1. Головна
    2. Фізика
    3. Як зробити лазер (з ілюстраціями)

Як зробити лазер (з ілюстраціями)

Слово "лазер" або» laser “є абревіатурою від " light amplification by stimulated emission of radiation."Російською: -" посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання", або оптичний квантовий генератор. Перший лазер, в якому в якості резонатора застосували покритий сріблом рубіновий циліндр, був розроблений в 1960 році «Hughes Research Laboratories», Каліфорнія.[1].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.

Частина1 З 2:
Розуміння того, як працює лазер

  1. Для роботи лазера необхідне джерело енергії.лазери працюють шляхом збудження електронів активного середовища лазера зовнішнім джерелом енергії і стимулювання їх до випромінювання світла певної довжини хвилі. Цей процес був вперше запропонований в 1917 році Альбертом Ейнштейном.[2]для того щоб електрони (в атомах активного середовища лазера) випромінювали світло, вони повинні спочатку поглинути енергію перейшовши на більш високу орбіту, а потім віддати цю енергію у вигляді частинки світла при поверненні на вихідну орбіту. Такий спосіб введення енергії в активне середовище лазера, називають "накачуванням".”
    • У малопотужних лазерах, таких як в CD і DVD-пристроях, лазерних указках, застосовуються електронні схеми, що забезпечують електричний струм для лазерних діодів, який здійснює «накачування лазера».
    • Лазери на основі вуглекислого газу «накачують " електричними розрядами, щоб порушити електрони.
    • Ексімерні лазери отримують енергію з хімічних реакцій.[3]
    • У лазерах, зроблених на основі кристалів або стекол, в якості «накачування» використовують сильні джерела світла, такі як дуги або імпульсні лампи.[4]
  2. Канальне проходження енергії через активне (підсилює) середовище.Підсилююче середовище або активне лазерне середовище збільшує силу світла за рахунок індукованого (вимушеного) випромінювання виділяється електронами.[5] підсилюючим середовищем може бути будь-яка структура або речовина з перерахованих нижче:
    • Напівпровідники, зроблені з таких матеріалів, як арсенід галію, алюмінію арсеніду галію або Індія арсеніду галію.
    • Кристали, такі як рубін, з якого був зроблений циліндр використовуваний в лазері Hughes Laboratories. Сапфір і гранат також можуть бути використані, як і волокна з оптичного скла. Такі скла і кристали попередньо обробляються іонами рідкоземельних елементів.
    • Кераміка, яка була оброблена рідкоземельними іонами.
    • Забарвлені рідини. Наприклад, експериментальний інфрачервоний лазер був розроблений на основі джина з тоніком, як активним середовищем. Желатин у формі "десерт-желе" також успішно використовувався в якості експериментальної активного середовища лазера.[6]
    • Гази, такі як: діоксид вуглецю, азот, гелій-неонова суміш або пари ртуті.[7]
    • Хімічні реакції.
    • Електронні пучки.
    • Ядерні матеріали. Урановий лазер вперше був випущений в листопаді 1960 року, через шість місяців після першого рубінового лазера.[8]
  3. Установка дзеркал для утримування світла всередині лазера.дзеркала, або резонатори, утримують світло в межах робочої камери лазера, поки не накопичиться бажаний рівень енергії для випромінювання через маленький отвір в одному з дзеркал або через лінзу.[9]
    • Найпростіший резонатор або» лінійний резонатор " використовує два дзеркала, розміщених на протилежних сторонах робочої камери лазера генеруючий один вихідний промінь.
    • Більш складний "кільцевий резонатор" використовує три або більше дзеркала. Він може генерувати кілька променів або один промінь за допомогою оптичного ізолятора.
  4. Застосування фокусуючої лінзи для направлення світла через підсилюючу середу.поряд з дзеркалами, лінза допомагає сконцентрувати і направити світло так, що б підсилювальне середовище отримає якомога більше світла.

Частина2 З 2:
Побудова Лазера

Метод перший: створення лазера з комплекту

  1. Покупка.можна купити в магазині електроніки або купити через Інтернет "лазерний комплект", "лазерний набір", "лазерний модуль» або «лазерний діод". Лазерний комплект повинен включати в себе наступне:
    • Схема драйвера. Іноді продається окремо від інших компонентів. Підберіть схему драйвера яка дозволить регулювати струм.
    • Лазерний діод.
    • Регулююча лінза може бути зі скла або пластику. Як правило, діод і лінза зібрані разом в невеликій трубці. Ці компоненти іноді продаватися окремо без драйвера.
  2. Збірка схеми драйвера.багато лазерних наборів продаються з незібраним драйвером. Ці набори включають в себе друковану плату і відповідні деталі, а вам належить спаяти їх, слідуючи прикладеної схемою. Деякі набори можуть мати драйвер в зібраному вигляді.
    • Можна також створити свою власну схему драйвера якщо у вас є досвід складання електронних схем. Схема драйвера на основі мікросхеми LM317 є хорошим прикладом виготовлення драйвера самостійно. Обов'язково використовуйте RC ланцюг для захисту лазерного діода від імпульсів перенапруги.[10]
    • Після того як ви зберете схему драйвера, його можна перевірити, підключивши до звичайного світлодіода (LED). Якщо світлодіод не загоряється, відрегулюйте потенціометр. Якщо це не вирішує проблему, ще раз Перевірте схему, щоб переконається, що все правильно підключено.
  3. Підключіть блок управління до лазерного діода.якщо у вас є цифровий мультиметр, ви зможете включити його в ланцюг діода для контролю струму. Більшість лазерних діодів мають струм знаходиться в діапазоні від 30 до 250 міліампер (мА). Діапазон струму від 100 до 150 мА дасть досить потужний промінь.
    • Можна дати і більш потужний струм на лазерний діод, щоб отримати більш потужний промінь, але додатковий струм скоротить термін служби або навіть спалить діод.
  4. Підключіть джерело живлення або акумулятор до схеми драйвера.лазерний діод повинен яскраво світитися.
  5. Обертаючи лінзу сфокусуйте лазерний промінь.направте його на стіну і фокусуйте, поки не з'явиться хороша, яскрава точка.
    • Після того як ви відрегулювали лінзу таким чином, помістіть сірник на лінію променя і обертайте лінзу поки не побачите, що сірникова головка почне диміти. Можна також спробувати лопати повітряні кулі або пропалити отвори в папері.

Метод другий: Побудова лазера на діоді з старого DVD або Blu-Ray приводу

  1. Візьміть старий DVD або Blu-Ray пишучий 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 з довжиною хвилі 650нм.
    • Blu-Ray привід має синій лазерний діод з довжиною хвилі 405нм.
    • DVD привід повинен бути досить в хорошому стані, щоб записувати диски, хоча і не обов'язково успішно. Іншими словами, його діод повинен бути справним.
    • Не варто намагатися використовувати читає DVD, читає і пише CD замість пише DVD. Читаючий DVD 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
  2. Витяг лазерного діода з приводу.переверніть привід нижньою частиною вгору. Ви побачите гвинти, які доведеться відкрутити, перш ніж ви зможете відокремити механізм приводу і 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 для того щоб їх видалити. Вийміть лазерний комплект.
    • Лазерний діод за розміром менше, ніж Копійка. Він має три металевих контакту у вигляді ніжок. Може бути поміщений в металеву оболонку з захисним прозорим вікном або без вікна, а може бути нічим не закритий.
    • Вам належить, витягнути діод з лазерної головки. Можливо, буде легше якщо спочатку зняти тепловідвід зі збірки, перш ніж намагатися витягти діод. Якщо у вас є 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 в нього, поки ви не почнете збирати лазер.
  3. Приготуйте фокусуючу лінзу.вам доведеться пропустити промінь від діода через фокусуючу лінзу, щоб використовувати його в якості лазера. Ви можете зробити це одним з двох способів:
    • Використання збільшувального скла як фокусуючої лінзи. Обертайте лінзу так щоб знайти потрібне місце для отримання сфокусованого лазерного променя. При необхідності це доведеться робити кожен раз перед використанням лазера.
    • Купіть малопотужний лазерний діод, наприклад 5мВт в зборі з лінзою і трубкою. Потім замініть його на лазерний діод від пишучого DVD.
  4. Купуйте або зберіть схему драйвера для живлення лазерного діода.
  5. Підключіть лазерний діод до драйвера. слід з'єднати позитивний контакт з позитивним висновком схеми драйвера, негативний контакт з негативним. Розташування контактів відрізняється в залежності від того, що використовується - червоний діод від пише DVD або блакитний діод від пише Blu-Ray.
    • Візьміть лазерний діод з висновками у напрямку до вас, поверніть його таким чином, щоб ніжки утворили трикутник, який вказує вправо. На обох типах діодів ніжка вгорі є позитивним контактом.
    • На червоному діоді від DVD центральний контакт, який формує вершину трикутника, є негативним висновком.
    • На синьому діоді від пишучого Blu-Ray, нижній контакт є негативним висновком.
  6. Підключіть джерело живлення до схеми драйвера.
  7. Відрегулюйте лінзу щоб сфокусувати лазерний промінь.

Поради

  • Чим краще ви сфокусуєте лазерний промінь, тим потужніше він буде, але ефективний він буде тільки на цій відстані. Якщо ви сфокусували промінь на відстані 1м, він буде ефективний тільки на відстані 1м.якщо ви не використовуєте лазер, розфокусуйте промінь до розміру м'ячика для пінг-понгу.
  • Для захисту Вашого зібраного лазера його можна розмістити в якомусь корпусі, наприклад від світлодіодного ліхтарика або корпусу для батарейок в залежності від того, якого розміру ваш драйвер.

Попередження

  • Завжди надягайте захисні окуляри, розраховані на довжину хвилі променя лазера з яким ви працює (в даному випадку довжина хвилі лазерного діода). Лазерні окуляри повинні бути комплементарного кольору до променю лазера: зеленого якщо лазер червоний 650нм, оранжево-червоні якщо лазер синій 405нм. Не замінюйте лазерні окуляри зварювальними масками, закопченим склом або сонцезахисними окулярами.
  • Не дивіться на лазерний промінь і не світіть їм в очі комусь ще. У цій статті описані лазери класу IIIb. Цей вид лазера, може привести до пошкодження очей, навіть при носінні лазерних окулярів. Забороняється також направляти промінь лазера такого типу в довільному напрямку.
  • Не світіть лазером на світловідбиваючі поверхні. Лазерний промінь може бути відображений так само, як і несфокусованому промінь світла, тільки з великими наслідками.

Що вам знадобиться

  • лазерний комплект або окремі деталі: схема драйвера і трубка з лінзою, лазерний діод.
  • лазерний діод від пишучого DVD або Blu-ray приводу (опціонально)
  • Паяльник (якщо збирати схему драйвера самому)
  • Припій
  • викрутка (якщо розбирати пишучий DVD).
  • кліщі або пінцет (якщо розбирати пишучий DVD).
  • вимикач живлення (опція)
  • дроти для підключення діода до драйвера і драйвера до джерела живлення.
  • акумулятори, або джерело живлення (не менше 6 вольт).

Джерела

  1. ↑ Http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279
  2. ↑ Http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279
  3. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_construction
  4. ↑ http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_construction
  5. ↑ Http://www.rp-photonics.com/gain_media.html
  6. ↑ Http://www.popularmechanics.com/science/energy/next-generation/how-to-make-a-laser-from-a-gin-and-tonic
  7. ↑ http://florin.myip.org/blog/how-build-small-laser-can-burn-things
  8. ↑ Http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=42279
  9. ↑ http://www.rp-photonics.com/laser_resonators.html
  1. ↑ Http://florin.myip.org/blog/how-build-small-laser-can-burn-things

Ще почитати: