Dnes budeme hovoriť o tom, ako si vyrobiť vlastný výkonný zelený alebo modrý laser doma z improvizovaných materiálov vlastnými rukami. Zvážime aj nákresy, schémy a zariadenie domácich laserových ukazovákov so zapaľovacím lúčom a dosahom až 20 km.
Základom laserového zariadenia je optický kvantový generátor, ktorý pomocou elektrickej, tepelnej, chemickej alebo inej energie vytvára laserový lúč.
Činnosť lasera je založená na fenoméne stimulovaného (indukovaného) žiarenia. Laserové žiarenie môže byť kontinuálne, s konštantným výkonom, alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. Podstatou tohto javu je, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie, teda je jeho presnou kópiou. Takto sa zosilňuje svetlo. Tento jav sa líši od spontánnej emisie, pri ktorej majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizácie a fázy.
Pravdepodobnosť, že náhodný fotón spôsobí stimulovanú emisiu excitovaného atómu, sa presne rovná pravdepodobnosti absorpcie tohto fotónu atómom v neexcitovanom stave. Preto je na zosilnenie svetla potrebné, aby v médiu bolo viac excitovaných atómov ako tých neexcitovaných. V rovnovážnom stave táto podmienka nie je splnená, preto sa používajú rôzne systémy čerpania aktívneho média lasera (optické, elektrické, chemické atď.). V niektorých schémach sa pracovný prvok lasera používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.
V kvantovom generátore nie je žiadny externý fotónový tok, inverzná populácia sa vytvára v ňom pomocou rôznych zdrojov čerpadiel. V závislosti od zdrojov existujú rôzne spôsoby čerpania:
optická - výkonná záblesková lampa;
výboj plynu v pracovnej látke (aktívne médium);
vstrekovanie (prenos) prúdových nosičov v polovodiči v zóne
p-n prechody;
elektronické budenie (vákuové ožarovanie čistého polovodiča prúdom elektrónov);
tepelné (ohrievanie plynu s jeho následným rýchlym ochladením;
chemické (využívajúce energiu chemických reakcií) a niektoré ďalšie.
Primárnym zdrojom generovania je proces spontánnej emisie, preto na zabezpečenie kontinuity generácií fotónov je potrebné mať pozitívnu spätnú väzbu, vďaka ktorej emitované fotóny spôsobujú následné akty stimulovanej emisie. Na tento účel sa aktívne médium lasera umiestni do optického rezonátora. V najjednoduchšom prípade pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno je priesvitné - laserový lúč ním čiastočne vychádza z rezonátora.
Odrážajúc sa od zrkadiel, lúč žiarenia opakovane prechádza cez rezonátor a spôsobuje v ňom indukované prechody. Žiarenie môže byť kontinuálne alebo pulzné. Súčasne pomocou rôznych zariadení na rýchle vypínanie a zapínanie spätnej väzby a tým skrátenie periódy impulzu je možné vytvoriť podmienky na generovanie žiarenia s veľmi vysokým výkonom - to sú takzvané obrovské impulzy. Tento režim prevádzky lasera sa nazýva Q-spínaný režim.
Laserový lúč je koherentný, monochromatický, polarizovaný úzky lúč svetla. Jedným slovom je to lúč svetla vyžarovaný nielen synchrónnymi zdrojmi, ale aj vo veľmi úzkom rozsahu a smerovaný. Akýsi extrémne koncentrovaný svetelný tok.
Žiarenie generované laserom je monochromatické, pravdepodobnosť vyžarovania fotónu určitej vlnovej dĺžky je väčšia ako pravdepodobnosť vyžarovania fotónu v tesnej blízkosti spojenej s rozšírením spektrálnej čiary a pravdepodobnosť indukovaných prechodov pri tejto frekvencii má tiež maximum . Preto postupne v procese generovania budú fotóny danej vlnovej dĺžky dominovať nad všetkými ostatnými fotónmi. Navyše, vďaka špeciálnemu usporiadaniu zrkadiel sú v laserovom lúči uložené len tie fotóny, ktoré sa šíria v smere rovnobežnom s optickou osou rezonátora v malej vzdialenosti od nej, ostatné fotóny rýchlo opúšťajú objem rezonátora. . Laserový lúč má teda veľmi malý uhol divergencie. Nakoniec má laserový lúč presne definovanú polarizáciu. Na tento účel sa do rezonátora zavedú rôzne polarizátory, napríklad to môžu byť ploché sklenené dosky inštalované v Brewsterovom uhle k smeru šírenia laserového lúča.
Aká pracovná kvapalina sa v laseri používa, závisí od jeho pracovnej vlnovej dĺžky, ako aj od ďalších vlastností. Pracovné telo je „pumpované“ energiou, aby sa získal efekt inverzie populácie elektrónov, čo spôsobuje stimulovanú emisiu fotónov a efekt optického zosilnenia. Najjednoduchšou formou optického rezonátora sú dve paralelné zrkadlá (môžu byť aj štyri alebo viac) umiestnené okolo pracovného telesa lasera. Stimulované žiarenie pracovného tela sa odráža späť od zrkadiel a opäť sa zosilňuje. Až do okamihu výstupu von sa vlna môže mnohokrát odrážať.
Stručne teda sformulujme podmienky potrebné na vytvorenie zdroja koherentného svetla:
potrebujete pracovnú látku s inverzným počtom obyvateľov. Len potom je možné dosiahnuť zosilnenie svetla v dôsledku nútených prechodov;
pracovná látka by mala byť umiestnená medzi zrkadlá, ktoré poskytujú spätnú väzbu;
zisk daný pracovnou látkou, čo znamená, že počet excitovaných atómov alebo molekúl v pracovnej látke musí byť väčší ako prahová hodnota, ktorá závisí od koeficientu odrazu výstupného zrkadla.
Pri konštrukcii laserov možno použiť tieto typy pracovných telies:
Kvapalina. Používa sa ako pracovná kvapalina napríklad v farbiacich laseroch. Kompozícia obsahuje organické rozpúšťadlo (metanol, etanol alebo etylénglykol), v ktorom sú rozpustené chemické farbivá (kumarín alebo rodamín). Pracovná vlnová dĺžka kvapalinových laserov je určená konfiguráciou použitých molekúl farbiva.
Plyny. Najmä oxid uhličitý, argón, kryptón alebo zmesi plynov, ako v hélium-neónových laseroch. „Pumpovanie“ energie týchto laserov sa najčastejšie uskutočňuje pomocou elektrických výbojov.
Pevné látky (kryštály a sklá). Pevný materiál takýchto pracovných telies sa aktivuje (leguje) pridaním malého množstva iónov chrómu, neodýmu, erbia alebo titánu. Bežne používané kryštály sú ytrium-hlinitý granát, ytrium-lítiumfluorid, zafír (oxid hlinitý) a silikátové sklo. Pevné lasery sú zvyčajne „pumpované“ zábleskovou lampou alebo iným laserom.
Polovodiče. Materiál, v ktorom môže byť prechod elektrónov medzi energetickými hladinami sprevádzaný žiarením. Polovodičové lasery sú veľmi kompaktné, „napumpované“ elektrickým prúdom, čo umožňuje ich použitie v spotrebiteľských zariadeniach, ako sú CD prehrávače.
Ak chcete zmeniť zosilňovač na generátor, musíte zorganizovať spätnú väzbu. V laseroch sa to dosahuje umiestnením účinnej látky medzi odrazové plochy (zrkadlá), ktoré tvoria takzvaný "otvorený rezonátor" vďaka tomu, že časť energie vyžarovanej účinnou látkou sa odráža od zrkadiel a opäť sa vracia späť. na účinnú látku.
V Lasere sa používajú optické dutiny rôznych typov - s plochými zrkadlami, sférické, kombinácie plochých a sférických atď. V optických dutinách poskytujúcich spätnú väzbu v Lasere sa vyskytujú iba určité určité typy oscilácií elektromagnetického poľa, ktoré sa nazývajú prirodzené oscilácie alebo režimy. rezonátora, môže byť vzrušený.
Módy sú charakterizované frekvenciou a tvarom, t.j. priestorovým rozložením kmitov. V rezonátore s plochými zrkadlami sú vybudené prevažne typy kmitov zodpovedajúce rovinným vlnám šíreným pozdĺž osi rezonátora. Systém dvoch paralelných zrkadiel rezonuje len pri určitých frekvenciách - a tiež plní v laseri rolu, ktorú hrá oscilačný obvod v konvenčných nízkofrekvenčných generátoroch.
Použitie otvoreného rezonátora (a nie uzavretého - uzavretá kovová dutina - charakteristika mikrovlnného rozsahu) je zásadné, pretože v optickom rozsahu rezonátor s rozmermi L = ? (L je charakteristická veľkosť rezonátora,? je vlnová dĺžka) sa jednoducho nedá vyrobiť a pre L >> ? uzavretý rezonátor stráca svoje rezonančné vlastnosti, keď sa počet možných režimov kmitania natoľko zväčší, že sa prekrývajú.
Absencia bočných stien výrazne znižuje počet možných typov kmitov (módov) v dôsledku skutočnosti, že vlny šíriace sa pod uhlom k osi rezonátora rýchlo prekračujú svoje hranice a umožňuje zachovať rezonančné vlastnosti rezonátora pri L >> ?. Rezonátor v laseri však poskytuje nielen spätnú väzbu tým, že vracia žiarenie odrazené od zrkadiel aktívnej látke, ale určuje aj spektrum laserového žiarenia, jeho energetické charakteristiky a smerovosť žiarenia.
V najjednoduchšej aproximácii rovinnej vlny je podmienka rezonancie v rezonátore s plochými zrkadlami taká, že po dĺžke rezonátora sa zmestí celočíselný počet polovičných vĺn: L=q(?/2) (q je celé číslo), čo vedie k výrazu pre frekvenciu typu kmitania s indexom q: ?q=q(C/2L). Výsledkom je, že emisné spektrum L. je spravidla súborom úzkych spektrálnych čiar, ktorých intervaly sú rovnaké a rovné c / 2L. Počet čiar (komponentov) pre danú dĺžku L závisí od vlastností aktívneho prostredia, t. j. od spektra spontánnej emisie pri použitom kvantovom prechode a môže dosiahnuť niekoľko desiatok a stoviek. Za určitých podmienok sa ukazuje, že je možné izolovať jednu spektrálnu zložku, t.j. implementovať režim generovania jedného režimu. Spektrálna šírka každého z komponentov je určená energetickými stratami v rezonátore a predovšetkým priepustnosťou a absorpciou svetla zrkadlami.
Frekvenčný profil zosilnenia v pracovnom médiu (je určený šírkou a tvarom čiary pracovného prostredia) a súbor vlastných frekvencií otvoreného rezonátora. U otvorených rezonátorov s vysokým faktorom kvality používaných v laseroch sa šírka pásma dutiny ??p, ktorá určuje šírku rezonančných kriviek jednotlivých módov a dokonca aj vzdialenosť medzi susednými módmi ??h, ukazuje byť menšia ako zisk. šírkou čiary ??h, a to aj v plynových laseroch, kde je rozšírenie čiary minimálne. Preto do zosilňovacieho obvodu spadá niekoľko typov kmitov rezonátora.
Laser teda nemusí nutne generovať na jednej frekvencii, častejšie, naopak, generuje súčasne pri viacerých typoch kmitov, pre aký zisk? viac strát v rezonátore. Aby laser pracoval na jednej frekvencii (v jednofrekvenčnom režime), je zvyčajne potrebné vykonať špeciálne opatrenia (napríklad zvýšiť straty, ako je znázornené na obrázku 3) alebo zmeniť vzdialenosť medzi zrkadlami tak, aby len jedna móda. Pretože v optike, ako je uvedené vyššie, ah > ap a frekvencia generovania v laseri je určená hlavne frekvenciou rezonátora, je potrebné stabilizovať rezonátor, aby sa frekvencia generovania udržala stabilná. Ak teda zisk v pracovnej látke pokrýva straty v rezonátore pri určitých typoch kmitov, dochádza na nich ku generovaniu. Zárodkom jeho výskytu je, ako v každom generátore, hluk, ktorý je v laseroch spontánnou emisiou.
Aby aktívne médium emitovalo koherentné monochromatické svetlo, je potrebné zaviesť spätnú väzbu, t.j. poslať časť svetelného toku emitovaného týmto médiom späť do média na stimulovanú emisiu. Pozitívna spätná väzba sa vykonáva pomocou optických rezonátorov, čo sú v základnej verzii dve koaxiálne (paralelné a pozdĺž rovnakej osi) zrkadlá, z ktorých jedno je priesvitné a druhé je "hluché", t.j. úplne odráža svetelný tok. Pracovná látka (aktívne médium), v ktorej sa vytvára inverzná populácia, je umiestnená medzi zrkadlá. Stimulované žiarenie prechádza aktívnym prostredím, je zosilnené, odráža sa od zrkadla, opäť prechádza prostredím a ďalej sa zosilňuje. Cez priesvitné zrkadlo sa časť žiarenia vyžaruje do vonkajšieho prostredia a časť sa odráža späť do média a opäť sa zosilňuje. Za určitých podmienok začne tok fotónov vo vnútri pracovnej látky lavínovo rásť a začne sa generovať monochromatické koherentné svetlo.
Princíp činnosti optického rezonátora, prevažujúci počet častíc pracovnej látky, reprezentovaný svetelnými kruhmi, je v základnom stave, t.j. na nižšej energetickej úrovni. Len malý počet častíc, reprezentovaných tmavými kruhmi, je v elektronicky excitovanom stave. Keď je pracovná látka vystavená čerpaciemu zdroju, hlavný počet častíc prejde do excitovaného stavu (počet tmavých kruhov sa zvýšil) a vytvorí sa inverzná populácia. Ďalej (obr. 2c) dochádza k spontánnej emisii niektorých častíc v elektronicky excitovanom stave. Žiarenie smerujúce pod uhlom k osi rezonátora opustí pracovnú látku a rezonátor. Žiarenie smerované pozdĺž osi rezonátora sa priblíži k povrchu zrkadla.
V polopriepustnom zrkadle cez neho časť žiarenia prejde do okolia a časť sa odrazí a opäť nasmeruje na pracovnú látku, pričom častice v excitovanom stave zapoja do procesu stimulovanej emisie.
Na „hluchom“ zrkadle sa celý tok lúčov odrazí a opäť prejde pracovnou látkou, pričom dôjde k vyžarovaniu všetkých zostávajúcich excitovaných častíc, čo odráža situáciu, keď všetky excitované častice odovzdali svoju nahromadenú energiu, a na výstupe rezonátora, na strane polopriepustného zrkadla sa vytvoril silný tok indukovaného žiarenia.
Medzi hlavné konštrukčné prvky laserov patrí pracovná látka s určitými energetickými hladinami ich základných atómov a molekúl, zdroj pumpy, ktorý vytvára inverznú populáciu v pracovnej látke, a optický rezonátor. Existuje veľké množstvo rôznych laserov, ale všetky majú rovnakú a navyše jednoduchú schému zapojenia zariadenia, ktorá je znázornená na obr. 3.
Výnimkou sú polovodičové lasery kvôli ich špecifickosti, pretože majú všetko špeciálne: fyziku procesov, čerpacie metódy a dizajn. Polovodiče sú kryštalické útvary. V samostatnom atóme má energia elektrónu presne definované diskrétne hodnoty, a preto sú energetické stavy elektrónu v atóme opísané v úrovniach. V polovodičovom kryštáli tvoria energetické hladiny energetické pásy. V čistom polovodiči, ktorý neobsahuje žiadne nečistoty, sú dva pásy: takzvaný valenčný pás a pás vodivosti umiestnený nad ním (na energetickej stupnici).
Medzi nimi je medzera zakázaných energetických hodnôt, ktorá sa nazýva pásmová medzera. Pri teplote polovodiča rovnej absolútnej nule musí byť valenčný pás úplne naplnený elektrónmi a vodivý pás musí byť prázdny. V reálnych podmienkach je teplota vždy nad absolútnou nulou. Ale zvýšenie teploty vedie k tepelnej excitácii elektrónov, niektoré z nich preskočia z valenčného pásma do vodivého pásma.
V dôsledku tohto procesu sa vo vodivom pásme objaví určitý (relatívne malý) počet elektrónov a zodpovedajúci počet elektrónov bude vo valenčnom pásme chýbať, kým sa úplne nenaplní. Prázdne miesto elektrónov vo valenčnom pásme predstavuje kladne nabitá častica, ktorá sa nazýva diera. Kvantový prechod elektrónu cez pásovú medzeru zdola nahor sa považuje za proces generovania páru elektrón-diera s elektrónmi sústredenými na spodnom okraji vodivého pásma a otvormi na hornom okraji valenčného pásma. Prechody cez zakázanú zónu sú možné nielen zdola nahor, ale aj zhora nadol. Tento proces sa nazýva rekombinácia elektrón-diera.
Keď je čistý polovodič ožiarený svetlom, ktorého energia fotónu o niečo presahuje zakázaný pás, môžu v polovodičovom kryštáli nastať tri typy interakcie svetla s látkou: absorpcia, spontánna emisia a stimulovaná emisia svetla. Prvý typ interakcie je možný, keď je fotón absorbovaný elektrónom umiestneným blízko horného okraja valenčného pásma. V tomto prípade bude energetická sila elektrónu dostatočná na prekonanie zakázaného pásma a kvantový prechod do vodivého pásma. Spontánna emisia svetla je možná, keď sa elektrón spontánne vráti z vodivého pásma do valenčného pásma s emisiou energetického kvanta - fotónu. Vonkajšie žiarenie môže iniciovať prechod do valenčného pásma elektrónu umiestneného blízko spodného okraja vodivého pásma. Výsledkom tohto tretieho typu interakcie svetla s polovodičovou substanciou bude zrodenie sekundárneho fotónu, identického svojimi parametrami a smerom pohybu s fotónom, ktorý inicioval prechod.
Na generovanie laserového žiarenia je potrebné vytvoriť v polovodiči inverznú populáciu „pracovných úrovní“ - vytvoriť dostatočne vysokú koncentráciu elektrónov na spodnom okraji vodivého pásma a podľa toho aj vysokú koncentráciu otvorov na okraji. valenčného pásma. Na tieto účely čisté polovodičové lasery zvyčajne využívajú čerpanie elektrónovým lúčom.
Zrkadlá rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu. Nevýhodou takýchto laserov je, že mnohé polovodičové materiály generujú laserové žiarenie len pri veľmi nízkych teplotách a bombardovanie polovodičových kryštálov elektrónovým lúčom spôsobuje jeho silné zahrievanie. To si vyžaduje dodatočné chladiace zariadenia, čo komplikuje konštrukciu zariadenia a zväčšuje jeho rozmery.
Vlastnosti dopovaných polovodičov sa výrazne líšia od vlastností nedopovaných čistých polovodičov. Je to spôsobené tým, že atómy niektorých nečistôt ľahko darujú jeden zo svojich elektrónov do vodivého pásma. Tieto nečistoty sa nazývajú donorové nečistoty a polovodič s takýmito nečistotami sa nazýva n-polovodič. Atómy iných nečistôt naopak zachytia jeden elektrón z valenčného pásma a takéto nečistoty sú akceptorom a polovodič s takýmito nečistotami je p-polovodič. Energetická hladina atómov nečistôt sa nachádza vo vnútri zakázaného pásu: pre n-polovodiče nie je ďaleko od spodného okraja vodivého pásma, pre f-polovodiče je blízko horného okraja valenčného pásma.
Ak sa v tejto oblasti vytvorí elektrické napätie tak, že na strane p-polovodiča je kladný pól a na strane n-polovodiča záporný pól, potom pôsobením elektrického poľa elektróny z n -polovodič a otvory z p-polovodiča sa presunú (vstreknú) do oblasti rn - prechod.
Počas rekombinácie elektrónov a dier budú emitované fotóny a v prítomnosti optického rezonátora je možné generovanie laserového žiarenia.
Zrkadlá optického rezonátora sú leštené plochy polovodičového kryštálu, orientované kolmo na rovinu prechodu pn. Takéto lasery sa vyznačujú miniaturizáciou, keďže rozmery polovodičového aktívneho prvku môžu byť okolo 1 mm.
V závislosti od uvažovanej funkcie sú všetky lasery rozdelené nasledovne).
Prvý znak. Je zvykom rozlišovať medzi laserovými zosilňovačmi a generátormi. V zosilňovačoch je slabé laserové žiarenie privádzané na vstup a na výstupe je zodpovedajúcim spôsobom zosilnené. V generátoroch nie je žiadne vonkajšie žiarenie, vzniká v pracovnej látke jej budením pomocou rôznych čerpacích zdrojov. Všetky lekárske laserové zariadenia sú generátory.
Druhým znakom je fyzikálny stav pracovnej látky. V súlade s tým sa lasery delia na pevné (rubín, zafír atď.), plynové (hélium-neón, hélium-kadmium, argón, oxid uhličitý atď.), kvapalné (kvapalné dielektrikum s nečistotami pracujúcimi atómami vzácnych kovy zemín) a polovodičové (arzenid-gálium, arzenid-fosfid-gálium, selenid-olovo atď.).
Spôsob budenia pracovnej látky je tretím rozlišovacím znakom laserov. V závislosti od zdroja budenia existujú lasery s optickým čerpaním, s čerpaním v dôsledku výboja plynu, elektronickou excitáciou, vstrekovaním nosiča náboja, s tepelným, chemickým čerpaním a niektoré ďalšie.
Emisné spektrum lasera je ďalším znakom klasifikácie. Ak je žiarenie sústredené v úzkom rozsahu vlnových dĺžok, potom je zvykom považovať laser za monochromatický a v jeho technických údajoch je uvedená špecifická vlnová dĺžka; ak je v širokom rozsahu, potom by sa mal laser považovať za širokopásmový a mal by sa uviesť rozsah vlnových dĺžok.
Podľa charakteru vyžarovanej energie sa rozlišujú pulzné lasery a lasery s kontinuálnou vlnou. Pojmy pulzný laser a laser s frekvenčnou moduláciou kontinuálneho žiarenia by sa nemali zamieňať, pretože v druhom prípade dostávame v skutočnosti nespojité žiarenie rôznych frekvencií. Impulzné lasery majú vysoký výkon v jedinom pulze, dosahujúci 10 W, pričom ich priemerný pulzný výkon, určený zodpovedajúcimi vzorcami, je relatívne nízky. Pre cw lasery s frekvenčnou moduláciou je výkon v takzvanom pulze nižší ako výkon kontinuálneho žiarenia.
Podľa priemerného výstupného výkonu žiarenia (ďalší klasifikačný znak) sa lasery delia na:
vysokoenergetická (vytvorená hustota toku žiarenia na povrchu objektu alebo biologického objektu - viac ako 10 W / cm2);
stredná energia (vytvorená hustota toku žiarenia - od 0,4 do 10 W / cm2);
nízkoenergetický (vytvorený výkon žiarenia s hustotou toku - menej ako 0,4 W/cm2).
Mäkká (vytvorená energetická expozícia - E alebo hustota toku energie na ožiarenom povrchu - do 4 mW/cm2);
priemer (E - od 4 do 30 mW / cm2);
tvrdý (E - viac ako 30 mW / cm2).
V súlade s hygienickými normami a pravidlami pre konštrukciu a prevádzku laserov č. 5804-91, podľa stupňa nebezpečenstva vznikajúceho žiarenia pre obsluhujúci personál, sú lasery rozdelené do štyroch tried.
Medzi prvotriedne lasery patria také technické zariadenia, ktorých výstupné kolimované (obsiahnuté v obmedzenom priestorovom uhle) žiarenie nepredstavuje nebezpečenstvo pri ožiarení pre oči a pokožku človeka.
Lasery druhej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie je nebezpečné pri vystavení zraku priamym a zrkadlovo odrazeným žiarením.
Lasery tretej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie je nebezpečné, keď sú oči vystavené priamemu a zrkadlovo odrazenému, ako aj difúzne odrazenému žiareniu vo vzdialenosti 10 cm od difúzne odrážajúceho povrchu a (alebo) pri vystavení pokožky na priame a zrkadlovo odrazené žiarenie.
Lasery triedy 4 sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie je nebezpečné, keď je pokožka vystavená difúzne odrazenému žiareniu vo vzdialenosti 10 cm od difúzne odrážajúceho povrchu.
Laserová rezačka je jedinečná vychytávka, ktorú sa hodí mať v garáži každého moderného muža. Nie je ťažké vyrobiť laser na rezanie kovu vlastnými rukami, hlavnou vecou je dodržiavať jednoduché pravidlá. Výkon takéhoto zariadenia bude malý, ale existujú spôsoby, ako ho zvýšiť pomocou improvizovaných zariadení. Funkčnosť výrobného stroja, ktorý bez prikrášlenia zvládne čokoľvek, sa domácou prácou nedosiahne. Ale pre domáce práce sa táto jednotka bude hodiť. Pozrime sa, ako ho postaviť.
Všetko je geniálne jednoduché, takže na vytvorenie takého zariadenia, ktoré dokáže vyrezať tie najkrajšie vzory v pevných oceliach, si ho vyrobíte z bežných materiálov po ruke. Na výrobu budete určite potrebovať staré laserové ukazovátko. Okrem toho sa zásobte:
- Svietidlo napájané nabíjateľnými batériami.
- Starý DVD-ROM, z ktorého musíme extrahovať matricu laserovej mechaniky.
- Súprava spájkovačky a skrutkovača.
Prvým krokom je demontáž jednotky starého počítača. Odtiaľ by sme mali odstrániť zariadenie. Dávajte pozor, aby ste nepoškodili samotné zariadenie. Disková jednotka musí byť zapisovač, nie iba čítačka, ide o štruktúru matice zariadenia. Teraz nepôjdeme do detailov, ale použijeme len moderné nefunkčné modely.
Potom budete určite musieť odstrániť červenú diódu, ktorá napaľuje disk pri zapisovaní informácií naň. Práve sme si vzali spájkovačku a rozpájkuli upevňovacie prvky tejto diódy. Len to nevyhadzujte. Ide o citlivý prvok, ktorý sa v prípade poškodenia môže rýchlo znehodnotiť.
Pri montáži samotnej laserovej rezačky zvážte nasledovné:
- Kde je najlepšie miesto na inštaláciu červenej diódy
- Ako budú napájané prvky celého systému?
- Ako bude prúdiť elektrický prúd v časti.
Pamätajte! Dióda, ktorá bude vykonávať horenie, vyžaduje oveľa viac elektriny ako prvky ukazovateľa.
Riešenie tejto dilemy je jednoduché. Diódu z ukazovateľa vystrieda červené svetlo z pohonu. Ukazovateľ by ste mali rozoberať s rovnakou starostlivosťou ako disk, poškodenie konektorov a držiakov vám zničí budúcnosť vlastnými rukami. Keď to urobíte, môžete začať vyrábať domáce puzdro.
K tomu budete potrebovať baterku a dobíjacie batérie, ktoré budú napájať laserovú rezačku. Vďaka baterke získate pohodlný a skladný predmet, ktorý vo vašej domácnosti nezaberie veľa miesta. Kľúčom k výbave takéhoto puzdra je výber správnej polarity. Z bývalej baterky sa odstráni ochranné sklo, aby nebolo prekážkou smerového lúča.
Ďalším krokom je napájanie samotnej diódy. Aby ste to dosiahli, musíte ho pripojiť k nabíjačke batérie, pričom dbajte na polaritu. Nakoniec skontrolujte:
- Spoľahlivosť upevnenia zariadenia v svorkách a svorkách;
- Polarita zariadenia;
- smer lúča.
Zaskrutkujte nepresnosti a keď je všetko pripravené, môžete si gratulovať k úspešne dokončenej práci. Rezačka je pripravená na použitie. Jediná vec, ktorú si treba pamätať, je, že jeho sila je oveľa menšia ako sila jeho výrobného náprotivku, takže príliš hrubý kov je nad jeho sily.
Opatrne! Výkon zariadenia je dostatočný na poškodenie zdravia, preto buďte pri obsluhe opatrní a snažte sa nestrkať prsty pod lúč.
Posilnenie domácej inštalácie
Na zvýšenie výkonu a hustoty lúča, ktorý je hlavným rezným prvkom, by ste mali pripraviť:
- 2 "kondéry" pre 100 pF a mF;
- Odpor pri 2-5 ohmoch;
- 3 nabíjateľné batérie;
- kolimátor.
Inštaláciu, ktorú ste už zostavili, je možné posilniť, aby ste získali dostatok energie v každodennom živote pre akúkoľvek prácu s kovom. Pri práci na zosilňovaní pamätajte na to, že zapojenie rezačky priamo do zásuvky bude pre ňu samovražda, preto je potrebné dbať na to, aby prúd najskôr zasiahol kondenzátory, až potom sa dostane do batérií.
Pridaním odporov môžete zvýšiť výkon vašej inštalácie. Na ďalšie zvýšenie účinnosti vášho zariadenia použite kolimátor, ktorý je namontovaný na zber lúča. Takýto model sa predáva v akomkoľvek obchode pre elektrikára a cena sa pohybuje od 200 do 600 rubľov, takže nie je ťažké ho kúpiť.
Ďalej, montážna schéma sa vykonáva rovnakým spôsobom, ako je uvedené vyššie, iba hliníkový drôt by mal byť navinutý okolo diódy, aby sa odstránil statický náboj. Potom musíte zmerať aktuálnu silu, na ktorú sa odoberá multimeter. Oba konce zariadenia sú pripojené k zostávajúcej dióde a merané. V závislosti od vašich potrieb môžete nastaviť hodnoty od 300 mA do 500 mA.
Po vykonaní aktuálnej kalibrácie môžete pristúpiť k estetickej výzdobe vašej baterky. Pre prípad poslúži stará oceľová baterka s LED diódami. Je kompaktný a zmestí sa do vrecka. Aby sa šošovka nezašpinila, určite si zaobstarajte puzdro.
Hotové vykrajovačky uložte do škatule alebo puzdra. Nesmie sa tam dostať prach alebo vlhkosť, inak bude zariadenie deaktivované.
Aký je rozdiel medzi pripravenými modelmi
Náklady sú hlavným dôvodom, prečo sa mnohí remeselníci uchýlia k výrobe vlastnej laserovej rezačky. A princíp práce je nasledovný:
- V dôsledku vytvorenia smerového laserového lúča je ovplyvnený kov
- Silné žiarenie spôsobuje, že sa materiál vyparuje a vystupuje pod silou prúdu.
- Výsledkom je, že vďaka malému priemeru laserového lúča sa získa vysoko kvalitný rez obrobku.
Hĺbka rezu bude závisieť od výkonu komponentov. Ak sú továrenské modely vybavené vysoko kvalitnými materiálmi, ktoré poskytujú dostatočný indikátor hĺbky. Potom sa domáce modely dokážu vyrovnať s nárazom 1-3 cm.
Vďaka takýmto laserovým systémom môžete vytvoriť jedinečné vzory v plote súkromného domu, príslušenstvo na zdobenie brán alebo plotov. Existujú iba 3 typy fréz:
- Pevné skupenstvo. Princíp činnosti je viazaný na použitie špeciálnych typov skla alebo kryštálov LED zariadení. Ide o lacné výrobné jednotky, ktoré sa používajú vo výrobe.
- Vláknina. Vďaka použitiu optického vlákna je možné dosiahnuť silný prietok a dostatočnú hĺbku rezu. Sú to analógy pevných modelov, ale vďaka svojim schopnostiam a výkonnostným charakteristikám sú lepšie ako oni. Ale aj drahšie.
- Plyn. Už z názvu je jasné, že na prevádzku sa používa plyn. Môže to byť dusík, hélium, oxid uhličitý. Účinnosť takýchto zariadení je o 20% vyššia ako účinnosť všetkých predchádzajúcich. Používajú sa na rezanie, zváranie polymérov, gumy, skla a dokonca aj kovu s veľmi vysokou úrovňou tepelnej vodivosti.
V každodennom živote môžete získať iba polovodičovú laserovú rezačku bez dodatočných nákladov, ale jej výkon so správnym zosilnením, o ktorom sme hovorili vyššie, stačí na vykonávanie domácich prác. Teraz máte znalosti týkajúce sa výroby takéhoto zariadenia a potom už len konať a skúšať.
Máte skúsenosti s vývojom laserovej rezačky na kov vlastnými rukami? Podeľte sa s čitateľmi zanechaním komentára pod týmto článkom!
Mnoho ľudí pozná možnosti laserových technológií a ich výhody. Používajú sa nielen v priemysle, ale aj v kozmeteológii, medicíne, každodennom živote, umení a iných oblastiach ľudského života. Nie každý však vie, ako si vyrobiť laser doma. Dá sa však postaviť z improvizovaných materiálov. K tomu budete potrebovať nefunkčnú DVD mechaniku, zapaľovač alebo baterku.
Predtým, ako budete doma, musíte zhromaždiť všetky potrebné prvky. Najprv musíte rozobrať jednotku DVD. Za týmto účelom odskrutkujte všetky skrutky, ktoré držia horný a spodný kryt zariadenia. Ďalej sa odpojí hlavný kábel a odskrutkuje sa doska. Ochrana diód a optiky musí byť prasknutá. Ďalším krokom je odstránenie diódy, na čo sa zvyčajne používajú kliešte. Aby statická elektrina nepoškodila diódu, musia byť jej nohy zviazané drôtom. Opatrne vyberte diódu, aby ste nezlomili nohy.
Ďalej, pred výrobou lasera doma, musíte urobiť ovládač pre laser, ktorý predstavuje malý obvod, ktorý reguluje výkon diódy. Faktom je, že ak je výkon nastavený nesprávne, dióda môže rýchlo zlyhať. Ako zdroj energie môžete použiť prstové batérie alebo batériu z mobilného telefónu.
Predtým, ako si doma vyrobíte laser, musíte vziať do úvahy skutočnosť, že efekt horenia zabezpečuje optika. Ak nie, laser bude len svietiť. Ako optiku môžete použiť špeciálnu šošovku z rovnakej mechaniky, z ktorej bola odobratá dióda. Na správne nastavenie zaostrenia musíte použiť laserové ukazovátko.
Na vytvorenie bežného vreckového lasera môžete použiť bežný zapaľovač. Predtým, než si však vyrobíte laser zo zapaľovača, musíte poznať technológiu konštrukcie. Najlepšie je zakúpiť kvalitný zápalný prvok. Je potrebné ho rozobrať, ale diely by sa nemali vyhadzovať, pretože v dizajne budú stále užitočné. Ak v zapaľovači zostal plyn, treba ho uvoľniť. Potom musia byť vnútorné strany opracované vŕtačkou so špeciálnymi dýzami. Vo vnútri tela zapaľovača sa nachádza dióda z pohonu, niekoľko rezistorov, vypínač a batéria. Všetky prvky zapaľovača musia byť nainštalované na svojich miestach, po ktorých tlačidlo, ktoré slúžilo na zapálenie plameňa, zapne laser.
Na konštrukciu zariadenia však môžete použiť nielen zapaľovač, ale aj baterku. Predtým, ako vytvoríte laser z baterky, musíte z jednotky CD vybrať laserový blok. V zásade sa štruktúra domáceho lasera v baterke nelíši od laserového zariadenia v zapaľovači. Je len potrebné počítať s napájaním, ktoré takmer nikdy nepresahuje 3 V a tiež je žiaduce vybudovať dodatočný regulátor napätia. Zvýši to životnosť Je veľmi dôležité zvážiť polaritu diódy a stabilizátora.
Všetka zložená náplň musí byť umiestnená v tele demontovanej baterky. Predtým sa z baterky odstraňuje nielen vnútorná časť, ale aj sklo. Po inštalácii laserovej jednotky sa sklo nainštaluje na miesto.
Dobrý deň dámy a páni. Dnes otváram sériu článkov o výkonných laseroch, pretože habrapoisk hovorí, že ľudia vyhľadávajú podobné články. Chcem vám povedať, ako si môžete doma vyrobiť pomerne výkonný laser, a tiež vás naučiť, ako túto silu využiť nielen pre „žiarenie v oblakoch“.
Varovanie!
Článok popisuje výrobu výkonného lasera (300 mW ~ výkon 500 čínskych ukazovákov), ktorý môže poškodiť vaše zdravie a zdravie iných! Buďte mimoriadne opatrní! Používajte špeciálne ochranné okuliare a nesmerujte laserový lúč na ľudí ani zvieratá!
Na Habré články o prenosných dračích laseroch, ako napríklad Hulk, len párkrát skĺzli. V tomto článku vám poviem, ako môžete vyrobiť laser, ktorý nie je výkonovo horší ako väčšina modelov predávaných v tomto obchode.
Najprv musíte pripraviť všetky komponenty:
- - nefunkčná (alebo fungujúca) DVD-RW mechanika s rýchlosťou záznamu 16x alebo vyššou;
- - kondenzátory 100 pF a 100 mF;
- - odpor 2-5 Ohm;
- - tri batérie typu AAA;
- - spájkovačka a drôty;
- - kolimátor (alebo čínsky ukazovateľ);
- - Oceľové LED svietidlo.
Toto je nevyhnutné minimum na výrobu jednoduchého modelu ovládača. Ovládač je v skutočnosti doska, ktorá bude vysielať našu laserovú diódu na požadovaný výkon. Nestojí za to pripojiť zdroj energie priamo k laserovej dióde - zlyhá. Laserová dióda musí byť napájaná prúdom, nie napätím.
Kolimátor je v skutočnosti modul so šošovkou, ktorá redukuje všetko žiarenie do úzkeho lúča. Hotové kolimátory sa dajú kúpiť v predajniach rádií. Tieto už majú okamžite vhodné miesto na inštaláciu laserovej diódy a cena je 200 - 500 rubľov.
Môžete použiť aj kolimátor z čínskeho ukazovátka, laserová dióda sa však bude ťažko opravovať a samotné telo kolimátora bude s najväčšou pravdepodobnosťou vyrobené z pokovovaného plastu. Takže naša dióda bude slabo chladená. Ale aj toto je možné. Túto možnosť nájdete na konci článku.
Najprv musíte získať samotnú laserovú diódu. Toto je veľmi krehká a malá časť našej DVD-RW mechaniky – buďte opatrní. Vo vozíku nášho pohonu je umiestnená výkonná červená laserová dióda. Od slabej ju rozoznáte väčším žiaričom, než má klasická IR dióda.
Odporúča sa použiť antistatický remienok na zápästie, pretože laserová dióda je veľmi citlivá na statickú elektrinu. Ak náramok nie je, potom môžete vodiče diódy omotať tenkým drôtikom, kým čaká na inštaláciu do puzdra.
Podľa tejto schémy musíte vodič spájkovať.
Neprepólujte! Laserová dióda tiež okamžite zlyhá, ak je polarita vstupného výkonu obrátená.
Diagram ukazuje kondenzátor 200 mF, avšak na prenosnosť stačí 50-100 mF.
Pred inštaláciou laserovej diódy a montážou všetkého do puzdra skontrolujte výkon ovládača. Pripojte ďalšiu laserovú diódu (nefunkčnú alebo druhú z meniča) a zmerajte prúd pomocou multimetra. V závislosti od rýchlostných charakteristík je potrebné správne zvoliť silu prúdu. Pre 16x modely je 300-350mA celkom vhodné. Pre najrýchlejších 22x sa dá aplikovať aj 500mA, ale s úplne iným driverom, ktorého výrobu plánujem popísať v inom článku.
Vyzerá to hrozne, ale funguje to!
Estetika.
Laserom zostaveným podľa hmotnosti sa môžete pochváliť iba pred tými istými bláznivými techno-maniakmi, ale pre krásu a pohodlie je lepšie ho zostaviť do pohodlného puzdra. Tu je lepšie vybrať si spôsob, akým sa vám to páči. Celý obvod som namontoval do bežnej LED baterky. Jeho rozmery nepresahujú 10x4cm. Neodporúčam vám ho však nosiť so sebou: nikdy neviete, aké nároky môžu príslušné orgány uplatniť. A radšej skladujte v špeciálnom puzdre, aby sa na citlivú šošovku neprášilo.
Toto je možnosť s minimálnymi nákladmi - používa sa kolimátor z čínskeho ukazovateľa:
Použitie modulu vyrobeného vo výrobe prinesie nasledujúce výsledky:
Laserový lúč je viditeľný večer:
A samozrejme v tme:
Možno.
Áno, chcem povedať a v nasledujúcich článkoch ukázať, ako sa dajú takéto lasery použiť. Ako vyrobiť oveľa výkonnejšie exempláre, ktoré dokážu rezať kov a drevo a nielen podpaľovať zápalky a roztaviť plasty. Ako vytvoriť hologramy a skenovať objekty, aby ste získali modely 3D Studio Max. Ako vyrobiť výkonné zelené alebo modré lasery. Rozsah laserov je pomerne široký a jeden článok nestačí.
Pozor! Nezabudnite na bezpečnosť! Lasery nie sú hračky! Starajte sa o svoje oči!
V každom dome je stará opotrebovaná technika. Niekto ho hodí na skládku a niektorí remeselníci sa ho snažia využiť na nejaké domáce vynálezy. Takže staré laserové ukazovátko sa dá dobre využiť - laserovú rezačku je možné vyrobiť vlastnými rukami.
Ak chcete vyrobiť skutočný laser z neškodnej drobnosti, musíte pripraviť nasledujúce položky:
- laserové ukazovátko;
- baterka s nabíjateľnými batériami;
- stará, možno nefunkčná napaľovačka CD / DVD-RW. Hlavná vec je, že má pohon s pracovným laserom;
- súprava skrutkovačov a spájkovačky. Je lepšie použiť značkovú frézu, ale pri absencii bežnej môže tiež fungovať.
Výroba laserovej rezačky
Najprv musíte odstrániť laserovú rezačku z jednotky. Táto práca nie je náročná, ale budete musieť byť trpezliví a venovať maximálnu pozornosť. Keďže obsahuje veľké množstvo drôtov, ich štruktúra je rovnaká. Pri výbere jednotky je dôležité zvážiť prítomnosť možnosti zápisu, pretože práve v tomto modeli môže laser robiť záznamy. Nahrávanie prebieha tak, že sa zo samotného disku odparí tenká vrstva kovu. V prípade, že laser pracuje na čítanie, používa sa v polovičnej sile a zvýrazní disk.
Pri demontáži horných upevňovacích prvkov nájdete vozík, v ktorom je umiestnený laser, ktorý sa môže pohybovať v dvoch smeroch. Treba ho opatrne odstrániť odskrutkovaním, je tam veľké množstvo odnímateľných zariadení a skrutiek, ktoré je dôležité opatrne odstrániť. Pre ďalšiu prácu je potrebná červená dióda, pomocou ktorej sa vykonáva spaľovanie. Na jeho odstránenie budete potrebovať spájkovačku a musíte tiež opatrne odstrániť upevňovacie prvky. Je dôležité poznamenať, že nevyhnutná súčasť na výrobu laserovej rezačky sa nedá otriasť a spadnúť, preto sa odporúča byť pri odstraňovaní laserovej diódy opatrný.
Ako sa odstráni hlavný prvok budúceho laserového modelu, musíte všetko starostlivo zvážiť a zistiť, kam ho umiestniť a ako k nemu pripojiť napájací zdroj, pretože laserová dióda na písanie potrebuje oveľa viac prúdu ako dióda z laserové ukazovátko a v tomto prípade môžete použiť niekoľko spôsobov.
Ďalej sa vymení dióda v ukazovateli. Na vytvorenie výkonného laserového ukazovátka je potrebné odstrániť natívnu diódu, na jej miesto je potrebné nainštalovať podobnú z jednotky CD / DVD-RW. Ukazovateľ sa postupne rozoberá. Musí byť rozkrútený a rozdelený na dve časti, na vrchu je časť, ktorú je potrebné vymeniť. Stará dióda sa odstráni a na jej miesto sa nainštaluje potrebná dióda, ktorú je možné upevniť lepidlom. Existujú prípady, keď môže byť ťažké odstrániť starú diódu, v tejto situácii môžete použiť nôž a trochu potriasť ukazovateľom.
Ďalším krokom bude výroba nového puzdra. Aby sa dal budúci laser pohodlne používať, pripojte k nemu napájanie a dodali mu pôsobivý vzhľad, môžete použiť puzdro na baterku. Konvertovaná horná časť laserového ukazovátka je inštalovaná do baterky a napájaná je z dobíjacích batérií, ktorá je pripojená k dióde. Je dôležité neprepólovať napájací zdroj. Pred zložením baterky je potrebné odstrániť sklo a časti ukazovateľa, pretože nebude dobre viesť priamu dráhu laserového lúča.
Posledným krokom je príprava na použitie. Pred pripojením je potrebné skontrolovať pevnosť fixácie lasera, správne pripojenie polarity vodičov a či je laser vodorovný.
Po dokončení týchto jednoduchých krokov je laserová rezačka pripravená na použitie. Takýto laser sa dá použiť na prepálenie papiera, polyetylénu, na zapálenie zápaliek. Rozsah môže byť rozsiahly, všetko bude závisieť od fantázie.
Ďalšie body
Môžete vytvoriť výkonnejší laser. Na jeho výrobu budete potrebovať:
- Jednotka DVD-RW, môže byť v nefunkčnom stave;
- kondenzátory 100 pF a 100 mF;
- odpor 2-5 ohmov;
- tri nabíjateľné batérie;
- drôty so spájkovačkou;
- kolimátor;
- oceľová LED baterka.
Ide o nekomplikovanú súpravu, ktorá sa dodáva s montážou ovládača, ktorý pomocou dosky uvedie laserovú rezačku na požadovaný výkon. Zdroj prúdu nemôže byť pripojený priamo k dióde, pretože sa okamžite zhorší. Je tiež dôležité zvážiť, že laserová dióda musí byť napájaná prúdom, nie napätím.
Kolimátor je puzdro vybavené šošovkou, vďaka ktorej sa všetky lúče zbiehajú do jedného úzkeho lúča. Takéto zariadenia sa kupujú v obchodoch s rádiovými dielmi. Sú pohodlné v tom, že už majú miesto na inštaláciu laserovej diódy, a pokiaľ ide o náklady, sú pomerne malé, iba 200 - 500 rubľov.
Môžete, samozrejme, použiť puzdro z ukazovátka, do ktorého však bude ťažké pripevniť laser. Takéto modely sú vyrobené z plastového materiálu, čo povedie k zahrievaniu puzdra a nebude dostatočne chladené.
Princíp výroby je podobný predchádzajúcemu, pretože v tomto prípade je použitá aj laserová dióda z jednotky DVD-RW.
Pri výrobe musia byť použité antistatické remienky na zápästie.
Toto je potrebné na odstránenie statickej elektriny z laserovej diódy, je veľmi citlivá. Pri absencii náramkov si vystačíte s improvizovanými prostriedkami - okolo diódy môžete navinúť tenký drôt. Nasleduje vodič.
Pred zložením celého zariadenia sa skontroluje činnosť ovládača. V tomto prípade je potrebné pripojiť nepracujúcu alebo druhú diódu a merať silu dodávaného prúdu pomocou multimetra. Vzhľadom na rýchlosť prúdu je dôležité zvoliť jeho silu podľa noriem. Pre mnohé modely je použiteľný prúd 300-350 mA a pre rýchlejšie 500 mA, ale na to treba použiť úplne iný ovládač.
Samozrejme, že takýto laser môže zostaviť každý neprofesionálny technik, ale napriek tomu je pre krásu a pohodlie najrozumnejšie postaviť takéto zariadenie v estetickejšom prípade, a ktorý z nich sa dá použiť, si môže vybrať každý. Najpraktickejšie bude zostavenie v prípade LED baterky, keďže jej rozmery sú kompaktné, len 10x4 cm, no aj tak takéto zariadenie nemusíte nosiť vo vrecku, keďže si to môžu príslušné orgány nárokovať. Takéto zariadenie je najlepšie uložiť do špeciálneho puzdra, aby sa zabránilo zaprášeniu objektívu.