POZOR!
Článok popisuje výrobu vysokovýkonného lasera ( 300 mW ~ výkon 500 čínskych ukazovateľov), ktoré môžu poškodiť vaše zdravie a zdravie iných! Buďte mimoriadne opatrní! Používajte špeciálne ochranné okuliare a nesmerujte laserový lúč na ľudí alebo zvieratá!Poďme to zistiť.
Na Habré sa články o prenosných dračích laseroch, ako napríklad Hulk, objavili len párkrát. V tomto článku vám poviem, ako môžete vyrobiť laser, ktorý nie je výkonovo horší ako väčšina modelov predávaných v tomto obchode.Povaríme.
Najprv musíte pripraviť všetky komponenty:- nefunkčná (alebo fungujúca) jednotka DVD-RW s rýchlosťou zápisu 16x alebo vyššou;
- kondenzátory 100 pF a 100 mF;
- odpor 2-5 Ohm;
- tri batérie typu AAA;
- spájkovačka a drôty;
- kolimátor (alebo čínsky ukazovateľ);
- oceľ LED baterka.
Toto požadované minimum vytvoriť jednoduchý model ovládača. Ovládač je v skutočnosti doska, ktorá bude vysielať našu laserovú diódu požadovaný výkon. Zdroj energie by ste nemali pripájať priamo k laserovej dióde - pokazí sa. Laserová dióda musí byť napájaná prúdom, nie napätím.
Kolimátor je v skutočnosti modul so šošovkou, ktorá redukuje všetko žiarenie do úzkeho lúča. Hotové kolimátory je možné zakúpiť v predajniach rádií. Tieto už majú pohodlné miesto na inštaláciu laserovej diódy a cena je 200 - 500 rubľov.
Môžete použiť aj kolimátor z čínskeho ukazovátka, laserovú diódu však bude ťažké zabezpečiť a samotné telo kolimátora bude s najväčšou pravdepodobnosťou z pokovovaného plastu. To znamená, že naša dióda nebude dobre chladiť. Ale aj toto je možné. Túto možnosť nájdete na konci článku.
Poďme na to.
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 slabého ho rozoznáte podľa radiátora väčšia veľkosť než konvenčná IR dióda.Odporúča sa použiť antistatický remienok na zápästie, pretože laserová dióda je veľmi citlivá na statické napätie. Ak náramok nie je, potom môžete vodiče diódy omotať tenkým drôtom, kým čaká na inštaláciu do puzdra.
Podľa tejto schémy musíte vodič spájkovať.
Nezamieňajte polaritu! Laserová dióda tiež okamžite zlyhá, ak je polarita dodávaného napájania nesprávna.
Diagram ukazuje 200 mF kondenzátor, avšak pre prenosnosť je 50-100 mF dosť dosť.
Skúsme.
Pred inštaláciou laserovej diódy a montážou všetkého do krytu skontrolujte funkčnosť 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 16 modelov je 300-350 mA celkom vhodné. Pre najrýchlejších 22x môžete dodať aj 500mA, ale s úplne iným driverom, ktorého výrobu plánujem popísať v inom článku.
Vyzerá to hrozne, ale funguje to!
Estetika.
Laser zostavený podľa hmotnosti sa môže pochváliť len pred tými istými šialenými techno-maniakmi, ale pre krásu a pohodlie je lepšie ho zostaviť do pohodlného puzdra. Tu je lepšie si vybrať, ako sa vám to páči. Celý obvod som namontoval do bežnej LED baterky. Jeho rozmery nepresahujú 10x4cm. Neodporúčam ho však nosiť so sebou: nikdy neviete, aké nároky môžu uplatniť príslušné orgány. Je lepšie ho uložiť do špeciálneho puzdra, aby sa na citlivú šošovku neprášilo.Toto je možnosť s minimálne náklady- používa sa kolimátor z čínskeho ukazovateľa:
Použitie modulu vyrobeného vo výrobe vám umožní získať nasledujúce výsledky:
Laserový lúč je viditeľný večer:
A samozrejme v tme:
Možno.
Áno, v nasledujúcich článkoch chcem povedať a ukázať, ako sa dajú takéto lasery použiť. Ako vyrobiť oveľa výkonnejšie exempláre, schopné rezať kov a drevo a nielen zapaľovať zápalky a taviť plasty. Ako vytvárať hologramy a skenovať objekty na vytváranie modelov 3D Studio Max. Ako vyrobiť výkonné zelené alebo modré lasery. Rozsah použitia laserov je pomerne široký a jeden článok to tu nedokáže.Musíme sa spamätať.
Nezabudnite na bezpečnostné opatrenia! Lasery nie sú hračka! Starajte sa o svoje oči!Mnoho rádioamatérov aspoň raz v živote chcelo vyrobiť laser vlastnými rukami. Kedysi sa verilo, že sa dá zbierať iba vo vedeckých laboratóriách. Áno, to je pravda, ak hovoríme o obrovských laserové inštalácie. Môžete si však zostaviť aj jednoduchší laser, ktorý bude aj poriadne výkonný. Myšlienka sa zdá byť veľmi komplikovaná, no v skutočnosti nie je vôbec ťažká. V našom článku s videom budeme hovoriť o tom, ako si môžete doma zostaviť vlastný laser.
DIY výkonný laser
DIY laserový obvod
Je veľmi dôležité dodržiavať základné bezpečnostné pravidlá. Po prvé, pri kontrole činnosti zariadenia alebo keď je už úplne zmontované, v žiadnom prípade ho nemierte do očí, iných ľudí alebo zvierat. Váš laser bude taký výkonný, že dokáže zapáliť zápalku alebo dokonca list papiera. Po druhé, postupujte podľa našej schémy a potom bude vaše zariadenie fungovať dlho a vo vysokej kvalite. Po tretie, nedovoľte deťom hrať sa s ním. Nakoniec zmontované zariadenie uložte na bezpečné miesto.
Na zostavenie laseru doma nebudete potrebovať príliš veľa času a komponentov. Najprv teda potrebujete jednotku DVD-RW. Môže byť pracovný alebo nepracovný. To nie je dôležité. Je však veľmi dôležité, aby išlo o záznamové zariadenie a nie o bežnú jednotku na prehrávanie diskov. Rýchlosť zápisu disku by mala byť 16x. Môže byť vyššia. Ďalej budete musieť nájsť modul so šošovkou, vďaka ktorej dokáže laser zaostriť na jeden bod. Na to môže byť vhodný starý čínsky ukazovateľ. Ako telo budúceho lasera je najlepšie použiť nepotrebnú oceľovú baterku. „Výplňou“ budú drôty, batérie, odpory a kondenzátory. Nezabudnite tiež pripraviť spájkovačku - bez nej bude montáž nemožná. Teraz sa pozrime, ako zostaviť laser z vyššie opísaných komponentov.
DIY laserový obvod
Prvá vec, ktorú musíte urobiť, je rozobrať jednotku DVD. Odpojením kábla musíte z jednotky odstrániť optickú časť. Potom uvidíte laserovú diódu - treba ju opatrne vybrať z puzdra. Pamätajte, že laserová dióda je mimoriadne citlivá na zmeny teploty, najmä na chlad. Kým nenainštalujete diódu do budúceho lasera, je najlepšie previnúť vodiče diódy tenký drôt.
Laserové diódy majú najčastejšie tri vývody. Ten v strede dáva mínus. A jeden z extrémnych je plus. Mali by ste vziať dve batérie AA a pripojiť ich k dióde vybratej z puzdra pomocou odporu 5 Ohm. Aby sa laser rozsvietil, musíte pripojiť zápornú batériu na strednú svorku diódy a kladnú batériu na jednu z vonkajších svoriek. Teraz môžete zostaviť obvod laserového žiariča. Mimochodom, laser môže byť napájaný nielen z batérií, ale aj z batérie. Toto je každého vec.
Aby ste sa uistili, že vaše zariadenie je po zapnutí zmontované do bodu, môžete použiť staré čínske ukazovátko, ktoré nahradí laser z ukazovátka tým, ktorý ste zostavili. Celá konštrukcia sa dá úhľadne zbaliť do kufríka. Takto bude vyzerať krajšie a dlhšie vydrží. Telo môže byť zbytočné oceľové svietidlo. Ale tiež to môže byť takmer akýkoľvek kontajner. Baterku vyberáme nielen preto, že je silnejšia, ale aj preto, že vďaka nej bude váš laser vyzerať oveľa reprezentatívnejšie.
Sami ste sa teda presvedčili, že na zostavenie dostatočne výkonného lasera doma nepotrebujete ani hlboké znalosti vedy, ani extrémy drahé vybavenie. Teraz môžete laser zostaviť sami a použiť ho na určený účel.
Dnes budeme hovoriť o tom, ako si vyrobiť výkonný zelený alebo modrý laser doma zo šrotu vlastnými rukami. Zvážime aj nákresy, schémy a dizajn domácich laserových ukazovátok 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.
Laserová operácia je založená na fenoméne vynúteného (indukovaného) žiarenia. Laserové žiarenie môže byť nepretržité, s konštantným výkonom alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. Podstata javu spočíva v tom, 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, čiže je jeho presnou kópiou. Týmto spôsobom je svetlo zosilnené. Tento jav sa líši od spontánneho žiarenia, pri ktorom emitované fotóny majú náhodné smery šírenia, polarizáciu a fázu
Pravdepodobnosť, že náhodný fotón spôsobí stimulovanú emisiu z 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 laserový pracovný prvok používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.
V kvantovom generátore nie je žiadny vonkajší tok fotónov, v jeho vnútri sa vytvára inverzná populácia pomocou rôznych čerpacích zdrojov. V závislosti od zdrojov, ktoré existujú rôznymi spôsobmičerpanie:
optická - výkonná záblesková lampa;
výboj plynu v pracovnej látke (aktívne médium);
vstrekovanie (prenos) prúdových nosičov v polovodiči v zóne
p-n prechody;
elektronické budenie (ožarovanie čistého polovodiča vo vákuu prúdom elektrónov);
tepelné (ohrievanie plynu s následným rýchlym ochladením;
chemické (spotreba energie chemické reakcie) a niektoré ďalšie.
Primárnym zdrojom generovania je proces spontánnej emisie, preto na zabezpečenie kontinuity generácií fotónov je potrebná existencia pozitívnej spätnej väzby, vďaka ktorej emitované fotóny spôsobujú následné akty indukovanej emisie. Na tento účel sa aktívne médium lasera umiestni do optickej dutiny. V najjednoduchšom prípade pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno je priesvitné - cez neho laserový lúč čiastočne vychádza z rezonátora.
Odrážajúc sa od zrkadiel, lúč žiarenia opakovane prechádza cez rezonátor a spôsobuje v ňom indukované prechody. Žiarenie môže byť buď nepretržité alebo pulzné. Súčasne pomocou rôznych zariadení na rýchle vypnutie a zapnutie spätnej väzby a tým skrátenie periódy impulzov je možné vytvoriť podmienky na generovanie žiarenia s veľmi vysokým výkonom - ide o takzvané obrie impulzy. Tento režim prevádzky lasera sa nazýva Q-spínaný režim.
Laserový lúč je koherentný, monochromatický, polarizovaný, úzko smerovaný svetelný tok. Jedným slovom je to lúč svetla vyžarovaný nielen synchrónnymi zdrojmi, ale aj vo veľmi úzkom rozsahu a smerovo. Akýsi extrémne koncentrovaný svetelný tok.
Žiarenie generované laserom je monochromatické, pravdepodobnosť emisie fotónu určitej vlnovej dĺžky je väčšia ako pravdepodobnosť emisie blízko umiestneného, spojená s rozšírením spektrálnej čiary a pravdepodobnosť indukovaných prechodov pri tejto frekvencii má tiež maximálne. Preto postupne počas procesu generovania budú fotóny danej vlnovej dĺžky dominovať nad všetkými ostatnými fotónmi. Navyše, vďaka špeciálnemu usporiadaniu zrkadiel, len tie fotóny, ktoré sa šíria v smere rovnobežnom s optickou osou rezonátora v krátkej vzdialenosti od nej, zostávajú v laserovom lúči rýchlo opustené. Laserový lúč má teda veľmi malý uhol divergencie. Nakoniec má laserový lúč presne definovanú polarizáciu. Na tento účel sa do rezonátora zavedú rôzne polarizátory, môžu to byť napríklad ploché sklenené dosky inštalované v Brewsterovom uhle k smeru šírenia laserového lúča;
Pracovná vlnová dĺžka lasera, ako aj ďalšie vlastnosti závisia od toho, aká pracovná tekutina sa v laseri používa. Pracovná tekutina je „pumpovaná“ energiou, aby sa vytvoril inverzný efekt elektronických populácií, čo spôsobuje stimulovanú emisiu fotónov a efekt optického zosilnenia. Najjednoduchšia forma Optický rezonátor pozostáva z dvoch paralelných zrkadiel (môžu ich byť aj štyri alebo viac) umiestnených okolo pracovnej tekutiny lasera. Stimulované žiarenie pracovnej tekutiny sa odráža späť od zrkadiel a opäť sa zosilňuje. Kým nevyjde, vlna sa môže mnohokrát odrážať.
Stručne teda sformulujme podmienky potrebné na vytvorenie zdroja koherentného svetla:
treba pracovná látka s obráteným obyvateľstvom. Len potom možno dosiahnuť zosilnenie svetla pomocou nútených prechodov;
pracovná látka by mala byť umiestnená medzi zrkadlá, ktoré poskytujú spätnú väzbu;
zosilnenie dané pracovnou látkou, čo znamená, že počet excitovaných atómov alebo molekúl v pracovnej látke musí byť väčší ako prahová hodnota v závislosti od odrazivosti výstupného zrkadla.
Môžu sa použiť laserové vzory nasledujúce typy pracovné orgány:
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“ energiou týchto laserov sa najčastejšie vykonáva pomocou elektrických výbojov.
Pevné látky (kryštály a sklá). Pevný materiál takýchto pracovných kvapalín sa aktivuje (dopuje) pridaním malého množstva iónov chrómu, neodýmu, erbia alebo titánu. Bežne používané kryštály sú ytrium-hliníkový granát, lítiumytriumfluorid, zafír (oxid hlinitý) a silikátové sklo. Pevné lasery sú zvyčajne "pumpované" blesková lampa alebo iný laser.
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 domáce spotrebiče, ako sú CD prehrávače.
Na premenu zosilňovača na oscilátor je potrebné zorganizovať spätnú väzbu. V laseroch sa to dosiahne umiestnením účinnej látky medzi odrazové plochy (zrkadlá), čím sa vytvorí takzvaný „otvorený rezonátor“, pretože časť energie vyžarovanej účinnou látkou sa odráža od zrkadiel a opäť sa vracia do účinná látka
Laser využíva optické rezonátory rôzne druhy- s plochými zrkadlami, guľové, kombinácie plochých a guľových atď. V optických rezonátoroch, ktoré poskytujú spätnú väzbu v laseri, môžu byť vybudené len určité druhy kmitov elektromagnetického poľa, ktoré sa nazývajú prirodzené kmity alebo režimy rezonátora.
Módy sú charakterizované frekvenciou a tvarom, t.j. priestorovým rozložením vibrácií. V rezonátore s plochými zrkadlami sú prevažne excitované typy kmitov zodpovedajúce rovinným vlnám šíriacim sa pozdĺž osi rezonátora. Systém dvoch paralelných zrkadiel rezonuje len pri určitých frekvenciách – a v laseri hrá rolu aj oscilačný obvod v bežných 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 pri L >> ? uzavretý rezonátor stráca svoje rezonančné vlastnosti, keďže počet možné typy oscilácie sú také veľké, že sa prekrývajú.
Absencia bočných stien výrazne znižuje počet možných druhov kmitov (módov) v dôsledku toho, že vlny šíriace sa pod uhlom k osi rezonátora rýchlo prekračujú jeho hranice a umožňuje zachovať rezonančné vlastnosti rezonátora pri L >> ?. Rezonátor v laseri však poskytuje nielen spätnú väzbu tým, že vracia žiarenie odrazené od zrkadiel do aktívnej látky, ale určuje aj spektrum laserového žiarenia, jeho energetické charakteristiky a smer žiarenia.
V najjednoduchšej aproximácii rovinnej vlny je podmienkou rezonancie v rezonátore s plochými zrkadlami, aby sa po dĺžke rezonátora zmestil celý počet polvln: 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 spektrum žiarenia svetla 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 jednovidový režim lasera. Spektrálna šírka každého komponentu je určená energetickými stratami v rezonátore a predovšetkým priepustnosťou a absorpciou svetla zrkadlami.
Frekvenčný profil zosilnenia v pracovnej látke (je určený šírkou a tvarom čiary pracovnej látky) a súborom vlastných frekvencií otvoreného rezonátora. Pri otvorených rezonátoroch s vysokým faktorom kvality používaným v laseroch je šírka pásma rezonátora ??p, ktorá určuje šírku rezonančných kriviek jednotlivých módov a dokonca aj vzdialenosť medzi susednými módmi ??h, menšia ako šírka čiary zisku. a dokonca aj v plynových laseroch, kde je rozšírenie čiary najmenšie. Preto do zosilňovacieho obvodu vstupuje niekoľko druhov kmitov rezonátora.
Laser teda nemusí generovať na jednej frekvencii častejšie, naopak, ku generovaniu dochádza súčasne pri viacerých typoch kmitov, pre aké zosilnenie? viac strát v rezonátore. Aby laser pracoval na jednej frekvencii (v jednofrekvenčnom režime), je spravidla potrebné prijať špeciálne opatrenia (napríklad zvýšiť straty, ako je znázornené na obrázku 3) alebo zmeniť vzdialenosť medzi zrkadlami. aby sa do obvodu zosilnenia dostal len jeden. Pretože v optike, ako je uvedené vyššie, ah > ap a generačná frekvencia v laseri je určená hlavne frekvenciou rezonátora, potom, aby bola generačná frekvencia stabilná, je potrebné stabilizovať rezonátor. Takže ak zisk v pracovnej látke pokrýva straty v rezonátore pri určitých typoch kmitov, dochádza na nich ku generovaniu. Zárodkom jeho vzniku je ako v každom generátore hluk, ktorý v laseroch predstavuje spontánnu emisiu.
Aby aktívne médium vyžarovalo koherentné monochromatické svetlo, je potrebné zaviesť spätnú väzbu, t.j. časť toho, čo toto médium vyžaruje. svetelný tok poslať späť do média, aby sa vytvorila stimulovaná emisia. Pozitívny spätná väzba realizované pomocou optických rezonátorov, ktorými sú v elementárnej verzii dve koaxiálne (paralelné a pozdĺž tej istej 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, odrazené od zrkadla, opäť prechádza prostredím a ďalej sa zosilňuje. Cez priesvitné zrkadlo sa časť žiarenia vyžaruje do vonkajšie prostredie, a jeho časť sa odráža späť do média a opäť sa zosilňuje. Za určitých podmienok sa tok fotónov vo vnútri pracovnej látky začne lavínovo zvyšovať a začne sa generovať monochromatické koherentné svetlo.
Princíp činnosti optického rezonátora, prevažujúci počet častíc pracovnej látky, reprezentovaný otvorenými kruhmi, je v základnom stave, t.j. na nižšej energetickej úrovni. Len nie veľké množstvočastice, reprezentované tmavými kruhmi, sú v elektronicky excitovanom stave. Keď je pracovná látka vystavená čerpaciemu zdroju, väčšina častíc prejde do excitovaného stavu (počet tmavých kruhov sa zvýšil) a vytvorí sa inverzná populácia. Ďalej (obr. 2c) nastáva spontánna emisia niektorých častíc vyskytujúcich sa v elektronicky excitovanom stave. Žiarenie smerujúce pod uhlom k osi rezonátora opustí pracovnú látku a rezonátor. Žiarenie, ktoré smeruje pozdĺž osi rezonátora, sa priblíži zrkadlový povrch.
Pre priesvitné zrkadlo prejde časť žiarenia cez neho životné prostredie a jeho časť sa odrazí a opäť nasmeruje do pracovnej látky, pričom častice v excitovanom stave sa zapoja do procesu stimulovanej emisie.
Na „hluchom“ zrkadle sa celý tok lúča odrazí a opäť prejde cez pracovnú látku, pričom indukuje žiarenie zo všetkých zostávajúcich excitovaných častíc, čo odráža situáciu, keď všetky excitované častice odovzdali svoju nahromadenú energiu, a na výstupe rezonátor, na strane priesvitného zrkadla sa vytvoril silný tok indukovaného žiarenia.
Základné konštrukčné prvky lasery zahŕňajú pracovnú látku 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 rovnaké a jednoduché schematický diagram zariadenie, ktoré je znázornené na obr. 3.
Výnimkou sú polovodičové lasery kvôli ich špecifickosti, pretože všetko na nich je špeciálne: fyzika procesov, čerpacie metódy a dizajn. Polovodiče sú kryštalické útvary. Energia elektrónu v jednotlivom atóme nadobúda prísne definované diskrétne hodnoty, a preto sú energetické stavy elektrónu v atóme opísané v reči úrovní. 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 bandgap. Pri teplote polovodiča rovnej absolútnej nule by mal byť valenčný pás úplne naplnený elektrónmi a vodivý pás by mal byť prázdny. V reálnych podmienkach je teplota vždy vyššia absolútna nula. 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 mierne presahuje zakázané pásmo, môžu v polovodičovom kryštáli nastať tri typy interakcie svetla s hmotou: 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 látkou bude zrodenie sekundárneho fotónu, identického svojimi parametrami a smerom pohybu s fotónom, ktorý inicioval prechod.
Na generovanie laserového žiarenia je potrebné vytvoriť inverznú populáciu „pracovných úrovní“ v polovodiči – aby sa vytvorila dostatočne vysoká koncentrácia elektrónov na spodnom okraji vodivého pásma a zodpovedajúca vysoká koncentrácia otvorov na okraji vodivého pásma. valenčné pásmo. Na tieto účely sú čisté polovodičové lasery zvyčajne čerpané prúdom elektrónov.
Zrkadlá rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu. Nevýhodou takýchto laserov je, že mnohé polovodičové materiály generujú laserové žiarenie len pri veľmi vysokej úrovni nízke teploty a bombardovanie polovodičových kryštálov prúdom elektrónov spôsobuje jeho veľké zahrievanie. To si vyžaduje dodatočné chladiace zariadenia, čo komplikuje konštrukciu zariadenia a zväčšuje jeho rozmery.
Vlastnosti polovodičov s prímesami sa výrazne líšia od vlastností nečistých, 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 pásma: pre n-polovodiče - blízko spodného okraja vodivého pásma, pre /-polovodiče - blízko horného okraja valenčného pásma.
Ak v tejto oblasti tvoríte elektrické napätie tak, že na strane p-polovodiča je kladný pól a na strane p-polovodiča je záporný pól, potom pod vplyvom elektrické pole elektróny z n-polovodiča a diery z n-polovodiča sa presunú (injektujú) do oblasť p-n— prechod.
Keď sa elektróny a diery rekombinujú, budú emitované fotóny a v prítomnosti optického rezonátora sa môže generovať laserové žiarenie.
Zrkadlá optického rezonátora sú leštené plochy polovodičového kryštálu, orientované kolmo na rovinu pn prechodu. Takéto lasery sú miniatúrne, pretože veľkosť polovodičového aktívneho prvku môže byť približne 1 mm.
V závislosti od uvažovanej funkcie sú všetky lasery rozdelené nasledovne).
Prvý znak. Je zvykom rozlišovať medzi laserovými zosilňovačmi a generátormi. V zosilňovačoch sa na vstup privádza slabé laserové žiarenie a na výstupe sa príslušne zosilňuje. 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, fosfid arzenidu gália, selenid olovnatý atď.).
Metóda vzrušovania pracovnej látky je tretia punc lasery. V závislosti od zdroja budenia sa lasery rozlišujú: opticky čerpané, čerpané plynovým výbojom, elektronické budenie, vstrekovanie nosičov náboja, tepelne čerpané, chemicky čerpané a niektoré ďalšie.
Ďalším klasifikačným znakom je laserové emisné spektrum. Ak je žiarenie sústredené v úzkom rozsahu vlnových dĺžok, potom sa laser považuje za monochromatický a jeho technické údaje označujú špecifickú vlnovú dĺžku; ak je v širokom rozsahu, potom by sa laser mal považovať za širokopásmový a je uvedený rozsah vlnových dĺžok.
Na základe charakteru emitovanej energie sa rozlišujú pulzné lasery a lasery s kontinuálnym žiarením. Netreba si zamieňať pojmy pulzný laser a laser s frekvenčnou moduláciou kontinuálneho žiarenia, keďže v druhom prípade dostávame v podstate prerušované žiarenie rôznych frekvencií. Pulzné lasery majú vysoký výkon v jedinom impulze, dosahujúcom 10 W, pričom ich priemerný impulzný výkon, určený zodpovedajúcimi vzorcami, je relatívne malý. Pre kontinuálne frekvenčne modulované lasery je výkon v takzvanom impulze nižší ako výkon kontinuálneho žiarenia.
Na základe priemerného výkonu žiarenia (ďalší klasifikačný znak) sa lasery delia na:
· vysokoenergetické (hustota generovaného výkonu žiarenia na povrchu objektu alebo biologického objektu je vyššia ako 10 W/cm2);
· stredná energia (hustota toku generovaného výkonu žiarenia - od 0,4 do 10 W/cm2);
· nízkoenergetický (hustota toku výkonu generovaného žiarenia je menšia ako 0,4 W/cm2).
· mäkké (generovaná energia ožiarenia - E alebo hustota toku energie na ožarovanom povrchu - do 4 mW/cm2);
· priemer (E - od 4 do 30 mW/cm2);
· tvrdý (E - viac ako 30 mW/cm2).
Podľa " Sanitárne normy a pravidlá pre návrh a prevádzku laserov č. 5804-91“, podľa stupňa nebezpečenstva vznikajúceho žiarenia pre obsluhujúci personál sa lasery delia do štyroch tried.
Lasery prvej triedy zahŕňajú: technické zariadenia, ktorého výstupné kolimované (uzavreté v obmedzenom priestorovom uhle) žiarenie nepredstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní ľudských očí a kože.
Lasery druhej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným žiarením.
Lasery tretej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným, ako aj difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne reflexného povrchu a (alebo) pri ožarovaní pokožky priame a zrkadlovo odrazené žiarenie.
Lasery triedy 4 sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo, keď je pokožka ožarovaná difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne odrážajúceho povrchu.
Niekedy môžete z nepotrebných vecí uložených doma urobiť niečo skutočne neuveriteľné a užitočné. Váľa sa vám doma stará DVD-RW (napaľovacia) mechanika? Povieme vám, ako si vyrobiť výkonný laser doma a požičiavať si z neho prvky.
Bezpečnostné opatrenia
Zariadenie, s ktorým skončíme, nie je neškodná hračka! Pred vytvorením lasera sa postarajte o svoju bezpečnosť: dostať lúč do očí je škodlivé pre sietnicu, najmä ak je vynález výkonný. Preto vám odporúčame vykonávať všetky práce v špeciálnych ochranných okuliaroch, ktoré vám ušetria zrak, ak sa niečo pokazí a omylom nasmerujete laserový lúč do svojich alebo priateľových očí.
Keď budete laser používať v budúcnosti, nezabudnite na tieto jednoduché bezpečnostné opatrenia:
- Nemierte laserovým lúčom na horľavé alebo výbušné predmety.
- Nesvietiť na reflexné povrchy (sklo, zrkadlá).
- Aj laserový lúč vystrelený zo vzdialenosti až 100 m predstavuje nebezpečenstvo pre sietnicu ľudí a zvierat.
Práca s laserovým modulom
Hlavná vec, ktorú potrebujeme, je zapisovacia jednotka. Upozorňujeme, že čím vyššia je rýchlosť zápisu, tým výkonnejší bude náš DVD laser. Je samozrejmé, že po odstránení laserového modulu sa zariadenie stane nefunkčným, preto rozoberajte iba zariadenie, ktoré už nebudete potrebovať.
Teraz začnime:
Prvá časť našej práce je za nami. Prejdime k ďalšej dôležitej fáze.
Zostavenie obvodu zariadenia
Obvod potrebujeme na ovládanie výkonu nášho zariadenia. V opačnom prípade sa pri prvom použití jednoducho spáli. Nižšie uvidíte nákres lasera.
Vhodné pre naše zariadenie nástenná inštalácia. Teraz prejdime k poskytovaniu energie laseru, ktorý sme sami vyrobili.
Napájanie zariadenia
Budeme potrebovať minimálne 3,7 V. To nám vedia zabezpečiť staré batérie z mobilov a AA batérie. Stačí ich spojiť paralelne medzi sebou. Na kontrolu činnosti zariadenia alebo stacionárneho laserového ukazovátka je vhodný stabilizovaný napájací zdroj.
V tejto fáze už môžete otestovať fungovanie zariadenia. Nasmerujte ho na stenu, podlahu a zapnite napájanie. Mali by ste vidieť chumáč jasne červenkastej farby. V tme vyzerá ako výkonná infračervená baterka.
Vidíte, že žiara je ďaleko od lasera: lúč je príliš široký; len prosí, aby sa sústredil. To je to, čo budeme robiť ďalej.
Šošovka na zaostrenie laserového lúča
Na úpravu ohniskovej vzdialenosti, vystačíte si s objektívom zapožičaným z rovnakej DVD-RW mechaniky.
Teraz znova pripojte zariadenie k napájaniu a nasmerujte jeho svetlo na akýkoľvek povrch cez túto šošovku. Podarilo sa to? Potom prejdime k záverečná fáza práca - umiestnenie všetkých prvkov do pevného krytu.
Výroba puzdra
Mnoho ľudí, keď radí, ako vyrobiť laser, hovorí, že najjednoduchšie je umiestniť modul do puzdra malej baterky alebo čínskeho laserového ukazovátka. Kde, mimochodom, už je šošovka. Pozrime sa však na situáciu, ak nemáte po ruke ani jedno, ani druhé.
Ďalšou možnosťou je umiestniť prvky hliníkový profil. Dá sa ľahko píliť pílkou a modelovať kliešťami. Môžete sem pridať aj malú AA batériu. Nižšie uvedená fotografia vám poradí, ako na to.
Nezabudnite izolovať všetky kontakty. Ďalším krokom je upevnenie objektívu v tele. Najjednoduchší spôsob, ako ho pripevniť, je na plastelínu - týmto spôsobom môžete nastaviť najvýhodnejšiu polohu. V niektorých prípadoch sa dosiahne lepší efekt, ak šošovku otočíte k laserovej dióde vypuklou stranou.
Zapnite laser a upravte jasnosť lúča. Po dosiahnutí uspokojivých výsledkov zaistite šošovku v puzdre. Potom ho úplne zatvorte, napríklad pevne omotajte elektrickou páskou.
Ako vyrobiť laser: alternatívny spôsob
My vám ponúkneme ešte jeden, hneď niekoľko skvelý spôsob výroba domáceho vysokovýkonného lasera. Budete potrebovať nasledovné:
- DVD-RW mechanika s rýchlosťou zápisu 16x alebo viac.
- Tri AA batérie.
- Kondenzátory 100 mF a 100 pF.
- Odpor od 2 do 5 ohmov.
- Drôty.
- Spájkovačka.
- Laserové ukazovátko (alebo akýkoľvek iný kolimátor – tak sa volá modul so šošovkou).
- Oceľové LED svietidlo.
Teraz sa pozrime, ako vyrobiť laser pomocou tejto metódy:
- Pomocou už opísanej metódy odstráňte laserový modul umiestnený vo vozíku zariadenia z jednotky. Nezabudnite ho chrániť pred statickým napätím omotaním výstupov tenkým drôtikom alebo antistatickým remienkom na zápästie.
- Podľa vyššie uvedenej schémy prispájkujte ovládač - dosku, ktorá vydá náš domáci produkt na požadovaný výkon. Venujte veľkú pozornosť dodržaniu polarity, aby ste nepoškodili citlivú laserovú diódu.
- V tejto fáze skontrolujeme funkčnosť novo zostaveného ovládača. Ak je laserový modul z modelu s rýchlosťou 16x, tak mu bude stačiť prúd 300-350 mA. Ak je vyššia (až 22x), zastavte sa na hodnote 500 mA.
- Po overení vhodnosti ovládača ho musíte umiestniť do krytu. Môže to byť buď základňa z čínskeho laserového ukazovátka s už zabudovaným objektívom, alebo vhodnejšie telo z LED baterky.
Laserové testovanie
A tu je dôvod, prečo vás zaujímalo, ako vyrobiť laser. Prejdime k praktickému testovaniu zariadenia. V žiadnom prípade by ste to nemali vykonávať doma - iba na ulici, ďaleko od ohňa a výbušných predmetov, budov, mŕtveho dreva, hromady odpadu atď. Na experimenty budeme potrebovať papier, plast, rovnakú elektrickú pásku, preglejku.
Takže začnime:
- Položte list papiera na asfalt, kameň, tehlu. Namierte naň dobre zaostrený laserový lúč. Uvidíte, že po chvíli list začne dymiť a potom sa úplne vznieti.
- Teraz prejdime k plastu - pod vplyvom laserového lúča začne tiež dymiť. Neodporúčame vykonávať takéto experimenty na dlhú dobu: produkty spaľovania tohto materiálu sú veľmi toxické.
- Väčšina zaujímavá skúsenosť- s preglejkou, plochá doska. Pomocou zaostreného lasera naň vypálite konkrétny nápis alebo dizajn.
Domáci laser určite áno dobrá práca a svojvoľný vynález. Preto je dosť možné, že vaše remeslo čoskoro zlyhá, je preň také dôležité určité podmienky skladovanie a prevádzku, ktoré nie je možné zabezpečiť doma. Najvýkonnejšie lasery, ktoré ľahko režú kov, je možné získať len v špecializovaných laboratóriách, pre amatérov nie sú dostupné. Veľmi nebezpečné je však aj obyčajné zariadenie – namierené z veľkej diaľky na oči človeka či zvieraťa, prípadne na horľavý predmet v blízkosti.
Keď sa povie laser, väčšina ľudí si okamžite vybaví epizódy zo sci-fi filmov. Takýto vynález je však v našich životoch už dlho pevne zavedený a nie je ničím fantastickým. Laser našiel svoje uplatnenie v mnohých oblastiach, od medicíny a výroby až po zábavu. Mnoho ľudí sa preto pýta, či a ako si vyrobiť laser sami.
V závislosti od špecifikácií a predložených požiadaviek môžu byť lasery úplne odlišné, a to ako veľkosťou (od vreckových ukazovateľov až po veľkosť futbalového ihriska), tak aj výkonom, použitým pracovným médiom a ďalšími parametrami. Samozrejme, nie je možné vyrobiť výkonný výrobný lúč sami doma, pretože to nie sú len technicky zložité zariadenia, ale aj veľmi náročné na údržbu. Jednoduchý, ale spoľahlivý a výkonný laser si však môžete vyrobiť vlastnými rukami z bežnej jednotky DVD-RW.
Princíp fungovania
Slovo „laser“ k nám prišlo anglický jazyk„laser“, čo je skratka prvých písmen oveľa zložitejšieho názvu: zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia a doslovne sa prekladá ako „zosilnenie svetla stimulovanou emisiou“. Môže sa nazývať aj optický kvantový generátor. Existuje mnoho typov laserov a ich rozsah použitia je mimoriadne široký.
Princíp jeho činnosti spočíva v premene jednej energie (svetelnej, chemickej, elektrickej) na energiu rôznych tokov žiarenia, to znamená, že je založený na fenoméne vynúteného alebo indukovaného žiarenia.
Princíp činnosti je zvyčajne znázornený na nasledujúcom obrázku:
Materiály potrebné na prácu
Pri popise základov laserovej prevádzky vyzerá všetko komplikovane a nejasne. V skutočnosti je výroba laseru vlastnými rukami doma mimoriadne jednoduchá. Budete potrebovať niekoľko komponentov a nástrojov:
- Najzákladnejšia vec, ktorú potrebujete na vytvorenie lasera, je DVD-RW mechanika, teda napaľovačka z počítača alebo prehrávača. Čím vyššia je rýchlosť záznamu, tým výkonnejší bude samotný produkt. Je vhodnejšie použiť pohony s rýchlosťou 22X, pretože jeho výkon je najvyšší, asi 300 mW. Zároveň sa líšia farbou: červená, zelená, fialová. Čo sa týka ROM bez zápisu, tie sú príliš slabé. Za pozornosť stojí aj fakt, že po manipulácii s pohonom už nebude fungovať, preto si zoberte buď už nefunkčný, ale s funkčným laserom, alebo taký, ktorý vám nebude ľúto. rozlúčiť sa s.
- Budete tiež potrebovať stabilizátor prúdu, aj keď je tu túžba robiť bez neho. Ale stojí za to vedieť, že všetky diódy (a laserové diódy nie sú výnimkou) „uprednostňujú“ nie napätie, ale prúd. Najlacnejšie a najvýhodnejšie možnosti sú impulzný menič NCP1529 alebo mikroobvod LM317 (analogicky ako KR142EN12).
- Výstupný odpor sa volí v závislosti od napájacieho prúdu laserovej diódy. Vypočíta sa pomocou vzorca: R=I/1,25, kde I - menovitý prúd laser
- Dva kondenzátory: 0,1 µF a 100 µF.
- Kolimátor alebo laserové ukazovátko.
- Štandardné batérie AAA.
- Drôty.
- Náradie: spájkovačka, skrutkovače, kliešte atď.
Odstránenie laserovej diódy z jednotky DVD
Hlavná časť, ktorú je potrebné odstrániť, je laser z DVD mechaniky. Nie je to ťažké, ale stojí za to poznať niektoré nuansy, ktoré pomôžu vyhnúť sa možným nedorozumeniam počas práce.
V prvom rade je potrebné rozobrať DVD mechaniku, aby ste sa dostali k vozíku, na ktorom sú umiestnené laserové diódy. Jedným z nich je čítačka - má príliš nízku spotrebu. Druhý zapisovač je presne to, čo potrebujete na výrobu lasera z jednotky DVD.
Na vozíku je dióda inštalovaná na radiátore a bezpečne upevnená. Ak neplánujete použiť iný radiátor, potom je ten existujúci celkom vhodný. Preto ich musíte odstrániť spoločne. V opačnom prípade opatrne odrežte nohy pri vstupe do radiátora.
Keďže diódy sú mimoriadne citlivé na statickú energiu, je dobré ich chrániť. Aby ste to dosiahli, musíte spolu s tenkým drôtom navinúť nohy laserovej diódy.
Ostáva už len dať všetky detaily dokopy a samotná ROM už nie je potrebná.
Zostavenie laserového zariadenia
Diódu odstránenú z LED je potrebné pripojiť k prevodníku pri dodržaní polarity, pretože inak laserová dióda okamžite zlyhá a nebude vhodná na ďalšie použitie.
S rubová strana dióda, je inštalovaný kolimátor, aby sa svetlo mohlo sústrediť do jedného lúča. Hoci namiesto toho môžete použiť šošovku, ktorá je súčasťou rumu, alebo šošovku, ktorú už obsahuje laserové ukazovátko. V tomto prípade však budete musieť vykonať úpravy, aby ste dosiahli požadované zaostrenie.
Na druhej strane prevodníka sú spájkované vodiče, ktoré sa pripájajú ku kontaktom puzdra, kde budú nainštalované batérie.
Pomôže dokončiť laser z dvd mechanika DIY diagram:
Po pripojení všetkých komponentov môžete skontrolovať funkčnosť výsledného zariadenia. Ak všetko funguje, zostáva len umiestniť celú konštrukciu do puzdra a bezpečne ju tam upevniť.
Domáci dizajn tela
K výrobe puzdra môžete pristupovať rôznymi spôsobmi. Napríklad prípad z Čínsky lampáš. Môžete použiť aj hotové telo laserového ukazovátka. Ale optimálne riešenie Môže sa ukázať ako domáci vyrobený z hliníkového profilu.
Samotný hliník je ľahký a zároveň veľmi ľahko spracovateľný. Celá konštrukcia bude v ňom vhodne umiestnená. Bude tiež vhodné ho zabezpečiť. V prípade potreby môžete požadovaný kus vždy ľahko vyrezať alebo ohnúť v súlade s požadovanými parametrami.
Bezpečnosť a testovanie
Po dokončení všetkých prác je čas vyskúšať výsledný výkonný laser. Neodporúča sa to robiť v interiéri. Preto je lepšie ísť von na opustené miesto. Zároveň stojí za to si to pripomenúť vyrobené zariadenie je niekoľko stokrát výkonnejšie ako bežné laserové ukazovátko, a to si vyžaduje používanie mimoriadne opatrne. Nemierte lúčom na ľudí alebo zvieratá, dávajte pozor, aby sa vám lúč neodrážal alebo sa nedostal do očí. Pri použití červeného laserového lúča sa odporúča nosiť zelené okuliare, čím sa výrazne zníži riziko poškodenia zraku v neočakávaných prípadoch. Na laserové lúče sa totiž neodporúča pozerať ani zvonku.
Nesmerujte laserový lúč na horľavé alebo výbušné predmety a látky.
Vytvorený prístroj s vhodne nakonfigurovaným objektívom vie poriadne zarezať plastové vrecká, horieť na dreve, prasknúť balóny a dokonca aj spáliť - akýsi bojový laser. Je neuveriteľné, čo dokážete s DVD mechanikou. Preto by ste pri testovaní vyrobeného zariadenia mali vždy pamätať na bezpečnostné opatrenia.