¡Advertencia!
El artículo describe la fabricación de un láser de alta potencia ( 300mW ~ potencia 500 punteros chinos), que puede perjudicar su salud y la de los demás. ¡Ten mucho cuidado! Utilice gafas de seguridad especiales y No dirija el rayo láser hacia personas o animales.!Averigüemos.
En Habré, los artículos sobre Dragon Lasers portátiles, como Hulk, aparecieron solo un par de veces. En este artículo te contaré cómo se puede fabricar un láser que no sea inferior en potencia a la mayoría de los modelos vendidos en esta tienda.Cocinemos.
Primero necesitas preparar todos los componentes:- una unidad de DVD-RW que no funciona (o que funciona) con una velocidad de escritura de 16x o superior;
- condensadores de 100 pF y 100 mF;
- resistencia 2-5 ohmios;
- tres pilas AAA;
- soldador y alambres;
- colimador (o puntero chino);
- acero linterna LED.
Este mínimo requerido para hacer un modelo de controlador simple. El controlador es, de hecho, una placa que enviará nuestro diodo láser a la potencia requerida. No conecte la fuente de alimentación directamente al diodo láser, ya que se estropeará. El diodo láser debe funcionar con corriente, no con voltaje.
Un colimador es, de hecho, un módulo con una lente que reduce toda la radiación a un haz estrecho. Los colimadores ya preparados se pueden comprar en tiendas de radio. estos ya tienen lugar conveniente para instalar un diodo láser y el costo es de 200 a 500 rublos.
También puede utilizar un colimador de puntero chino, pero será difícil fijar el diodo láser y el cuerpo del colimador probablemente estará hecho de plástico metalizado. Esto significa que nuestro diodo no se enfriará bien. Pero esto también es posible. Esta opción se puede encontrar al final del artículo.
Vamos a hacerlo.
Primero necesitas conseguir el diodo láser. Esta es una parte pequeña y muy frágil de nuestra unidad de DVD-RW; tenga cuidado. En el carro de nuestro variador se encuentra un potente diodo láser rojo. Puedes distinguirlo de uno débil por su radiador. tamaño más grande que un diodo IR convencional.Se recomienda utilizar una muñequera antiestática ya que el diodo láser es muy sensible al voltaje estático. Si no tienes una pulsera, puedes envolver los cables del diodo con un cable fino mientras espera ser instalado en el estuche.
Según este esquema, es necesario soldar el controlador.
¡No confundas la polaridad! El diodo láser también fallará instantáneamente si la polaridad de la energía suministrada es incorrecta.
El diagrama muestra un condensador de 200 mF, pero para portabilidad, 50-100 mF es suficiente.
Probemos.
Antes de instalar el diodo láser y ensamblar todo en la carcasa, verifique la funcionalidad del controlador. Conecte otro diodo láser (que no funcione o el segundo del variador) y mida la corriente con un multímetro. Dependiendo de las características de velocidad, la intensidad actual debe elegirse correctamente. Para 16 modelos, 300-350 mA es bastante adecuado. Para el 22x más rápido, incluso puedes suministrar 500 mA, pero con un controlador completamente diferente, cuya fabricación planeo describir en otro artículo.
¡Parece terrible, pero funciona!
Estética.
Un láser ensamblado por peso solo puede presumir frente a los mismos tecnómanos locos, pero por belleza y conveniencia es mejor ensamblarlo en un estuche conveniente. Aquí es mejor que elijas tú mismo cómo te gusta. Monté todo el circuito en una linterna LED normal. Sus dimensiones no superan los 10x4cm. Sin embargo, no recomiendo llevarlo consigo: nunca se sabe qué reclamaciones pueden hacer las autoridades pertinentes. Es mejor guardarlo en un estuche especial para que la lente sensible no se llene de polvo.Esta es una opción con costos mínimos- se utiliza un colimador de puntero chino:
El uso de un módulo fabricado en fábrica le permitirá obtener los siguientes resultados:
El rayo láser es visible por la noche:
Y, por supuesto, en la oscuridad:
Tal vez.
Sí, en los siguientes artículos quiero contar y mostrar cómo se pueden utilizar estos láseres. Cómo hacer ejemplares mucho más potentes, capaces de cortar metal y madera, y no sólo encender cerillas y fundir plástico. Cómo hacer hologramas y escanear objetos para crear modelos 3D Studio Max. Cómo hacer potentes láseres verdes o azules. El ámbito de aplicación de los láseres es bastante amplio y un artículo no puede abordarlo aquí.Necesitamos recordar.
¡No te olvides de las precauciones de seguridad! ¡Los láseres no son un juguete! ¡Cuida tus ojos!Muchos radioaficionados al menos una vez en la vida han querido fabricar un láser con sus propias manos. Alguna vez se creyó que sólo se podía recolectar en laboratorios científicos. Si, es cierto, si hablamos de los enormes. instalaciones láser. Sin embargo, puedes montar un láser más sencillo, que también será bastante potente. La idea parece muy complicada, pero en realidad no es nada difícil. En nuestro artículo con vídeo hablaremos de cómo puedes montar tu propio láser en casa.
Potente láser de bricolaje
Circuito láser de bricolaje
Es muy importante seguir reglas básicas de seguridad. En primer lugar, al comprobar el funcionamiento del dispositivo o cuando ya esté completamente montado, en ningún caso apunte a los ojos, a otras personas o animales. Su láser será tan potente que podrá encender una cerilla o incluso una hoja de papel. En segundo lugar, siga nuestro esquema y su dispositivo funcionará durante mucho tiempo y con alta calidad. En tercer lugar, no dejes que los niños jueguen con él. Finalmente, guarde el dispositivo ensamblado en un lugar seguro.
Para montar un láser en casa, no necesitarás demasiado tiempo ni componentes. Entonces, primero necesitas una unidad de DVD-RW. Puede ser laboral o no laboral. Esto no es importante. Pero es muy importante que se trate de un dispositivo de grabación y no de una unidad normal para reproducir discos. La velocidad de escritura de la unidad debe ser 16x. Puede ser más alto. A continuación, deberá encontrar un módulo con una lente gracias a la cual el láser pueda enfocar en un punto. Un antiguo pointer chino puede ser adecuado para esto. Es mejor utilizar una linterna de acero innecesaria como cuerpo del futuro láser. El "relleno" serán cables, baterías, resistencias y condensadores. Además, no olvide preparar un soldador; sin él, el montaje será imposible. Ahora veamos cómo ensamblar un láser a partir de los componentes descritos anteriormente.
Circuito láser de bricolaje
Lo primero que debe hacer es desmontar la unidad de DVD. Debe quitar la parte óptica de la unidad desconectando el cable. Luego verá un diodo láser; debe retirarlo con cuidado de la carcasa. Recuerde que el diodo láser es extremadamente sensible a los cambios de temperatura, especialmente al frío. Hasta que instale un diodo en el futuro láser, es mejor rebobinar los cables del diodo alambre fino.
Muy a menudo, los diodos láser tienen tres terminales. El del medio da un menos. Y uno de los extremos es un plus. Debes tomar dos baterías AA y conectarlas al diodo extraído del estuche usando una resistencia de 5 ohmios. Para que el láser se encienda, debe conectar la batería negativa al terminal central del diodo y la positiva a uno de los terminales exteriores. Ahora puedes montar el circuito del emisor láser. Por cierto, el láser se puede alimentar no solo con baterías, sino también con una batería. Esto es asunto de todos.
Para asegurarse de que su dispositivo esté ensamblado en un punto cuando esté encendido, puede usar un puntero chino antiguo y reemplazar el láser del puntero por uno que haya ensamblado. Toda la estructura se puede guardar ordenadamente en un estuche. De esta manera lucirá más bonito y durará más. El cuerpo puede ser una linterna de acero innecesaria. Pero también puede ser casi cualquier contenedor. Elegimos una linterna no sólo porque es más potente, sino también porque hará que su láser luzca mucho más presentable.
Así, has comprobado por ti mismo que para montar un láser suficientemente potente en casa no necesitas ni conocimientos científicos profundos ni extremos. equipo costoso. Ahora puede montar el láser usted mismo y utilizarlo para el fin previsto.
Hoy hablaremos sobre cómo hacer usted mismo un potente láser verde o azul en casa a partir de materiales de desecho con sus propias manos. También consideraremos dibujos, esquemas y el diseño de punteros láser caseros con un haz de ignición y un alcance de hasta 20 km.
La base del dispositivo láser es un generador cuántico óptico que, utilizando energía eléctrica, térmica, química o de otro tipo, produce un rayo láser.
El funcionamiento de un láser se basa en el fenómeno de la radiación forzada (inducida). La radiación láser puede ser continua, con potencia constante, o pulsada, alcanzando potencias máximas extremadamente altas. La esencia del fenómeno es que un átomo excitado es capaz de emitir un fotón bajo la influencia de otro fotón sin absorberlo, si la energía de este último es igual a la diferencia en las energías de los niveles del átomo antes y después del radiación. En este caso, el fotón emitido es coherente con el fotón que provocó la radiación, es decir, es su copia exacta. De esta manera la luz se amplifica. Este fenómeno se diferencia de la radiación espontánea, en la que los fotones emitidos tienen direcciones de propagación, polarización y fase aleatorias.
La probabilidad de que un fotón aleatorio provoque una emisión estimulada de un átomo excitado es exactamente igual a la probabilidad de absorción de este fotón por un átomo en estado no excitado. Por tanto, para amplificar la luz es necesario que haya más átomos excitados en el medio que no excitados. En estado de equilibrio, esta condición no se cumple, por lo que se utilizan diversos sistemas para bombear el medio activo del láser (ópticos, eléctricos, químicos, etc.). En algunos esquemas, el elemento de trabajo láser se utiliza como amplificador óptico para la radiación de otra fuente.
En un generador cuántico no hay un flujo externo de fotones; en su interior se crea una población inversa utilizando varias fuentes de bombeo. Dependiendo de las fuentes existen varias maneras bombeo:
óptico - potente lámpara de flash;
descarga de gas en la sustancia de trabajo (medio activo);
inyección (transferencia) de portadores de corriente en un semiconductor en la zona
transiciones p-n;
excitación electrónica (irradiación de un semiconductor puro en el vacío con un flujo de electrones);
térmico (calentamiento de gas seguido de enfriamiento rápido;
químico (uso de energía reacciones quimicas) y algunos otros.
La fuente primaria de generación es el proceso de emisión espontánea, por lo que para asegurar la continuidad de las generaciones de fotones es necesaria la existencia de una retroalimentación positiva, por lo que los fotones emitidos provocan actos posteriores de emisión inducida. Para ello, el medio activo del láser se coloca en una cavidad óptica. En el caso más sencillo, consta de dos espejos, uno de los cuales es translúcido, a través del cual el rayo láser sale parcialmente del resonador.
Reflejándose en los espejos, el haz de radiación pasa repetidamente a través del resonador, provocando transiciones inducidas en él. La radiación puede ser continua o pulsada. Al mismo tiempo, utilizando varios dispositivos para apagar y encender rápidamente la retroalimentación y así reducir la duración de los pulsos, es posible crear las condiciones para generar radiación de muy alta potencia: estos son los llamados pulsos gigantes. Este modo de funcionamiento del láser se denomina modo Q-switched.
El rayo láser es un flujo luminoso coherente, monocromático, polarizado y de dirección estrecha. En una palabra, se trata de un haz de luz emitido no solo por fuentes sincrónicas, sino también en un rango muy estrecho y direccional. Una especie de flujo luminoso extremadamente concentrado.
La radiación generada por un láser es monocromática, la probabilidad de emisión de un fotón de una determinada longitud de onda es mayor que la de uno ubicado cerca, debido al ensanchamiento de la línea espectral, y la probabilidad de transiciones inducidas a esta frecuencia también tiene un máximo. Por lo tanto, gradualmente durante el proceso de generación, los fotones de una longitud de onda determinada dominarán sobre todos los demás fotones. Además, debido a la disposición especial de los espejos, sólo aquellos fotones que se propagan en dirección paralela al eje óptico del resonador a poca distancia de éste son retenidos en el rayo láser; los fotones restantes abandonan rápidamente el volumen del resonador; Por tanto, el rayo láser tiene un ángulo de divergencia muy pequeño. Finalmente, el rayo láser tiene una polarización estrictamente definida. Para ello se introducen distintos polarizadores en el resonador; por ejemplo, pueden ser placas de vidrio planas colocadas en ángulo de Brewster con respecto a la dirección de propagación del rayo láser.
La longitud de onda de trabajo del láser, así como otras propiedades, dependen del fluido de trabajo que se utilice en el láser. El fluido de trabajo se “bombea” con energía para producir un efecto de inversión de poblaciones electrónicas, lo que provoca una emisión estimulada de fotones y un efecto de amplificación óptica. La forma más simple El resonador óptico consta de dos espejos paralelos (también puede haber cuatro o más) ubicados alrededor del fluido de trabajo del láser. La radiación estimulada del fluido de trabajo es reflejada por los espejos y nuevamente amplificada. Hasta el momento en que sale, la onda puede reflejarse muchas veces.
Entonces, formulemos brevemente las condiciones necesarias para crear una fuente de luz coherente:
necesito sustancia de trabajo con población invertida. Sólo entonces se podrá lograr la amplificación de la luz mediante transiciones forzadas;
la sustancia de trabajo debe colocarse entre los espejos que proporcionan retroalimentación;
la ganancia dada por la sustancia de trabajo, lo que significa que el número de átomos o moléculas excitados en la sustancia de trabajo debe ser mayor que un valor umbral dependiendo de la reflectancia del espejo de salida.
Se pueden utilizar diseños láser. siguientes tiposórganos de trabajo:
Líquido. Se utiliza como fluido de trabajo, por ejemplo, en láseres de tinte. La composición incluye un disolvente orgánico (metanol, etanol o etilenglicol) en el que se disuelven tintes químicos (cumarina o rodamina). La longitud de onda operativa de los láseres líquidos está determinada por la configuración de las moléculas de tinte utilizadas.
Gases. En particular, dióxido de carbono, argón, criptón o mezclas de gases, como en los láseres de helio-neón. El "bombeo" con la energía de estos láseres se realiza con mayor frecuencia mediante descargas eléctricas.
Sólidos (cristales y vidrios). El material sólido de dichos fluidos de trabajo se activa (dopa) añadiendo una pequeña cantidad de iones de cromo, neodimio, erbio o titanio. Los cristales más utilizados son el granate de itrio y aluminio, el fluoruro de litio y itrio, el zafiro (óxido de aluminio) y el vidrio de silicato. Los láseres de estado sólido suelen ser "bombeados" lámpara de destello u otro láser.
Semiconductores. Un material en el que la transición de electrones entre niveles de energía puede ir acompañada de radiación. Los láseres semiconductores son muy compactos, "bombeados" con corriente eléctrica, lo que permite su uso en dispositivos domésticos, como reproductores de CD.
Para convertir un amplificador en un oscilador, es necesario organizar la retroalimentación. En los láseres, esto se logra colocando la sustancia activa entre superficies reflectantes (espejos), formando el llamado "resonador abierto" debido a que parte de la energía emitida por la sustancia activa se refleja en los espejos y regresa nuevamente a sustancia activa
El láser utiliza resonadores ópticos. varios tipos- con espejos planos, esféricos, combinaciones de planos y esféricos, etc. En los resonadores ópticos que retroalimentan el láser, solo se pueden excitar ciertos tipos de oscilaciones del campo electromagnético, que se denominan oscilaciones naturales o modos del resonador.
Los modos se caracterizan por la frecuencia y la forma, es decir, la distribución espacial de las vibraciones. En un resonador con espejos planos, se excitan predominantemente los tipos de oscilaciones correspondientes a ondas planas que se propagan a lo largo del eje del resonador. Un sistema de dos espejos paralelos resuena sólo a determinadas frecuencias y en el láser también desempeña el papel que desempeña un circuito oscilatorio en los generadores de baja frecuencia convencionales.
El uso de un resonador abierto (y no cerrado - una cavidad metálica cerrada - característico del rango de microondas) es fundamental, ya que en el rango óptico un resonador de dimensiones L = ? (L es el tamaño característico del resonador, ? es la longitud de onda) simplemente no se puede fabricar, y en L >> ? un resonador cerrado pierde sus propiedades resonantes, ya que el número tipos posibles las oscilaciones se vuelven tan grandes que se superponen.
La ausencia de paredes laterales reduce significativamente el número de posibles tipos de oscilaciones (modos) debido al hecho de que las ondas que se propagan en ángulo con el eje del resonador van rápidamente más allá de sus límites y permite mantener las propiedades resonantes del resonador en L. >> ?. Sin embargo, el resonador del láser no sólo proporciona retroalimentación al devolver la radiación reflejada por los espejos a la sustancia activa, sino que también determina el espectro de radiación del láser, sus características energéticas y la dirección de la radiación.
En la aproximación más simple de una onda plana, la condición para la resonancia en un resonador con espejos planos es que un número entero de medias ondas se ajuste a lo largo del resonador: L=q(?/2) (q es un número entero) , lo que conduce a una expresión para la frecuencia del tipo de oscilación con el índice q: ?q=q(C/2L). Como resultado, el espectro de radiación de la luz, por regla general, es un conjunto de líneas espectrales estrechas, cuyos intervalos son idénticos e iguales a c/2L. El número de líneas (componentes) para una longitud determinada L depende de las propiedades del medio activo, es decir, del espectro de emisión espontánea en la transición cuántica utilizada y puede alcanzar varias decenas y centenas. Bajo ciertas condiciones, resulta posible aislar un componente espectral, es decir, implementar un modo láser monomodo. La amplitud espectral de cada componente está determinada por las pérdidas de energía en el resonador y, en primer lugar, por la transmisión y absorción de luz por los espejos.
El perfil de frecuencia de la ganancia en la sustancia de trabajo (está determinado por el ancho y la forma de la línea de la sustancia de trabajo) y el conjunto de frecuencias naturales del resonador abierto. Para los resonadores abiertos con un factor de alta calidad utilizados en láseres, el ancho de banda del resonador ??p, que determina el ancho de las curvas de resonancia de los modos individuales, e incluso la distancia entre los modos vecinos ??h resultan ser menores que el ancho de línea de ganancia. ??h, e incluso en los láseres de gas, donde el ensanchamiento de la línea es mínimo. Por lo tanto, varios tipos de oscilaciones del resonador ingresan al circuito de amplificación.
Por lo tanto, el láser no necesariamente genera más a una frecuencia, por el contrario, la generación se produce simultáneamente con varios tipos de oscilaciones, ¿para qué amplificación? más pérdidas en el resonador. Para que el láser funcione a una frecuencia (en modo de frecuencia única), es necesario, por regla general, tomar medidas especiales (por ejemplo, aumentar las pérdidas, como se muestra en la Figura 3) o cambiar la distancia entre los espejos. para que solo uno entre en el circuito de ganancia. Dado que en óptica, como se señaló anteriormente, ?h > ?p y la frecuencia de generación en un láser está determinada principalmente por la frecuencia del resonador, para mantener estable la frecuencia de generación, es necesario estabilizar el resonador. Entonces, si la ganancia en la sustancia de trabajo cubre las pérdidas en el resonador para ciertos tipos de oscilaciones, se produce una generación sobre ellas. El germen de su aparición es, como en cualquier generador, el ruido, que en los láseres representa una emisión espontánea.
Para que el medio activo emita luz monocromática coherente es necesario introducir retroalimentación, es decir, parte de lo que emite este medio. flujo luminoso enviar de regreso al medio para producir una emisión estimulada. Positivo comentario Se lleva a cabo utilizando resonadores ópticos, que en la versión elemental son dos espejos coaxiales (paralelos y a lo largo del mismo eje), uno de los cuales es translúcido y el otro es "sordo", es decir, refleja completamente el flujo de luz. Entre los espejos se coloca una sustancia de trabajo (medio activo), en la que se crea una población inversa. La radiación estimulada atraviesa el medio activo, se amplifica, se refleja en el espejo, vuelve a atravesar el medio y se amplifica aún más. A través de un espejo translúcido, parte de la radiación se emite hacia ambiente externo, y parte de él se refleja nuevamente en el medio y se amplifica nuevamente. En determinadas condiciones, el flujo de fotones dentro de la sustancia de trabajo comenzará a aumentar como una avalancha y comenzará la generación de luz monocromática coherente.
Según el principio de funcionamiento de un resonador óptico, el número predominante de partículas de la sustancia de trabajo, representadas por círculos abiertos, se encuentran en el estado fundamental, es decir, en el nivel de energía más bajo. Simplemente no gran número Las partículas, representadas por círculos oscuros, se encuentran en un estado excitado electrónicamente. Cuando la sustancia de trabajo se expone a una fuente de bombeo, la mayoría de las partículas entran en un estado excitado (el número de círculos oscuros ha aumentado) y se crea una población inversa. A continuación (Fig. 2c) se produce la emisión espontánea de algunas partículas que se producen en un estado excitado electrónicamente. La radiación dirigida en ángulo con respecto al eje del resonador abandonará la sustancia de trabajo y el resonador. La radiación que se dirige a lo largo del eje del resonador se acercará superficie del espejo.
Para un espejo translúcido, parte de la radiación pasará a través de él hacia ambiente, y parte de él se reflejará y se dirigirá nuevamente a la sustancia de trabajo, involucrando partículas en un estado excitado en el proceso de emisión estimulada.
En el espejo "sordo", todo el flujo de radiación se reflejará y pasará nuevamente a través de la sustancia de trabajo, induciendo radiación de todas las partículas excitadas restantes, lo que refleja la situación cuando todas las partículas excitadas renunciaron a su energía almacenada, y en la salida de En el resonador, en el lado del espejo translúcido, se formó un poderoso flujo de radiación inducida.
Básico elementos estructurales Los láseres incluyen una sustancia de trabajo con ciertos niveles de energía de sus átomos y moléculas constituyentes, una fuente de bombeo que crea una población inversa en la sustancia de trabajo y un resonador óptico. Hay una gran cantidad de láseres diferentes, pero todos tienen las mismas y simples diagrama esquemático dispositivo, que se muestra en la Fig. 3.
La excepción son los láseres semiconductores debido a su especificidad, ya que todo en ellos es especial: la física de los procesos, los métodos de bombeo y el diseño. Los semiconductores son formaciones cristalinas. En un átomo individual, la energía del electrón adquiere valores discretos estrictamente definidos y, por lo tanto, los estados de energía del electrón en el átomo se describen en el lenguaje de niveles. En un cristal semiconductor, los niveles de energía forman bandas de energía. En un semiconductor puro que no contiene impurezas, hay dos bandas: la llamada banda de valencia y la banda de conducción situada encima (en la escala de energía).
Entre ellos hay una brecha de valores de energía prohibidos, que se llama banda prohibida. A una temperatura del semiconductor igual al cero absoluto, la banda de valencia debería estar completamente llena de electrones y la banda de conducción debería estar vacía. En condiciones reales la temperatura siempre es más alta. cero absoluto. Pero un aumento de temperatura conduce a la excitación térmica de los electrones, algunos de ellos saltan de la banda de valencia a la banda de conducción.
Como resultado de este proceso, aparece un cierto número (relativamente pequeño) de electrones en la banda de conducción, y un número correspondiente de electrones faltará en la banda de valencia hasta que se llene por completo. Una vacante de electrones en la banda de valencia está representada por una partícula cargada positivamente, que se llama agujero. La transición cuántica de un electrón a través de la banda prohibida de abajo hacia arriba se considera como un proceso de generación de un par electrón-hueco, con electrones concentrados en el borde inferior de la banda de conducción y agujeros en el borde superior de la banda de valencia. Las transiciones a través de la zona prohibida son posibles no sólo de abajo hacia arriba, sino también de arriba hacia abajo. Este proceso se llama recombinación electrón-hueco.
Cuando un semiconductor puro se irradia con luz cuya energía fotónica excede ligeramente la banda prohibida, pueden ocurrir tres tipos de interacción de la luz con la materia en el cristal semiconductor: absorción, emisión espontánea y emisión estimulada de luz. El primer tipo de interacción es posible cuando un fotón es absorbido por un electrón ubicado cerca del borde superior de la banda de valencia. En este caso, la potencia energética del electrón será suficiente para superar la banda prohibida y realizará una transición cuántica a la banda de conducción. La emisión espontánea de luz es posible cuando un electrón regresa espontáneamente de la banda de conducción a la banda de valencia con la emisión de un cuanto de energía: un fotón. La radiación externa puede iniciar la transición a la banda de valencia de un electrón ubicado cerca del borde inferior de la banda de conducción. El resultado de este tercer tipo de interacción de la luz con la sustancia semiconductora será el nacimiento de un fotón secundario, idéntico en sus parámetros y dirección de movimiento al fotón que inició la transición.
Para generar radiación láser, es necesario crear una población inversa de "niveles de trabajo" en el semiconductor: crear una concentración suficientemente alta de electrones en el borde inferior de la banda de conducción y una concentración correspondientemente alta de agujeros en el borde de la banda de conducción. banda de valencia. Para ello, los láseres semiconductores puros suelen ser bombeados por una corriente de electrones.
Los espejos resonadores son bordes pulidos del cristal semiconductor. La desventaja de estos láseres es que muchos materiales semiconductores generan radiación láser sólo a temperaturas muy altas. bajas temperaturas, y el bombardeo de cristales semiconductores por una corriente de electrones hace que se caliente mucho. Esto requiere dispositivos de refrigeración adicionales, lo que complica el diseño del dispositivo y aumenta sus dimensiones.
Las propiedades de los semiconductores con impurezas difieren significativamente de las propiedades de los semiconductores puros y sin impurezas. Esto se debe al hecho de que los átomos de algunas impurezas donan fácilmente uno de sus electrones a la banda de conducción. Estas impurezas se denominan impurezas donantes y un semiconductor con tales impurezas se denomina semiconductor n. Los átomos de otras impurezas, por el contrario, capturan un electrón de la banda de valencia, y dichas impurezas son aceptores, y un semiconductor con tales impurezas es un semiconductor p. El nivel de energía de los átomos de impureza se encuentra dentro de la banda prohibida: para los semiconductores n, cerca del borde inferior de la banda de conducción, para los semiconductores /, cerca del borde superior de la banda de valencia.
Si en esta área creas voltaje electrico de modo que en el lado del semiconductor p hay un polo positivo, y en el lado del semiconductor p hay un polo negativo, entonces bajo la influencia campo eléctrico Los electrones del semiconductor n y los huecos del semiconductor n se moverán (inyectarán) en área pp- transición.
Cuando los electrones y los huecos se recombinan, se emitirán fotones y, en presencia de un resonador óptico, se podrá generar radiación láser.
Los espejos de un resonador óptico son bordes pulidos de un cristal semiconductor orientados perpendicularmente al plano de la unión pn. Estos láseres son en miniatura, ya que el tamaño del elemento activo semiconductor puede ser de aproximadamente 1 mm.
Dependiendo de la característica considerada, todos los láseres se dividen de la siguiente manera).
Primera señal. Se acostumbra distinguir entre amplificadores y generadores láser. En los amplificadores se suministra una débil radiación láser a la entrada y, en consecuencia, se amplifica a la salida. No hay radiación externa en los generadores; surge en la sustancia de trabajo debido a su excitación mediante diversas fuentes de bombeo. Todos los dispositivos láser médicos son generadores.
El segundo signo es el estado físico de la sustancia de trabajo. De acuerdo con esto, los láseres se dividen en estado sólido (rubí, zafiro, etc.), gas (helio-neón, helio-cadmio, argón, dióxido de carbono, etc.), líquido (dieléctrico líquido con impurezas, átomos de trabajo raros metales terrestres) y semiconductores (arseniuro de galio, fosfuro de arseniuro de galio, seleniuro de plomo, etc.).
El método de excitación de la sustancia de trabajo es el tercero. contraste láseres. Dependiendo de la fuente de excitación, se distinguen los láseres: bombeados ópticamente, bombeados por descarga de gas, excitación electrónica, inyección de portadores de carga, bombeados térmicamente, bombeados químicamente y algunos otros.
El espectro de emisión del láser es la siguiente característica de clasificación. Si la radiación se concentra en un rango estrecho de longitudes de onda, entonces el láser se considera monocromático y sus datos técnicos indican una longitud de onda específica; si está en un rango amplio, entonces el láser debe considerarse de banda ancha y se indica el rango de longitud de onda.
Según la naturaleza de la energía emitida, se distinguen los láseres pulsados y los láseres de radiación continua. No deben confundirse los conceptos de láser pulsado y láser con modulación de frecuencia de radiación continua, ya que en el segundo caso recibimos esencialmente radiación intermitente de varias frecuencias. Los láseres pulsados tienen energía alta en un solo pulso, alcanzando los 10 W, mientras que su potencia promedio de pulso, determinada por las fórmulas correspondientes, es relativamente pequeña. En el caso de los láseres de frecuencia modulada continua, la potencia del llamado pulso es menor que la potencia de la radiación continua.
Según la potencia de salida de radiación promedio (la siguiente característica de clasificación), los láseres se dividen en:
· alta energía (la densidad del flujo de potencia de radiación generada en la superficie de un objeto u objeto biológico es superior a 10 W/cm2);
· energía media (densidad de flujo de potencia de radiación generada: de 0,4 a 10 W/cm2);
· baja energía (la densidad de flujo de potencia de radiación generada es inferior a 0,4 W/cm2).
· suave (irradiación de energía generada - E o densidad de flujo de potencia en la superficie irradiada - hasta 4 mW/cm2);
· media (E - de 4 a 30 mW/cm2);
· duro (E - más de 30 mW/cm2).
De acuerdo a " Normas sanitarias y reglas para el diseño y operación de láseres No. 5804-91”, según el grado de peligro de la radiación generada para el personal operativo, los láseres se dividen en cuatro clases.
Los láseres de primera clase incluyen: dispositivos tecnicos, cuya radiación colimada (encerrada en un ángulo sólido limitado) no representa ningún peligro al irradiar los ojos y la piel humanos.
Los láseres de segunda clase son dispositivos cuya radiación de salida supone un peligro al irradiar los ojos con radiación directa y reflejada especularmente.
Los láseres de tercera clase son dispositivos cuya radiación de salida representa un peligro cuando se irradian los ojos con radiación directa y reflejada especularmente, así como con radiación reflejada de manera difusa a una distancia de 10 cm de una superficie reflectante de manera difusa, y (o) cuando se irradia la piel con Radiación directa y especularmente reflejada.
Los láseres de clase 4 son dispositivos cuya radiación de salida supone un peligro cuando la piel se irradia con radiación reflejada de forma difusa a una distancia de 10 cm de una superficie reflectante de forma difusa.
A veces puedes hacer algo realmente increíble y útil con cosas innecesarias almacenadas en casa. ¿Tiene una vieja unidad de DVD-RW (grabadora) por casa? Te contamos cómo hacer un láser potente en casa, tomando prestados elementos del mismo.
Precauciones de seguridad
¡El dispositivo con el que terminamos no es un juguete inofensivo! Antes de fabricar un láser, tenga en cuenta su seguridad: que el rayo llegue a sus ojos es perjudicial para la retina, especialmente si el invento es potente. Por lo tanto, le recomendamos que realice todo el trabajo con gafas de seguridad especiales, que le protegerán la vista si algo sale mal y accidentalmente dirige el rayo láser a sus propios ojos o a los de un amigo.
Cuando utilice el láser en el futuro, recuerde estas sencillas precauciones de seguridad:
- No apunte el rayo láser hacia objetos inflamables o explosivos.
- No brillar sobre superficies reflectantes (vidrio, espejos).
- Incluso un rayo láser disparado desde una distancia de hasta 100 m supone un peligro para la retina de personas y animales.
Trabajar con el módulo láser
Lo principal que necesitamos es una unidad de escritura. Ten en cuenta que cuanto mayor sea la velocidad de escritura, más potente será nuestro láser DVD. No hace falta decir que después de retirar el módulo láser, el equipo dejará de funcionar, así que desmonte sólo el dispositivo que ya no necesite.
Ahora comencemos:
La primera parte de nuestro trabajo ha quedado atrás. Pasemos a la siguiente etapa importante.
Montaje del circuito del dispositivo.
Necesitamos el circuito para controlar la potencia de nuestro dispositivo. De lo contrario, simplemente se quemará la primera vez que lo utilices. Verá un dibujo para el láser a continuación.
Adecuado para nuestro dispositivo instalación montada en la pared. Ahora pasemos a proporcionar energía al láser que hicimos nosotros mismos.
Fuente de alimentación del dispositivo
Necesitaremos un mínimo de 3,7 V. Las pilas viejas de los teléfonos móviles y las pilas AA pueden proporcionarnos esto. Sólo necesitas conectarlos en paralelo entre sí. Para comprobar el funcionamiento de un dispositivo o un puntero láser estacionario, es adecuada una fuente de alimentación estabilizada.
En esta etapa, ya puedes probar el funcionamiento del dispositivo. Apunte hacia la pared, el piso y encienda la energía. Deberías ver un mechón de color rojizo brillante. En la oscuridad parece una potente linterna de infrarrojos.
Ves que el brillo está lejos del láser: el haz es demasiado ancho; solo ruega que se concentre. Esto es lo que haremos a continuación.
Lente para enfocar el rayo láser.
para ajustar longitud focal, puede arreglárselas con una lente prestada de la misma unidad de DVD-RW.
Ahora vuelve a conectar el dispositivo a la corriente, dirigiendo su luz a cualquier superficie a través de esta lente. ¿Funcionó? Entonces pasemos a etapa final trabajo: colocar todos los elementos en una carcasa rígida.
Fabricación de cajas
Mucha gente, al aconsejar sobre cómo hacer un láser, dice que la forma más sencilla es colocar el módulo en la carcasa de una pequeña linterna o de un puntero láser chino. Donde, por cierto, ya hay lente. Pero veamos la situación si no tienes ni uno ni otro a mano.
Otra opción es colocar los elementos en perfil de aluminio. Se puede cortar fácilmente con una sierra para metales y modelar con unos alicates. También puedes agregar una pequeña batería AA aquí. La foto a continuación le guiará sobre cómo hacer esto.
Asegúrese de aislar todos los contactos. El siguiente paso es fijar la lente en el cuerpo. La forma más sencilla de fijarlo es con plastilina; de esta forma podrá ajustar la posición más favorable. En algunos casos, se logra un mejor efecto si gira la lente hacia el diodo láser con el lado convexo.
Encienda el láser y ajuste la claridad del haz. Una vez que haya logrado resultados satisfactorios, bloquee la lente en la carcasa. Luego ciérrelo por completo, por ejemplo, envolviéndolo bien con cinta aislante.
Cómo hacer un láser: un método alternativo
Te ofreceremos uno más, varios. gran manera haciendo un láser casero de alta potencia. Necesitará lo siguiente:
- Unidad de DVD-RW con una velocidad de escritura de 16x o más.
- Tres pilas AA.
- Condensadores de 100 mF y 100 pF.
- Resistencia de 2 a 5 Ohmios.
- Cables.
- Soldador.
- Puntero láser (o cualquier otro colimador: este es el nombre del módulo con lente).
- Linterna LED de acero.
Ahora veamos cómo hacer un láser usando este método:
- Utilizando el método ya descrito, retire de la unidad el módulo láser ubicado en el carro del dispositivo. No olvide protegerlo de la tensión estática envolviendo las salidas con un cable fino o usando una muñequera antiestática.
- De acuerdo con el diagrama anterior, suelde el controlador, una placa que generará nuestro producto casero a la potencia requerida. Preste mucha atención al mantenimiento de la polaridad para no dañar el sensible diodo láser.
- En esta etapa comprobaremos la funcionalidad del controlador recién ensamblado. Si el módulo láser es de un modelo con una velocidad de 16x, entonces será suficiente una corriente de 300-350 mA. Si es mayor (hasta 22x), deténgase en 500 mA.
- Una vez que hayas comprobado la idoneidad del conductor, deberás colocarlo en la carcasa. Puede ser la base de un puntero láser chino con una lente ya incorporada o un cuerpo más adecuado de una linterna LED.
Pruebas láser
Y he aquí por qué estaba interesado en cómo hacer un láser. Pasemos a las pruebas prácticas del dispositivo. Bajo ninguna circunstancia debe realizarse en casa, solo en la calle, lejos del fuego y objetos explosivos, edificios, madera muerta, montones de basura, etc. Para los experimentos necesitaremos papel, plástico, la misma cinta aislante, madera contrachapada.
Entonces comencemos:
- Coloque una hoja de papel sobre asfalto, piedra, ladrillo. Apunte hacia él un rayo láser bien enfocado. Verás que al cabo de un rato la hoja empezará a humear y luego a incendiarse por completo.
- Pasemos ahora al plástico: también comenzará a humear bajo la influencia del rayo láser. No recomendamos realizar este tipo de experimentos durante mucho tiempo: los productos de combustión de este material son muy tóxicos.
- Mayoría experiencia interesante- con madera contrachapada, tablero plano. Con un láser enfocado, puedes grabar una inscripción o diseño específico en él.
Un láser doméstico es definitivamente buen trabajo y caprichosa invención. Por lo tanto, es muy posible que su oficio falle pronto, es muy importante para ello. ciertas condiciones almacenamiento y operación que no se pueden proporcionar en casa. Los láseres más potentes, que cortan fácilmente el metal, sólo pueden obtenerse en laboratorios especializados, por supuesto, no están al alcance de los aficionados; Sin embargo, un dispositivo común y corriente también es muy peligroso: apunta desde una gran distancia a los ojos de una persona o animal, o a un objeto inflamable cercano.
Cuando se habla de láser, la mayoría de la gente recuerda inmediatamente episodios de películas de ciencia ficción. Sin embargo, un invento de este tipo está firmemente establecido en nuestras vidas desde hace mucho tiempo y no es algo fantástico. El láser ha encontrado su aplicación en muchas áreas, desde la medicina y la fabricación hasta el entretenimiento. Por lo tanto, muchas personas se preguntan si pueden fabricar un láser ellos mismos y cómo hacerlo.
Dependiendo de las particularidades y requisitos planteados, los láseres pueden ser completamente diferentes, tanto en tamaño (desde punteros de bolsillo hasta el tamaño de un campo de fútbol), como en potencia, medios de trabajo utilizados y otros parámetros. Por supuesto, es imposible fabricar usted mismo una potente viga de producción en casa, ya que no solo se trata de dispositivos técnicamente complejos, sino que también son muy difíciles de mantener. Pero puede hacer un láser simple, pero confiable y potente con sus propias manos desde una unidad de DVD-RW normal.
Principio de funcionamiento
La palabra "láser" nos llegó desde idioma en Inglés“láser”, que es una abreviatura de las primeras letras de un nombre mucho más complejo: amplificación de luz por emisión estimulada de radiación y se traduce literalmente como “amplificación de luz mediante emisión estimulada”. También se le puede llamar generador cuántico óptico. Existen muchos tipos de láseres y su ámbito de aplicación es extremadamente amplio.
El principio de su funcionamiento es convertir una energía (luminosa, química, eléctrica) en energía de varios flujos de radiación, es decir, se basa en el fenómeno de la radiación forzada o inducida.
Convencionalmente, el principio de funcionamiento se muestra en el siguiente dibujo:
Materiales necesarios para el trabajo.
Al describir los conceptos básicos del funcionamiento del láser, todo parece complicado y confuso. De hecho, hacer un láser con tus propias manos en casa es extremadamente sencillo. Necesitará algunos componentes y herramientas:
- Lo más básico que necesita para crear un láser es una unidad de DVD-RW, es decir, una unidad de grabación de una computadora o reproductor. Cuanto mayor sea la velocidad de grabación, más potente será el producto en sí. Es preferible llevar variadores con una velocidad de 22X, ya que su potencia es la más alta, unos 300 mW. Además, se diferencian en color: rojo, verde, violeta. En cuanto a las ROM que no escriben, son demasiado débiles. También vale la pena prestar atención al hecho de que después de manipular el disco ya no funcionará, por lo que debes tomar uno que ya esté averiado, pero con un láser que funcione, o uno que no te arrepentirás de decir. adiós a.
- También necesitará un estabilizador actual, aunque existe el deseo de prescindir de él. Pero vale la pena saber que todos los diodos (y los diodos láser no son una excepción) "prefieren" no el voltaje, sino la corriente. Las opciones más baratas y preferidas son el convertidor de pulsos NCP1529 o el microcircuito LM317 (análogo al KR142EN12).
- La resistencia de salida se selecciona según la corriente de suministro del diodo láser. Se calcula mediante la fórmula: R=I/1,25, donde I - corriente nominal láser
- Dos condensadores: 0,1 µF y 100 µF.
- Colimador o puntero láser.
- Pilas estándar AAA.
- Cables.
- Herramientas: soldador, destornilladores, alicates, etc.
Extracción del diodo láser de la unidad de DVD
La parte principal que debe retirarse es el láser de la unidad de DVD. Esto no es difícil de hacer, pero vale la pena conocer algunos matices que ayudarán a evitar posibles malentendidos durante el trabajo.
En primer lugar, es necesario desmontar la unidad de DVD para llegar al carro en el que se encuentran los diodos láser. Uno de ellos, el lector, tiene muy poca potencia. La segunda grabadora es exactamente lo que necesita para crear un láser desde una unidad de DVD.
En el carro, se instala un diodo en el radiador y se fija de forma segura. Si no planea utilizar otro radiador, entonces el existente es bastante adecuado. Por lo tanto, es necesario eliminarlos juntos. De lo contrario, corte con cuidado las patas en la entrada del radiador.
Dado que los diodos son extremadamente sensibles a la estática, es una buena idea protegerlos. Para hacer esto, debe enrollar las patas del diodo láser con un cable delgado.
Todo lo que queda es juntar todos los detalles y la ROM en sí ya no será necesaria.
Montaje del dispositivo láser
Es necesario conectar el diodo extraído del LED al convertidor, observando la polaridad, ya que de lo contrario el diodo láser fallará inmediatamente y dejará de ser adecuado para su uso posterior.
CON reverso diodo, se instala un colimador para que la luz se pueda concentrar en un haz. Aunque, en su lugar, puedes utilizar la lente incluida en el ron, o la lente que ya contiene el puntero láser. Pero en este caso, tendrás que hacer ajustes para conseguir el enfoque necesario.
En el otro lado del convertidor, se sueldan los cables que se conectan a los contactos de la carcasa donde se instalarán las baterías.
Ayudará a completar el láser desde unidad de DVD Diagrama de bricolaje:
Cuando todos los componentes estén conectados, podrá comprobar la funcionalidad del dispositivo resultante. Si todo funciona, solo queda colocar toda la estructura en la carcasa y fijarla firmemente allí.
Diseño de carrocería casero.
Puedes abordar la fabricación del estuche de diferentes maneras. Por ejemplo, un caso de linterna china. También puede utilizar un cuerpo de puntero láser ya preparado. Pero solución óptima Puede resultar casero, elaborado a partir de un perfil de aluminio.
El aluminio en sí es ligero y, al mismo tiempo, muy fácil de procesar. En él estará convenientemente ubicada toda la estructura. También será conveniente asegurarlo. Si es necesario, siempre puedes cortar fácilmente la pieza requerida o doblarla de acuerdo con los parámetros requeridos.
Seguridad y pruebas
Cuando se completa todo el trabajo, llega el momento de probar el potente láser resultante. No se recomienda hacer esto en interiores. Por tanto, es mejor salir a un lugar desierto. Al mismo tiempo, vale la pena recordar que El dispositivo fabricado es varios cientos de veces más potente que un puntero láser convencional., y esto requiere usarlo con extrema precaución. No dirija el haz hacia personas o animales; tenga cuidado de que el haz no se refleje ni llegue a sus ojos. Cuando se utiliza un rayo láser rojo, se recomienda usar gafas verdes, esto reducirá significativamente el riesgo de dañar la visión en casos inesperados. Después de todo, no se recomienda mirar los rayos láser ni siquiera desde el exterior.
No dirija el rayo láser hacia objetos y sustancias inflamables o explosivas.
El dispositivo creado, con una lente correctamente configurada, puede cortar bastante bolsas de plastico, quemar en madera, reventar globos e incluso quemar, una especie de láser de combate. Es increíble lo que puedes hacer con una unidad de DVD. Por lo tanto, al probar un dispositivo fabricado, siempre se deben recordar las precauciones de seguridad.