається робочою речовиною, а значить, кількість збуджених атомів або молекул у робочій речовині має бути більшою за порогове значення, що залежить від коефіцієнта відображення вихідного дзеркала.

У конструкції лазерів можуть бути використані такі типи робочих тіл:

Рідина. Застосовується як робоче тіло, наприклад, в лазерах на барвниках. До складу входять органічний розчинник(метанол, етанол або етиленгліколь), у якому розчинені хімічні барвники (кумарин або родамін). Робоча довжина хвилі рідинних лазерів визначається зміною молекул використовуваного барвника.

Гази. Зокрема, вуглекислий газ, аргон, криптон або газові суміші, як у гелій-неонових лазерах. "Накачування" енергією цих лазерів найчастіше здійснюється за допомогою електричних розрядів.
Тверді тіла (кристали та скла). Суцільний матеріал таких робочих тіл активується (легується) за допомогою додавання невеликої кількості іонів хрому, неодиму, ербію або титану. Зазвичай використовуються такі кристали: алюмо-іттрієвий гранат, літієво-іттрієвий фторид, сапфір (оксид алюмінію) та силікатне скло. Твердотільні лазери зазвичай "накачуються" імпульсною лампою або іншим лазером.

Напівпровідники. Матеріал, у якому перехід електронів між енергетичними рівнями може супроводжуватись випромінюванням. Напівпровідникові лазери дуже компактні, "накачуються" електричним струмом, що дозволяє використовувати їх у побутових пристроях, таких як програвачі компакт-дисків.

Щоб перетворити підсилювач на генератор, необхідно організувати зворотний зв'язок. У лазерах вона досягається при приміщенні активної речовини між поверхнями, що відбивають (дзеркалами), що утворюють так званий "відкритий резонатор" за рахунок того, що частина випромінюваної активною речовиною енергії відбивається від дзеркал і знову повертається в активну речовину

У Лазері використовуються оптичні резонатори. різних типів- з плоскими дзеркалами, сферичними, комбінаціями плоских і сферичних та ін. електромагнітного поля, які називаються власними коливаннями чи модами резонатора.

Моди характеризуються частотою та формою, тобто просторовим розподілом коливань. У резонаторі з плоскими дзеркалами переважно збуджуються типи коливань, що відповідають плоским хвиль, що розповсюджується вздовж осі резонатора. Система з двох паралельних дзеркал резонує тільки на певних частотах - і виконує в лазері ще ту роль, яку у звичайних низькочастотних генераторах грає коливальний контур.

Використання саме відкритого резонатора (а чи не закритого - замкнутої металевої порожнини - властивого СВЧ діапазону) важливо, оскільки у оптичному діапазоні резонатор з розмірами L = ? (L - характерний розмір резонатора, ? - Довжина хвилі) просто не може бути виготовлений, а при L >> ? закритий резонатор втрачає резонансні властивості, оскільки кількість можливих типів коливань стає настільки великою, що вони перекриваються.

Відсутність бічних стінок значно зменшує кількість можливих типів коливань (мод) за рахунок того, що хвилі, що розповсюджуються під кутом до осі резонатора, швидко йдуть за його межі, і дозволяє зберегти резонансні властивості резонатора при L >>?. Однак резонатор в лазері не тільки забезпечує зворотний зв'язок за рахунок відбитого від дзеркал випромінювання в активну речовину, але і визначає спектр випромінювання лазера, його енергетичні характеристики, спрямованість випромінювання.
У найпростішому наближенні плоскої хвилі умова резонансу в резонаторі з плоскими дзеркалами полягає в тому, що на довжині резонатора укладається ціле число напівхвиль: L=q(?/2) (q - ціле число), що призводить до вираження частоти типу коливань з індексом q: ?q=q(C/2L). В результаті спектр випромінювання Л., як правило, є набором вузьких спектральних ліній, інтервали між якими однакові і рівні c/2L. Число ліній (компонент) при заданій довжині L залежить від властивостей активного середовища, тобто від спектра спонтанного випромінювання на квантовому переході, що використовується, і може досягати декількох десятків і сотень. За певних умов можна виділити одну спектральну компоненту, тобто здійснити одномодовий режим генерації. Спектральна ширина кожної компонент визначається втратами енергії в резонаторі і, в першу чергу, пропусканням і поглинанням світла дзеркалами.

Частотний профіль коефіцієнта посилення в робочій речовині (він визначається шириною та формою лінії робочої речовини) та набір власних частот відкритого резонатора. Для використовуваних у лазерах відкритих резонаторів з високою добротністю смуга пропускання резонатора??p, Що визначає ширину резонансних кривих окремих мод, і навіть відстань між сусідніми модами??h виявляються меншими, ніж ширина лінії посилення??h, причому навіть у газових лазерах, де розширення ліній найменше. Тому контур посилення потрапляє кілька типів коливань резонатора.

Отже, лазер не обов'язково генерує однією частоті, частіше навпаки, генерація відбувається одночасно кількох типах коливань, котрим посилення? більше втрат у резонаторі. Для того, щоб лазер працював на одній частоті (в одночастотному режимі), необхідно, як правило, вживати спеціальних заходів (наприклад, збільшити втрати, як це показано на малюнку 3) або змінити відстань між дзеркалами так, щоб і в контур посилення потрапляла тільки одна моди. Оскільки в оптиці, як зазначено вище, ?h > ?p і частота генерації в лазері визначається переважно частотою резонатора, те, щоб тримати стабільною частоту генерації, необхідно стабілізувати резонатор. Отже, якщо коефіцієнт посилення робочої речовини перекриває втрати у резонаторі для певних типів коливань, ними виникає генерація. Затравка для її виникнення є, як і в будь-якому генераторі, шуми, що представляють в лазерах спонтанне випромінювання.
Для того, щоб активне середовище випромінювало когерентне монохроматичне світло, необхідно ввести зворотний зв'язок, тобто частина випромінюваного цим середовищем світлового потокунаправити назад у середу для здійснення вимушеного випромінювання. Позитивний зворотний зв'язок здійснюється за допомогою оптичних резонаторів, які в елементарному варіанті є двома співвісно (паралельно і по одній осі) розташованих дзеркала, одне з яких напівпрозоре, а інше — «глухе», тобто повністю відображає світловий потік. Робоча речовина (активне середовище), в якій створена інверсна заселеність, розташовують між дзеркалами. Вимушене випромінювання проходить через активне середовище, посилюється, відбивається від дзеркала, знову проходить через середовище і ще більше посилюється. Через напівпрозоре дзеркало частина випромінювання випромінюється у зовнішнє середовище, частина відбивається назад у середу і знову посилюється. За певних умов потік фотонів усередині робочої речовини почне наростати лавиноподібно, почнеться генерація монохроматичного когерентного світла.

Принцип роботи оптичного резонатора, переважна кількість частинок робочої речовини, представлені світлими кружками, перебувають у основному стані, т. е. нижньому енергетичному рівні. Лише не велика кількістьчастинок, представлені темними кружками, перебувають у електронно-збудженому стані. При вплив на робочу речовину джерелом накачування основна кількість частинок перетворюється на збуджений стан (зросла кількість темних гуртків), створена інверсна заселеність. Далі (рис. 2в) відбувається спонтанне випромінювання деяких частинок, що знаходяться в електронно-збудженому стані. Випромінювання, спрямоване під кутом до осі резонатора, залишить робочу речовину та резонатор. Випромінювання, яке спрямоване вздовж осі резонатора, підійде до дзеркальної поверхні.

У напівпрозорого дзеркала частина випромінювання пройде крізь нього в навколишнє середовище, а частина позначиться і знову попрямує до робочої речовини, залучаючи до процесу вимушеного випромінювання частинки, що знаходяться у збудженому стані.

У «глухого» дзеркала весь променевий потік позначиться і знову пройде робоча речовина, індукуючи випромінювання всіх порушених частинок, де відбита ситуація, коли всі збуджені частинки віддали свою запасену енергію, а на виході резонатора, на стороні напівпрозорого дзеркала утворився потужний потік індукції.

Основні конструктивні елементи лазерів включають робочу речовину з певними енергетичними рівнями складових їх атомів і молекул, джерело накачування, що створює інверсну заселеність в робочій речовині, і оптичний резонатор. Існує велика кількість різних лазерів, проте всі вони мають одну і ту ж і до того ж просту принципову схемупристрою, що представлено на рис. 3.

Виняток становлять напівпровідникові лазери через свою специфічність, оскільки вони все особливе: і фізика процесів, і методи накачування, і конструкція. Напівпровідники є кристалічними утвореннями. В окремому атомі енергія електрона приймає строго певні дискретні значення, і тому енергетичні стани електрона в атомі описуються мовою рівнів. У кристалі напівпровідника енергетичні рівні утворюють енергетичні зони. У чистому напівпровіднику, що не містить будь-яких домішок, є дві зони: так звана валентна зона і розташована над нею (за шкалою енергій) зона провідності.

Між ними є проміжок заборонених значень енергії, що називається забороненою зоною. При температурі напівпровідника, що дорівнює абсолютному нулю, валентна зона має бути повністю заповнена електронами, а зона провідності має бути порожньою. В реальних умовах температура завжди вище абсолютного нуля. Але підвищення температури призводить до теплового збудження електронів, частина з них перескакує з валентної зони до зони провідності.

Внаслідок цього процесу в зоні провідності з'являється деяка (відносно невелика) кількість електронів, а у валентній зоні до її повного заповнення не вистачатиме відповідної кількості електронів. Електронна вакансія у валентній зоні є позитивно зарядженою частинкою, що називається діркою. Квантовий перехід електрона через заборонену зону знизу вгору розглядається як процес генерації електронно-діркової пари, при цьому електрони зосереджені у нижньому краї зони провідності, а дірки - у верхнього краю валентної зони. Переходи через заборонену зону можливі не лише знизу нагору, але й зверху вниз. Такий процес називається рекомбінацією електрона та дірки.

При опроміненні чистого напівпровідника світлом, енергія фотонів якого трохи перевищує ширину забороненої зони, в кристалі напівпровідника можуть відбуватися три типи взаємодії світла з речовиною: поглинання, спонтанне випромінювання і вимушене випромінювання світла. Перший тип взаємодії можливий при поглинанні фотона електроном, що знаходиться поблизу верхнього краю валентної зони. При цьому енергетична потужність електрона стане достатньою для подолання забороненої зони, і він здійснить квантовий перехід до зони провідності. Спонтанне випромінювання світла можливе при мимовільному поверненні електрона із зони провідності у валентну зону з випромінюванням кванта енергії - фотона. Зовнішнє випромінювання може ініціювати перехід у валентну зону електрона, що знаходиться поблизу нижнього краю зони провідності. Результатом цього третього типу взаємодії світла з речовиною напівпровідника буде народження вторинного фотона, ідентичного за своїми параметрами і напрямку руху фотону, що ініціював перехід.

Для генерації лазерного випромінювання необхідно створити в напівпровіднику інверсну заселеність «робочих рівнів» — створити досить високу концентрацію електронів біля нижнього краю зони провідності та відповідно високу концентрацію дірок біля краю валентної зони. Для цих цілей у чистих напівпровідникових лазерах зазвичай застосовують накачування потоком електронів.

Дзеркалами резонатора є відполіровані грані кристала напівпровідника. Недоліком таких лазерів є те, що багато напівпровідникових матеріалів генерують лазерне випромінювання лише за дуже низьких температураха бомбардування кристалів напівпровідників потоком електронів викликає його сильне нагрівання. Це потребує наявності додаткових охолоджувальних пристроїв, що ускладнює конструкцію апарату та збільшує його габарити.

Властивості напівпровідників із домішками суттєво відрізняються від властивостей безпримісних, чистих напівпровідників. Це пов'язано з тим, що атоми одних домішок легко віддають у зону провідності однією зі своїх електронів. Ці домішки називаються донорними, а напівпровідник з такими домішками — п-напівпровідником. Атоми інших домішок, навпаки, захоплюють по одному електрону з валентної зони, і такі домішки є акцепторними, а напівпровідник з такими домішками - напівпровідником. Енергетичний рівеньдомішкових атомів розташовується всередині забороненої зони: у «-напівпровідників - неподалік нижнього краю зони провідності, у /--напівпровідників - поблизу верхнього краю валентної зони.

Якщо у цій галузі створити електрична напругатак, щоб з боку р-напівпровідника був позитивний полюс, а з боку п-напівпровідника негативний, то під дією електричного поляелектрони з п-напівпровідника та дірки з /^-напівпровідника будуть переміщуватися (інжектуватись) у область р-п- Переходу.

При рекомбінації електронів і дірок будуть випромінюватись фотони, а за наявності оптичного резонатора можлива генерація лазерного випромінювання.

Дзеркалами оптичного резонатора є відполіровані грані кристала напівпровідника, орієнтовані перпендикулярно площині р-п- Переходу. Такі лазери відрізняються мініатюрністю, оскільки розміри активного напівпровідникового елемента можуть становити близько 1 мм.

Залежно від розглянутої ознаки всі лазери поділяються так).

Перша ознака. Прийнято розрізняти лазерні підсилювачі та генератори. У підсилювачах на вході подається слабке лазерне випромінювання, але в виході воно відповідно посилюється. У генераторах немає зовнішнього випромінювання, воно виникає у робочій речовині за рахунок його збудження за допомогою різних джерел накачування. Усі медичні лазерні апарати є генераторами.

Друга ознака – фізичний стан робочої речовини. Відповідно до цього лазери поділяються на твердотільні (рубінові, сапфірові та ін.), газові (гелій-неонові, гелій-кадмієві, аргонові, вуглекислотні та ін), рідкі (рідкий діелектрик з домішковими робочими атомами рідкоземельних металів) та напівпровідників -галієві, арсенід-фосфід-галієві, селенід-свинцеві та ін).

Спосіб збудження робочої речовини є третім відмітною ознакоюлазерів. Залежно від джерела збудження розрізняють лазери з оптичним накачуванням, з накачуванням за рахунок газового розряду, електронного збудження, інжекції носіїв заряду, з тепловим, хімічним накачуванням та деякі інші.

Спектр випромінювання лазера є такою ознакою класифікації. Якщо випромінювання зосереджено у вузькому інтервалі довжин хвиль, прийнято вважати лазер монохроматичным й у його технічних даних вказується конкретна довжина хвилі; якщо в широкому інтервалі, слід вважати лазер широкосмуговим і вказується діапазон довжин хвиль.

За характером випромінюваної енергії розрізняють імпульсні лазери та лазери з безперервним випромінюванням. Не слід змішувати поняття імпульсний лазер і лазер з частотною модуляцією безперервного випромінювання, оскільки в другому випадку ми отримуємо по суті переривчасте випромінювання різної частоти. Імпульсні лазери мають велику потужність в одиночному імпульсі, що досягають 10 Вт, тоді як їхня середньоімпульсна потужність, що визначається за відповідними формулами, порівняно невелика. У безперервних лазерів з частотною модуляцією потужність так званому імпульсі нижче потужності безперервного випромінювання.

За середньою вихідною потужністю випромінювання (наступна ознака класифікації) лазери поділяються на:

· Високоенергетичні (створювана щільність потоку потужність випромінювання на поверхні об'єкта або біооб'єкта - понад 10 Вт/см2);

· Середньоенергетичні (створювана щільність потоку потужність випромінювання - від 0,4 до 10 Вт/см2);

· Низькоенергетичні (створювана щільність потоку потужність випромінювання - менше 0,4 Вт/см2).

· м'яке (створювана енергетична опроміненість - Е або щільність потоку потужності на опромінюваної поверхні - до 4 мВт/см2);

· Середнє (Е - від 4 до 30 мВт/см2);

· Жорстке (Е - більше 30 мВт/см2).

Відповідно до " Санітарними нормамита правилами пристрою та експлуатації лазерів № 5804-91» за ступенем небезпеки генерованого випромінювання для обслуговуючого персоналулазери поділяються на чотири класи.

До лазерів першого класу належать такі технічні пристрої, вихідне коліміноване (укладене в обмеженому тілесному вугіллі) випромінювання яких не становить небезпеки при опроміненні очей та шкіри людини.

Лазери другого класу - це пристрої, вихідне випромінювання яких становить небезпеку при опроміненні очей прямим та дзеркально відбитим випромінюванням.

Лазери третього класу - це пристрої, вихідне випромінювання яких становить небезпеку при опроміненні очей прямим і дзеркально відбитим, а також дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від поверхні, що дифузно відбиває, і (або) при опроміненні шкіри прямим і дзеркально відбитим випромінюванням.

Лазери четвертого класу - це пристрої, вихідне випромінювання яких становить небезпеку при опроміненні шкіри дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від поверхні, що дифузно відбиває.

Точний розкрій металу – завдання не з легких. Застосовуються фрезери, плазморізи, гідроабразивні різаки.

З недавніх пір стало можливим застосування наукових розробоку промисловості і навіть у побуті, і лазерний різак по металі з фантастичного аксесуару перетворився на звичайний інструмент, який можна придбати. У тому числі й для особистого користування.

Вартість промислового обладнаннявиходить за рамки здорового глузду. Але за певних обсягів комерційного використання, покупка можлива. Якщо площа обробки не виходить за рамки 0,5 м на 1 м, можна вкластися в 100 тис. рублів. Це реальна сума для невеликої металообробної майстерні.

Установка лазерного різання металу – принцип роботи

Йтиметься не про гіперболоїд інженера Гаріна, залишимо цю тему для фантастів. Розміри випромінювача та його потужність, як і раніше, є непереборною перешкодою для створення портативних бойових лазерів, або ріжучого інструментуїх основі.

Промислові установки для ручного застосування практично не є ручними приладами. Сама установка стаціонарна і подає енергію лазерного променя до ріжучої головки за допомогою оптоволокна. Та й захист у оператора повинен бути на рівні космонавта або на худий кінець сталевара.

Важливо! Будь-який, навіть мало потужний лазер, при безконтрольному включенні, може призвести до пожежі, серйозних травм і матеріальних збитків.

Перш ніж починати робити лазер своїми руками для різання металу, і тим більше робити пробне включення, подбайте про заходи безпеки та захисту очей.Відбитий від металу промінь також має руйнівну силу.

Принцип роботи

Лазерний промінь створює точковий гіпернагрів оброблюваного матеріалу, що призводить до розплавлення, а при тривалому впливі - випаровування металу. Останній варіант підходить швидше для руйнування, оскільки шов виходить з нерівними краями. Та й пари металу осідають на елементах верстата, особливо на оптиці. Це скорочує термін служби.

Зробити потужний лазер, що пропалює, своїми руками – нескладне завдання, проте, крім вміння користуватися паяльником, буде потрібно уважність і акуратність підходу. Відразу варто відзначити, що глибокі знання з галузі електротехніки тут не потрібні, а змайструвати пристрій можна навіть у домашніх умовах. Головне при роботі - це дотримання запобіжних заходів, так як вплив лазерного променя згубно для очей і шкіри.

Лазер – небезпечна іграшка, яка може завдати шкоди здоров'ю за його неакуратного використання. Забороняється спрямовувати лазер на людей та тварин!

Що потрібно?

Будь-який лазер можна розбити на кілька складових:

випромінювач світлового потоку;
оптика;
джерело живлення;
стабілізатор живлення за струмом (драйвер).

Щоб зробити потужний саморобний лазер, потрібно буде розглянути всі ці складові окремо. Найбільш практичним і простим у складанні є лазер на основі лазерного діода, його і розглянемо у цій статті.

Звідки взяти діод для лазера?

Робочий орган будь-якого лазера – це лазерний діод. Його можна купити майже в будь-якому магазині радіотехніки або дістати з неробочого приводу для компакт-дисків. Справа в тому, що непрацездатність приводу рідко пов'язана з виходом із ладу лазерного діода. Маючи в наявності зламаний привід, можна без зайвих витратдістати потрібний елемент. Але треба враховувати, що його тип та властивості залежать від модифікації приводу.

Найслабший лазер, що працює в інфрачервоному діапазоні, встановлений у CD-ROM дисководах. Його потужності вистачає тільки для зчитування CD дисків, а промінь майже невидимий і не здатний пропалювати предмети. У CD-RW вбудований потужніший лазерний діод, придатний для пропалювання і розрахований на ту саму довжину хвилі. Він вважається найбільш небезпечним, тому що випромінює промінь у невидимій для ока зоні спектру.

Дисковод DVD-ROM оснащений двома слабкими лазерними діодами, енергії яких вистачає лише читання CD і DVD дисків. У приводі DVD-RW встановлений червоний лазер великої потужності. Його промінь видно при будь-якому освітленні і може легко спалахувати деякі предмети.

У BD-ROM стоїть фіолетовий або синій лазер, який за параметрами схожий з аналогом DVD-ROM. З BD-RE, що пишуть, можна дістати найбільш потужний лазерний діод з красивим фіолетовим або синім променем, здатним до пропалення. Однак знайти для розбирання такий привод досить складно, а робочий пристрійкоштує дорого.

Найкращим є лазерний діод, взятий з приводу, що пише. DVD-RW дисків. Найбільш якісні лазерні діоди встановлені в LG, Sony та Samsung приводах.

Чим вища швидкість запису DVDприводу, тим сильніше встановлений у ньому лазерний діод.

Розбір приводу

Маючи перед собою привід, перш за все знімають верхню кришку, відкрутивши 4 гвинти. Потім витягують рухомий механізм, що знаходиться в центрі і з'єднаний з друкованою платою гнучким шлейфом. Наступна мета - лазерний діод, надійно впресований в радіаторі з алюмінієвого або алюмінієвого металу. Перед його демонтажем рекомендується забезпечити захист від статичної електрики. Для цього висновки лазерного діода спаюють або обмотують тонким мідним дротом.

Далі можливі два варіанти. Перший має на увазі експлуатацію готового лазера у вигляді стаціонарної установки разом зі штатним радіатором. Другий варіант - це складання пристрою в корпусі переносного ліхтарика або лазерної указки. У цьому випадку доведеться прикласти силу, щоб розкусити або розпиляти радіатор, не пошкодивши випромінюючий елемент.

Драйвер

До живлення лазера необхідно поставитись відповідально. Як і для світлодіодів, це має бути джерело стабілізованого струму. В інтернеті зустрічається безліч схем живлення від батарейки або акумулятора через обмежувальний резистор. Достатність такого рішення є сумнівною, оскільки напруга на акумуляторі або батарейці змінюється в залежності від рівня заряду. Відповідно струм, що протікає через випромінюючий діод лазера, сильно відхилятиметься від номінального значення. В результаті на малих струмах пристрій працюватиме не ефективно, а на великих – призведе до швидкого зниження інтенсивності його випромінювання.

Оптимальним варіантом вважається використання найпростішого стабілізатора струму, побудованого на базі. Ця мікросхема відноситься до розряду універсальних інтегральних стабілізаторів з можливістю самостійного завданняструму та напруги на виході. Працює мікросхема в широкому діапазоні вхідної напруги: від 3 до 40 вольт.

Аналогом LM317 є вітчизняна мікросхема КР142ЕН12.

Для першого лабораторного експерименту підійде схема, наведена нижче. Розрахунок єдиного у схемі резистора виробляють за такою формулою: R=I/1,25, де I – номінальний струм лазера (довідкове значення).

Іноді на виході стабілізатора паралельно діоду встановлюють полярний конденсатор на 2200 мкФх16 і неполярний конденсатор на 0,1 мкФ. Їхня участь виправдана у разі подачі напруги на вхід від стаціонарного блоку живлення, який може пропустити незначну змінну складову та імпульсну перешкоду. Одна з таких схем, яка розрахована на живлення від батарейки «Крона» або невеликого акумулятора, представлена нижче.

На схемі вказано зразкове значення резистора R1. Для його точного розрахунку необхідно скористатися наведеною вище формулою.

Зібравши електричну схемуможна зробити попереднє включення і як доказ працездатності схеми, спостерігати яскраво-червоне розсіяне світло випромінюючого діода. Вимірявши його реальний струм та температуру корпусу, варто задуматися про необхідність встановлення радіатора. Якщо лазер використовуватиметься в стаціонарній установці на великих струмах тривалий час, то необхідно обов'язково передбачити пасивне охолодження. Тепер для досягнення мети залишилося зовсім небагато: зробити фокусування та отримати вузьконаправлений промінь великої потужності.

Оптика

Висловлюючись по-науковому, настав час спорудити простий коліматор, пристрій для одержання пучків паралельних світлових променів. Ідеальним варіантом для цього буде штатна лінза, взята з приводу. З її допомогою можна отримати досить тонкий лазерний промінь діаметром близько 1 мм. Кількості енергії такого променя достатньо, щоб наскрізь пропалювати папір, тканину та картон за лічені секунди, плавити пластик і випалювати по дереву. Якщо сфокусувати тонший промінь, то даним лазером можна різати фанеру та оргскло. Але налаштувати та надійно закріпити лінзу від приводу досить складно через її малу фокусну відстань.

Набагато простіше збудувати коліматор на основі лазерної указки. До того ж у корпусі можна помістити драйвер і невеликий акумулятор. На виході вийде промінь в діаметрі близько 1,5 мм меншої дії, що пропалює. У туманну погоду або за рясним снігопадом можна спостерігати неймовірні світлові ефекти, направивши світловий потік у небо.

Через інтернет-магазин можна придбати готовий коліматор, спеціально призначений для кріплення та налаштування лазера. Його корпус стане радіатором. Знаючи розміри всіх складових частин пристрою, можна купити дешевий світлодіодний ліхтарик та скористатися його корпусом.

Насамкінець хочеться додати кілька фраз про небезпеку лазерного випромінювання. По-перше, ніколи не спрямовуйте промінь лазера в очі людей та тварин. Це призводить до серйозних порушень зору. По-друге, під час експериментів із червоним лазером надягайте зелені окуляри. Вони перешкоджають проходженню переважно червоної складової спектра. Кількість світла, що пройшли крізь окуляри, залежить від довжини хвилі випромінювання. Дивитися з боку на лазерний промінь без захисних засобівдопускається лише короткочасно. Інакше може виникнути біль у власних очах.

Читайте також

Слово "лазер" або "laser" є абревіатурою від "light amplification by stimulated emission of radiation." Російською: - «посилення світла у вигляді вимушеного випромінювання», чи оптичний квантовий генератор. Перший лазер, в якому як резонатор застосували вкритий сріблом рубіновий циліндр, був розроблений у 1960 році "Hughes Research Laboratories", Каліфорнія. Сьогодні лазери використовуються для різних цілей, починаючи від вимірювання різних величин до читання кодованих даних. Існує кілька способів зробити лазер, залежно від вашого бюджету та навичок.

Кроки

Частина 1

Розуміння того, як працює лазер

Для роботи лазера необхідно джерело енергії.Лазери працюють шляхом збудження електронів активного середовища лазера зовнішнім джереломенергії та стимулювання їх до випромінювання світла певної довжини хвилі. Цей процес був вперше запропонований в 1917 Альбертом Ейнштейном. Для того щоб електрони (в атомах активного середовища лазера) випромінювали світло, вони повинні спочатку поглинути енергію, перейшовши на вищу орбіту, а потім віддати цю енергію у вигляді частки світла при поверненні на вихідну орбіту. Такий спосіб введення енергії в активне середовище лазера називають "накачуванням".

Канальне проходження енергії через активне (підсилювальне) середовище.Підсилююче середовище або активне лазерне середовище збільшує силу світла за рахунок індукованого (вимушеного) випромінювання, що виділяється електронами. Підсилюючим середовищем може бути будь-яка структура або речовина з наведених нижче:

Установка дзеркал для утримання світла всередині лазера.Дзеркала, або резонатори, утримують світло в межах робочої камери лазера, поки накопичиться бажаний рівень енергії для випромінювання через маленький отвір в одному з дзеркал або через лінзу.

Найпростіший резонатор або «лінійний резонатор» використовує два дзеркала, розміщені на протилежних сторонах робочої камери лазера, що генерує один вихідний промінь.
Більш складний «кільцевий резонатор» використовує три або більше дзеркал. Він може генерувати кілька променів чи один промінь за допомогою оптичного ізолятора.

Застосування фокусуючої лінзи для спрямування світла через посилююче середовище.Поряд із дзеркалами, лінза допомагає сконцентрувати і направити світло так, щоб підсилювальне середовище отримає якнайбільше світла.

Частина 2

Побудова Лазера

Метод перший: Створення лазера із комплекту

Купівля.Можна купити в магазині електроніки або купити через інтернет "лазерний комплект", "лазерний набір", "лазерний модуль" або "діод". Лазерний комплект повинен включати наступне:

Схема драйвера. Іноді продається окремо з інших компонентів. Підберіть схему драйвера, яка дозволить регулювати струм.
Лазерний діод.
Регулююча лінза може бути зі скла або пластику. Як правило, діод та лінза зібрані разом у невеликій трубці. Ці компоненти іноді продаються окремо без драйвера.

Складання схеми драйвера.Багато лазерних наборів продаються з незібраним драйвером. Ці набори включають друковану плату і відповідні деталі, а вам належить спаяти їх, слідуючи схемі, що додається. Деякі набори можуть мати драйвер у зібраному вигляді.

Підключіть блок керування до лазерного діода.Якщо у вас є цифровий мультиметр, ви зможете увімкнути його в ланцюг діода для контролю струму. Більшість лазерних діодів мають струм, що знаходиться в діапазоні від 30 до 250 міліампер (мА). Діапазон струму від 100 до 150 мА дасть досить потужний промінь.
- Можна дати і потужніший струм на лазерний діод, щоб отримати потужніший промінь, але додатковий струм скоротить термін служби або навіть спалює діод.
Підключіть джерело живлення або акумулятор до драйвера.Лазерний діод має яскраво світитися.
Повертаючи лінзу, сфокусуйте лазерний промінь.Направте його на стіну і фокусуйте, доки не з'явиться гарна, яскрава точка.
- Після того як ви відрегулювали лінзу таким чином, помістіть сірник на лінію променя і обертайте лінзу доки не побачите, що сірникова головка почне диміти. Можна також спробувати лопати повітряні куліабо пропалити отвори в папері.

Метод другий: Побудова лазера на діоді зі старого DVD або Blu-ray приводу

Візьміть старий DVD або Blu-Ray плеєр або привід.Вибирайте пристрої зі швидкістю запису 16x або швидше. Ці пристрої мають лазерні діоди з вихідною потужністю 150мВт або більше.
- DVD привід має червоний лазерний діод із довжиною хвилі 650нм.
- Blu-Ray привід має синій лазерний діод із довжиною хвилі 405нм.
- DVD-привід повинен бути достатньо в хорошому стані, щоб записувати диски, хоча і не обов'язково успішно. Іншими словами, його діод має бути справним.
- Не варто намагатися використовувати DVD, що читає, читає і пишучий CD замість пишучого DVD. DVD, що читає, має червоний діод, але не такий потужний, як у пишучому DVD. Лазерний діод в пишучому CD досить потужний, але випромінює світло в інфрачервоному діапазоні, і ви отримаєте промінь, який не видно оку
Вилучення лазерного діода з приводу.Переверніть привід нижньою частиною догори. Ви побачите гвинти, які доведеться відкрутити, перш ніж ви зможете відокремити механізм приводу та витягнути діод.
- Після того як ви розберете привід, ви побачите пару металевих напрямних утримуваних на місці за допомогою гвинтів. Вони підтримують лазерний комплект. Відкрутіть напрямні, щоб їх видалити. Вийміть лазерний комплект.
- Лазерний діод за розміром менший, ніж копійка. Він має три металеві контакти у вигляді ніжок. Може бути поміщений у металеву оболонку із прозорим захисним вікном або без вікна, а може бути нічим не закритий.
- Вам належить витягнути діод з лазерної головки. Можливо, буде легше, якщо спочатку зняти тепловідведення зі складання, перш ніж намагатися витягти діод. Якщо ви маєте антистатичний браслет, використовуйте його під час видалення діода.
- Поводьтеся з лазерним діодом обережно, тим більше, якщо це незахищений діод. Якщо у вас є антистатичний контейнер, помістіть діод до нього, доки ви не почнете збирати лазер.
Приготуйте лінзу, що фокусує.Вам доведеться пропустити промінь від діода через лінію фокусування, щоб використовувати його в якості лазера. Ви можете зробити це одним із двох способів:
- Використання збільшувального скла як фокусуючої лінзи. Повертайте лінзу так, щоб знайти потрібне місцедля отримання сфокусованого лазерного променя При необхідності це доведеться робити щоразу перед використанням лазера.
- Купуйте малопотужний лазерний діод, наприклад 5мВт у зборі з лінзою та трубкою. Потім замініть його на лазерний діод від запису DVD.

Коли в домашньому господарствівиникає потреба розкроїти металевий лист, то тут не обійтися без лазерного різака, власноруч зібраного.

Друге життя простих речей

Домашній майстер завжди знайде застосування навіть тим речам, які стали непридатними. Так, стара лазерна указка може знайти друге життя і перетворитися на лазерний різак.Для того, щоб втілити цю ідею в життя, знадобляться:

Лазерна вказівка.
Ліхтарик.
Батарейки (краще взяти акумуляторні).
CD/DVD-RW рекордер, що має привід з робочим лазером.
Паяльник.
Викрутки у наборі.

Робота починається з вилучення з приводу лазерного різака. Це старанна робота, що вимагає максимальної уваги. При знятті верхнього кріплення можна натрапити на каретку із вбудованим лазером. Він може рухатися за двома напрямками. Каретка має бути витягнута з особливою обережністю, всі роз'ємні пристрої та шурупи знято акуратно. Далі необхідно зняти червоний діод, який здійснює пропалення. Цю роботу можна виконати за допомогою паяльника. Слід зазначити, що ця важлива деталь потребує підвищеної уваги. Її не рекомендується ні струшувати, ні упускати.

Для збільшення потужності лазерного різака в підготовленій указці необхідно замінити "рідний" діод на вийнятий з рекордера.

Вказівку слід розбирати послідовно та акуратно. Вона розкручується та поділяється на частини. Деталь, що вимагає заміни, розташована вгорі. Якщо витягти її складно, то допомогти собі можна ножем, злегка потряхуючи вказівку. На місце "рідного" діода встановлюється новий. Закріпити його можна за допомогою клею.

Наступний етап роботи – спорудження нового корпусу. Тут знадобиться старий ліхтарик. Завдяки йому новим лазером зручно користуватиметься, підключатиме його до живлення. Удосконалена торцева частина вказівки встановлюється у корпус ліхтарика. Потім від акумуляторних батарей до діода підключається живлення. При підключенні дуже важливо правильно встановити полярність. Перед тим як збирати ліхтарик, потрібно видалити скло і деталі указки, що залишилися, щоб ніщо не заважало прямому ходу променя лазера.

Перед тим як використовувати своїми руками зібраний агрегат, необхідно ще раз перевірити, чи міцно закріплений і рівно встановлений лазер, чи правильно підключена полярність проводів.

Якщо все виконано правильно, агрегат можна користуватися. Працювати по металу буде складно, оскільки апарат має невелику потужність, але запалити папір, поліетилен або щось подібне цілком реальне.

Повернутись до змісту

Удосконалена модель

Може бути виготовлений потужніший саморобний лазерний різак. Для роботи потрібно підготувати:

CD/DVD-RW рекордер (може бути використана неробоча модель).
Резистори 2-5 Ом.
Батарейки.
Конденсатори 100 пФ та 100 мФ.
Дріт.
Паяльник.
Коліматор.
Світлодіодний ліхтарик у сталевому корпусі.

З цих комплектуючих збирається драйвер, що через плату забезпечуватиме різаку необхідну потужність. Слід пам'ятати, що джерело струму до діода не підключається. Інакше він прийде на повну непридатність. Підключити живлення можна лише через баластний опір.

У ролі коліматора виступає корпус із лінзою. Саме вона збиратиме промені в єдиний пучок. Цю деталь можна придбати у спеціалізованому магазині. Деталь хороша тим, що у ній передбачено гніздо для монтажу лазерного діода.

Цей лазер виготовляється так само, як попередня модель. Під час робіт необхідно використовувати антистатичні браслети, що дозволяють знімати статичну напругу з лазерного діода. Якщо придбати такі браслети неможливо, може бути використаний тонкий дріт, який потрібно намотати на діод. Потім можна переходити до збирання драйвера.