Opozorilo!
V članku je opisana izdelava laserja visoke moči ( 300mW ~ moč 500 kitajskih kazalk), kar lahko škoduje vašemu zdravju in zdravju drugih! Bodite izjemno previdni! Uporabljajte posebna zaščitna očala in ne usmerjajte laserskega žarka v ljudi ali živali!Ugotovimo.
Na Habréju so se članki o prenosnih zmajevih laserjih, kot je Hulk, pojavili le nekajkrat. V tem članku vam bom povedal, kako lahko naredite laser, ki po moči ni slabši od večine modelov, ki se prodajajo v tej trgovini.Kuhajmo.
Najprej morate pripraviti vse komponente:- nedelujoč (ali delujoč) pogon DVD-RW s hitrostjo pisanja 16x ali več;
- kondenzatorji 100 pF in 100 mF;
- upor 2-5 Ohm;
- tri AAA baterije;
- spajkalnik in žice;
- kolimator (ali kitajski kazalec);
- jeklo LED svetilka.
to minimalno zahtevano narediti preprost model voznika. Gonilnik je v resnici plošča, ki bo oddajala našo lasersko diodo zahtevano moč. Vira napajanja ne smete priključiti neposredno na lasersko diodo - pokvarila se bo. Lasersko diodo mora napajati tok, ne napetost.
Kolimator je pravzaprav modul z lečo, ki vse sevanje reducira v ozek žarek. Pripravljene kolimatorje lahko kupite v radijskih trgovinah. Te že imajo priročno mesto za namestitev laserske diode, stroški pa so 200-500 rubljev.
Uporabite lahko tudi kolimator iz kitajskega kazalca, vendar bo lasersko diodo težko pritrditi, telo kolimatorja pa bo najverjetneje izdelano iz metalizirane plastike. To pomeni, da se naša dioda ne bo dobro ohladila. A tudi to je možno. To možnost najdete na koncu članka.
Naredimo to.
Najprej morate dobiti samo lasersko diodo. To je zelo krhek in majhen del našega pogona DVD-RW - bodite previdni. Močna rdeča laserska dioda se nahaja v vozičku našega pogona. Od šibkega ga ločiš po radiatorju večja velikost kot običajna IR dioda.Priporočamo uporabo antistatičnega zapestnega paščka, saj je laserska dioda zelo občutljiva na statično napetost. Če zapestnice ni, lahko vodnike diode ovijete s tanko žico, medtem ko čaka na namestitev v ohišje.
V skladu s to shemo morate spajkati gonilnik.
Ne zamenjujte polarnosti! Tudi laserska dioda bo takoj odpovedala, če je polarnost dobavljenega napajanja napačna.
Diagram prikazuje kondenzator 200 mF, vendar je za prenosljivost 50-100 mF povsem dovolj.
Poskusimo.
Pred namestitvijo laserske diode in sestavljanjem vsega v ohišje preverite delovanje gonilnika. Povežite drugo lasersko diodo (nedelujočo ali drugo iz pogona) in izmerite tok z multimetrom. Glede na hitrostne značilnosti je treba pravilno izbrati jakost toka. Za 16 modelov je 300-350mA povsem primerno. Za najhitrejšega 22x lahko priskrbiš celo 500mA, vendar s čisto drugim driverjem, katerega izdelavo nameravam opisati v drugem članku.
Izgleda grozno, vendar deluje!
Estetika.
Laser, sestavljen po teži, se lahko pohvali samo pred istimi norimi tehno-manijaki, vendar je zaradi lepote in udobja bolje, da ga sestavite v priročnem ohišju. Tukaj je bolje, da sami izberete, kako vam je všeč. Celotno vezje sem montiral v navadno LED svetilko. Njegove dimenzije ne presegajo 10 x 4 cm. Vendar ne priporočam, da ga nosite s seboj: nikoli ne veste, kakšne trditve lahko podajo pristojni organi. Bolje je, da ga shranite v posebnem etuiju, da se občutljiva leča ne zapraši.To je možnost z minimalni stroški- uporablja se kolimator iz kitajskega kazalca:
Uporaba tovarniško izdelanega modula vam bo omogočila naslednje rezultate:
Laserski žarek je viden zvečer:
In seveda v temi:
mogoče.
Da, v naslednjih člankih želim povedati in pokazati, kako se lahko uporabljajo takšni laserji. Kako narediti veliko močnejše primerke, ki so sposobni rezati kovino in les, ne pa samo prižigati vžigalic in topiti plastike. Kako narediti holograme in skenirati predmete za ustvarjanje modelov 3D Studio Max. Kako narediti močne zelene ali modre laserje. Področje uporabe laserjev je precej široko in en članek tega ne more storiti.Moramo se spomniti.
Ne pozabite na varnostne ukrepe! Laserji niso igrača! Poskrbite za svoje oči!Mnogi radijski amaterji so vsaj enkrat v življenju želeli narediti laser z lastnimi rokami. Nekoč je veljalo, da ga je mogoče nabrati le v znanstvenih laboratorijih. Ja, res je, če govorimo o ogromnih laserske instalacije. Lahko pa sestavite enostavnejši laser, ki bo tudi precej zmogljiv. Ideja se zdi zelo zapletena, a v resnici sploh ni težka. V našem članku z videoposnetkom bomo govorili o tem, kako lahko sestavite svoj laser doma.
DIY močan laser
DIY lasersko vezje
Zelo pomembno je upoštevati osnovna varnostna pravila. Prvič, ko preverjate delovanje naprave ali ko je že v celoti sestavljena, je pod nobenim pogojem ne usmerjajte v oči, druge ljudi ali živali. Vaš laser bo tako močan, da bo lahko prižgal vžigalico ali celo list papirja. Drugič, sledite naši shemi in potem bo vaša naprava delovala dolgo in kakovostno. Tretjič, otrokom ne dovolite, da se igrajo z njim. Na koncu shranite sestavljeno napravo na varno mesto.
Za sestavljanje laserja doma ne boste potrebovali preveč časa in komponent. Torej, najprej potrebujete pogon DVD-RW. Lahko je delujoč ali nedelujoč. To ni pomembno. Vendar je zelo pomembno, da gre za snemalno napravo in ne za običajen pogon za predvajanje diskov. Hitrost zapisovanja pogona mora biti 16x. Lahko je višje. Nato boste morali poiskati modul z lečo, zahvaljujoč kateri se lahko laser osredotoči na eno točko. Za to je morda primeren stari kitajski kazalec. Kot telo bodočega laserja je najbolje uporabiti nepotrebno jekleno svetilko. "Polnjenje" zanj bodo žice, baterije, upori in kondenzatorji. Prav tako ne pozabite pripraviti spajkalnika - brez njega bo montaža nemogoča. Zdaj pa poglejmo, kako sestaviti laser iz zgoraj opisanih komponent.
DIY lasersko vezje
Prva stvar, ki jo morate storiti, je razstaviti pogon DVD. Optični del morate odstraniti iz pogona tako, da odklopite kabel. Nato boste videli lasersko diodo - previdno jo odstranite iz ohišja. Ne pozabite, da je laserska dioda izjemno občutljiva na temperaturne spremembe, zlasti na mraz. Dokler ne vgradite diode v bodoči laser, je najbolje, da diode navijete nazaj tanka žica.
Najpogosteje imajo laserske diode tri terminale. Tisti na sredini daje minus. In ena skrajnih je plus. Vzemite dve bateriji AA in ju priključite na diodo, odstranjeno iz ohišja, s pomočjo upora 5 ohmov. Da bi laser zasvetil, morate negativno baterijo priključiti na srednji priključek diode, pozitivni pa na enega od zunanjih sponk. Zdaj lahko sestavite vezje laserskega oddajnika. Mimogrede, laser se lahko napaja ne samo iz baterij, ampak tudi iz baterije. To je stvar vseh.
Če želite zagotoviti, da je vaša naprava ob vklopu sestavljena do točke, lahko uporabite stari kitajski kazalec in zamenjate laser iz kazalca s tistim, ki ste ga sestavili. Celotno strukturo lahko lepo zapakirate v kovček. Tako bo videti lepše in trajalo dlje. Telo je lahko nepotrebna jeklena svetilka. Lahko pa je tudi skoraj vsaka posoda. Svetilke ne izberemo samo zato, ker je močnejša, ampak tudi zato, ker bo z njo vaš laser izgledal veliko bolj predstavljivo.
Tako ste se sami prepričali, da za domačo sestavo dovolj zmogljivega laserja ne potrebujete niti globokega znanstvenega niti ekstremnega znanja. draga oprema. Zdaj lahko sami sestavite laser in ga uporabite za predvideni namen.
Danes bomo govorili o tem, kako narediti močan zeleni ali modri laser sami doma iz odpadnega materiala z lastnimi rokami. Upoštevali bomo tudi risbe, diagrame in zasnovo domačih laserskih kazalcev z vžigalnim žarkom in dosegom do 20 km
Osnova laserske naprave je optični kvantni generator, ki z uporabo električne, toplotne, kemične ali druge energije proizvaja laserski žarek.
Lasersko delovanje temelji na pojavu prisilnega (induciranega) sevanja. Lasersko sevanje je lahko neprekinjeno, s konstantno močjo, ali impulzno, ki doseže izjemno visoke konične moči. Bistvo pojava je v tem, da je vzbujeni atom sposoben oddajati foton pod vplivom drugega fotona brez njegove absorpcije, če je energija slednjega enaka razliki v energijah nivojev atoma pred in po sevanje. V tem primeru je emitirani foton koherenten s fotonom, ki je povzročil sevanje, torej je njegova natančna kopija. Na ta način se svetloba ojača. Ta pojav se razlikuje od spontanega sevanja, pri katerem imajo oddani fotoni naključne smeri širjenja, polarizacijo in fazo
Verjetnost, da bo naključni foton povzročil stimulirano emisijo iz vzbujenega atoma, je popolnoma enaka verjetnosti, da bo atom v nevzbujenem stanju absorbiral ta foton. Zato je za ojačanje svetlobe potrebno, da je v mediju več vzbujenih atomov kot nevzbujenih. V ravnotežnem stanju ta pogoj ni izpolnjen, zato se uporabljajo različni sistemi črpanja laserskega aktivnega medija (optični, električni, kemični itd.). V nekaterih shemah se laserski delovni element uporablja kot optični ojačevalnik za sevanje iz drugega vira.
V kvantnem generatorju ni zunanjega toka fotonov, v njem se ustvarja inverzna populacija z uporabo različnih virov črpalke. Odvisno od virov, ki obstajajo različne načinečrpanje:
optična - močna bliskavica;
izpust plina v delovni snovi (aktivni medij);
vbrizg (prenos) tokovnih nosilcev v polprevodnik v coni
p-n prehodi;
elektronsko vzbujanje (obsevanje čistega polprevodnika v vakuumu s pretokom elektronov);
termično (segrevanje plina, ki mu sledi hitro ohlajanje;
kemična (poraba energije kemične reakcije) in nekateri drugi.
Primarni vir generiranja je proces spontane emisije, zato je za zagotovitev kontinuitete generiranja fotonov nujen obstoj pozitivne povratne zveze, zaradi katere oddani fotoni povzročijo kasnejša dejanja inducirane emisije. Da bi to naredili, je aktivni medij laserja nameščen v optično votlino. V najpreprostejšem primeru je sestavljen iz dveh zrcal, od katerih je eno prosojno - skozi njega laserski žarek delno zapusti resonator.
Žarek sevanja, ki se odbija od zrcal, večkrat prehaja skozi resonator in povzroča v njem inducirane prehode. Sevanje je lahko kontinuirano ali impulzno. Hkrati je mogoče z uporabo različnih naprav za hiter izklop in vklop povratne informacije ter s tem skrajšati periodo impulzov ustvariti pogoje za generiranje sevanja zelo velike moči - to so tako imenovani velikanski impulzi. Ta način delovanja laserja se imenuje način s preklopom Q.
Laserski žarek je koherenten, enobarven, polariziran, ozko usmerjen svetlobni tok. Z eno besedo, to je žarek svetlobe, ki ga oddajajo ne samo sinhroni viri, ampak tudi v zelo ozkem območju in usmerjeno. Nekakšen izjemno koncentriran svetlobni tok.
Lasersko sevanje je monokromatsko, verjetnost izseva fotona določene valovne dolžine je večja od fotona, ki se nahaja blizu, kar je povezano s širjenjem spektralne črte, prav tako je verjetnost induciranih prehodov na tej frekvenci največ. Zato bodo postopoma med procesom generiranja fotoni dane valovne dolžine prevladovali nad vsemi drugimi fotoni. Poleg tega se zaradi posebne razporeditve zrcal v laserskem žarku zadržijo le tisti fotoni, ki se širijo v smeri, ki je vzporedna z optično osjo resonatorja na kratki razdalji, preostali fotoni pa hitro zapustijo prostornino resonatorja. Tako ima laserski žarek zelo majhen divergentni kot. Končno ima laserski žarek strogo določeno polarizacijo. Za to se v resonator vnesejo različni polarizatorji, na primer ravne steklene plošče, nameščene pod Brewsterjevim kotom glede na smer širjenja laserskega žarka.
Delovna valovna dolžina laserja in druge lastnosti so odvisne od tega, katera delovna tekočina se uporablja v laserju. Delovno tekočino »črpamo« z energijo, da dosežemo učinek inverzije elektronske naseljenosti, kar povzroči stimulirano emisijo fotonov in učinek optičnega ojačanja. Najenostavnejša oblika Optični resonator je sestavljen iz dveh vzporednih zrcal (lahko jih je štiri ali več), ki se nahajata okoli delovne tekočine laserja. Stimulirano sevanje delovne tekočine se odbije nazaj od ogledal in se ponovno ojača. Do trenutka, ko pride ven, se lahko val večkrat odbije.
Torej, na kratko oblikujmo pogoje, potrebne za ustvarjanje vira koherentne svetlobe:
treba delovna snov z obrnjeno populacijo. Le tako je mogoče s prisilnimi prehodi doseči ojačitev svetlobe;
delovna snov naj bo nameščena med ogledali, ki zagotavljajo povratno informacijo;
dobiček, ki ga daje delovna snov, kar pomeni, da mora biti število vzbujenih atomov ali molekul v delovni snovi večje od mejne vrednosti, ki je odvisna od odbojnosti izhodnega zrcala.
Uporabite lahko laserske modele naslednje vrste delovna telesa:
Tekočina. Uporablja se kot delovna tekočina, na primer v barvnih laserjih. Sestava vključuje organsko topilo (metanol, etanol ali etilen glikol), v katerem so raztopljena kemična barvila (kumarin ali rodamin). Delovno valovno dolžino tekočih laserjev določa konfiguracija uporabljenih molekul barvila.
Plini. Zlasti ogljikov dioksid, argon, kripton oz plinske mešanice, kot pri helij-neonskih laserjih. "Črpanje" z energijo teh laserjev se najpogosteje izvaja z električnimi razelektritvami.
Trdne snovi (kristali in stekla). Trdni material takih delovnih tekočin se aktivira (dopira) z dodajanjem majhne količine kromovih, neodimovih, erbijevih ali titanovih ionov. Običajno uporabljeni kristali so itrijev aluminijev granat, litijev itrijev fluorid, safir (aluminijev oksid) in silikatno steklo. Polprevodniški laserji so običajno "črpani" bliskavica ali drug laser.
Polprevodniki. Material, v katerem lahko prehod elektronov med energijskimi nivoji spremlja sevanje. Polprevodniški laserji so zelo kompaktni, "črpani" z električnim tokom, kar jim omogoča uporabo v gospodinjske naprave, kot so CD predvajalniki.
Če želite ojačevalnik spremeniti v oscilator, je potrebno organizirati povratno informacijo. Pri laserjih se to doseže tako, da se aktivna snov namesti med odbojne površine (ogledala), pri čemer se tvori tako imenovani "odprti resonator", ker se del energije, ki jo oddaja aktivna snov, odbije od zrcal in se ponovno vrne v učinkovina
Laser uporablja optične resonatorje različne vrste- s ploščatimi zrcali, sferičnimi, kombinacijami ploščatega in sferičnega itd. V optičnih resonatorjih, ki zagotavljajo povratno zvezo v laserju, lahko vzbujamo samo določene vrste nihanj elektromagnetnega polja, ki jih imenujemo lastna nihanja ali modi resonatorja.
Za načine je značilna frekvenca in oblika, to je prostorska porazdelitev nihanja. V resonatorju s ploščatimi zrcali se vzbujajo predvsem vrste nihanj, ki ustrezajo ravnim valovom, ki se širijo vzdolž osi resonatorja. Sistem dveh vzporednih zrcal resonira le pri določenih frekvencah – in ima v laserju tudi vlogo, ki jo ima nihajno vezje v običajnih nizkofrekvenčnih generatorjih.
Uporaba odprtega resonatorja (in ne zaprtega - zaprta kovinska votlina - značilnost mikrovalovnega območja) je temeljna, saj v optičnem območju resonator z dimenzijami L = ? (L je značilna velikost resonatorja, ? je valovna dolžina) preprosto ni mogoče izdelati in pri L >> ? zaprti resonator izgubi svoje resonančne lastnosti, saj število možne vrste nihanja postanejo tako velika, da se prekrivajo.
Odsotnost stranskih sten bistveno zmanjša število možnih vrst nihanj (načinov) zaradi dejstva, da valovi, ki se širijo pod kotom na os resonatorja, hitro presežejo njegove meje, in omogoča ohranjanje resonančnih lastnosti resonatorja pri L >>?. Vendar pa resonator v laserju ne daje le povratne informacije z vračanjem sevanja, ki se odbije od zrcal, na aktivno snov, temveč tudi določa spekter laserskega sevanja, njegove energijske značilnosti in smer sevanja.
V najenostavnejšem približku ravnega vala je pogoj za resonanco v resonatorju s ploščatimi ogledali, da se celo število polvalov prilega dolžini resonatorja: L=q(?/2) (q je celo število) , kar vodi do izraza za frekvenco tipa nihanja z indeksom q: ?q=q(C/2L). Posledično je spekter sevanja svetlobe praviloma niz ozkih spektralnih črt, intervali med katerimi so enaki in enaki c/2L. Število črt (komponent) za določeno dolžino L je odvisno od lastnosti aktivnega medija, to je od spektra spontane emisije pri uporabljenem kvantnem prehodu in lahko doseže več deset in stotin. Pod določenimi pogoji se izkaže, da je mogoče izolirati eno spektralno komponento, t.j. implementirati enomodni način laserja. Spektralna širina vsake komponente je določena z izgubami energije v resonatorju in predvsem s prepustnostjo in absorpcijo svetlobe z ogledali.
Frekvenčni profil ojačenja v delovni snovi (določen je s širino in obliko črte delovne snovi) in nabor lastnih frekvenc odprtega resonatorja. Pri odprtih resonatorjih z visokim faktorjem kakovosti, ki se uporabljajo v laserjih, se pasovna širina resonatorja ??p, ki določa širino resonančnih krivulj posameznih načinov, in celo razdalja med sosednjimi načini ??h izkažejo za manjše od širine črte ojačanja. ??h in celo v plinskih laserjih, kjer je širitev črte najmanjša. Zato v ojačevalno vezje vstopi več vrst nihanj resonatorja.
Tako ni nujno, da laser generira pogosteje na eni frekvenci, nasprotno, generiranje poteka hkrati pri več vrstah nihanj, za katere ojačanje? večje izgube v resonatorju. Da bi laser deloval na eni frekvenci (v enofrekvenčnem načinu), je praviloma treba sprejeti posebne ukrepe (na primer povečati izgube, kot je prikazano na sliki 3) ali spremeniti razdaljo med ogledali. tako da samo eden pride v tokokrog dobitka. Ker je v optiki, kot je omenjeno zgoraj, ?h > ?p in je frekvenca generiranja v laserju določena predvsem s frekvenco resonatorja, je zato, da bi frekvenca generiranja ostala stabilna, treba stabilizirati resonator. Torej, če dobiček v delovni snovi pokrije izgube v resonatorju za določene vrste nihanj, se na njih pojavi generacija. Zarodek za njegov nastanek je, kot pri vsakem generatorju, šum, ki predstavlja spontano sevanje v laserjih.
Da aktivni medij oddaja koherentno monokromatsko svetlobo, je treba vnesti povratno zvezo, tj. del tega, kar ta medij oddaja. svetlobni tok pošljejo nazaj v medij, da proizvedejo stimulirano emisijo. Pozitivno povratne informacije izvajajo z optičnimi resonatorji, ki so v osnovni različici dve koaksialni (vzporedni in vzdolž iste osi) zrcali, od katerih je eno prosojno, drugo pa "gluho", tj. popolnoma odbija svetlobni tok. Delovna snov (aktivni medij), v kateri se ustvari inverzna populacija, je nameščena med ogledali. Stimulirano sevanje prehaja skozi aktivni medij, se ojača, odbije od zrcala, ponovno preide skozi medij in se dodatno ojača. Skozi prosojno ogledalo se del sevanja oddaja v zunanje okolje, del pa se odbije nazaj v medij in ponovno ojača. Pod določenimi pogoji se bo tok fotonov znotraj delovne snovi začel plazovito povečevati in začelo se bo ustvarjanje monokromatske koherentne svetlobe.
Načelo delovanja optičnega resonatorja je, da je prevladujoče število delcev delovne snovi, ki jih predstavljajo prazni krogi, v osnovnem stanju, to je na nižji energijski ravni. Samo ne veliko število delci, ki jih predstavljajo podočnjaki, so v elektronsko vzbujenem stanju. Ko je delovna snov izpostavljena viru črpanja, večina delcev preide v vzbujeno stanje (poveča se število podočnjakov) in nastane inverzna populacija. Nato (slika 2c) pride do spontane emisije nekaterih delcev, ki se pojavljajo v elektronsko vzbujenem stanju. Sevanje, usmerjeno pod kotom na os resonatorja, bo zapustilo delovno snov in resonator. Sevanje, ki je usmerjeno vzdolž osi resonatorja, se bo približalo zrcalna površina.
Za prosojno ogledalo bo del sevanja prešel skozenj v okolju, del pa se bo odbil in ponovno usmeril v delovno snov, pri čemer bodo delci v vzbujenem stanju vključeni v proces stimulirane emisije.
V "gluhem" zrcalu se bo celoten tok sevanja odbil in ponovno šel skozi delovno snov, induciral sevanje vseh preostalih vzbujenih delcev, kar odraža stanje, ko so vsi vzbujeni delci oddali svojo shranjeno energijo in na izhodu resonatorju, na strani prosojnega zrcala, je nastal močan tok induciranega sevanja.
Osnovno strukturni elementi laserji vključujejo delovno snov z določenimi energijskimi nivoji svojih sestavnih atomov in molekul, vir črpalke, ki ustvarja inverzno naseljenost v delovni snovi, in optični resonator. Obstaja veliko število različnih laserjev, vendar so vsi enaki in enostavni shematski diagram napravo, ki je prikazana na sl. 3.
Izjema so polprevodniški laserji zaradi svoje specifičnosti, saj je pri njih vse posebno: fizika procesov, načini črpanja in zasnova. Polprevodniki so kristalne tvorbe. V posameznem atomu zavzema energija elektrona strogo določene diskretne vrednosti, zato so energijska stanja elektrona v atomu opisana v jeziku nivojev. V polprevodniškem kristalu energijske ravni tvorijo energijske pasove. V čistem polprevodniku, ki ne vsebuje primesi, obstajata dva pasova: tako imenovani valenčni pas in prevodni pas, ki se nahaja nad njim (na energijski lestvici).
Med njimi je vrzel prepovedanih energijskih vrednosti, ki se imenuje pasovni pas. Pri temperaturi polprevodnika, ki je enaka absolutni ničli, mora biti valenčni pas popolnoma zapolnjen z elektroni, prevodni pas pa prazen. V realnih razmerah je temperatura vedno višja absolutna ničla. Toda zvišanje temperature povzroči toplotno vzbujanje elektronov, nekateri od njih preskočijo iz valenčnega pasu v prevodni pas.
Zaradi tega procesa se v prevodnem pasu pojavi določeno (razmeroma majhno) število elektronov, ustrezno število elektronov pa bo manjkalo v valenčnem pasu, dokler ni popolnoma zapolnjen. Prosto mesto elektrona v valenčnem pasu predstavlja pozitivno nabit delec, ki ga imenujemo luknja. Kvantni prehod elektrona skozi pasovno vrzel od spodaj navzgor se obravnava kot proces generiranja para elektron-luknja, pri čemer so elektroni koncentrirani na spodnjem robu prevodnega pasu, luknje pa na zgornjem robu valenčnega pasu. Prehodi skozi prepovedano območje so možni ne samo od spodaj navzgor, ampak tudi od zgoraj navzdol. Ta proces se imenuje rekombinacija elektron-luknja.
Ko čisti polprevodnik obsevamo s svetlobo, katere fotonska energija nekoliko presega prepovedani pas, lahko v polprevodniškem kristalu pride do treh vrst interakcij svetlobe s snovjo: absorpcije, spontane emisije in stimulirane emisije svetlobe. Prva vrsta interakcije je možna, ko foton absorbira elektron, ki se nahaja blizu zgornjega roba valenčnega pasu. V tem primeru bo energetska moč elektrona zadostovala za premagovanje prepovedanega pasu in bo naredil kvantni prehod v prevodni pas. Spontana emisija svetlobe je možna, ko se elektron spontano vrne iz prevodnega pasu v valenčni pas z emisijo energijskega kvanta – fotona. Zunanje sevanje lahko sproži prehod v valenčni pas elektrona, ki se nahaja blizu spodnjega roba prevodnega pasu. Rezultat te tretje vrste interakcije svetlobe s polprevodniško snovjo bo rojstvo sekundarnega fotona, ki je po svojih parametrih in smeri gibanja enak fotonu, ki je sprožil prehod.
Za ustvarjanje laserskega sevanja je treba v polprevodniku ustvariti inverzno populacijo "delovnih ravni" - ustvariti dovolj visoko koncentracijo elektronov na spodnjem robu prevodnega pasu in ustrezno visoko koncentracijo lukenj na robu prevodnega pasu. valenčni pas. Za te namene se čisti polprevodniški laserji običajno črpajo s tokom elektronov.
Zrcala resonatorja so polirani robovi polprevodniškega kristala. Pomanjkljivost takšnih laserjev je, da veliko polprevodniških materialov ustvarja lasersko sevanje le pri zelo visoki nizke temperature, in obstreljevanje polprevodniških kristalov s tokom elektronov povzroči, da se močno segrejejo. To zahteva dodatne hladilne naprave, kar oteži zasnovo naprave in poveča njene dimenzije.
Lastnosti polprevodnikov s primesmi se bistveno razlikujejo od lastnosti čistih polprevodnikov brez primesi. To je posledica dejstva, da atomi nekaterih nečistoč zlahka oddajo enega od svojih elektronov prevodnemu pasu. Te primesi imenujemo donorske primesi, polprevodnik s takimi primesmi pa n-polprevodnik. Atomi drugih nečistoč, nasprotno, ujamejo en elektron iz valenčnega pasu in takšne nečistoče so akceptorske, polprevodnik s takimi nečistočami pa je p-polprevodnik. Energijska raven atomov nečistoč se nahaja znotraj prepovedanega pasu: za n-polprevodnike - blizu spodnjega roba prevodnega pasu, za /-polprevodnike - blizu zgornjega roba valenčnega pasu.
Če na tem področju ustvarjate električna napetost tako da je na strani p-polprevodnika pozitivni pol, na strani p-polprevodnika pa negativni pol, potem pod vplivom električno polje elektroni iz n-polprevodnika in luknje iz n-polprevodnika se bodo premaknili (vbrizgali) v območje p-n— prehod.
Ko se elektroni in luknje rekombinirajo, bodo oddani fotoni, v prisotnosti optičnega resonatorja pa se lahko ustvari lasersko sevanje.
Zrcala optičnega resonatorja so polirani robovi polprevodniškega kristala, usmerjeni pravokotno na ravnino pn spoja. Takšni laserji so miniaturni, saj je lahko velikost polprevodniškega aktivnega elementa približno 1 mm.
Glede na upoštevano karakteristiko se vsi laserji delijo na naslednji način).
Prvi znak. Običajno je razlikovati med laserskimi ojačevalniki in generatorji. V ojačevalnikih je na vhodu dovedeno šibko lasersko sevanje, ki je na izhodu ustrezno ojačeno. V generatorjih ni zunanjega sevanja, nastane v delovni snovi zaradi njenega vzbujanja z različnimi črpalnimi viri. Vse medicinske laserske naprave so generatorji.
Drugi znak je agregatno stanje delovne snovi. V skladu s tem so laserji razdeljeni na trdne (rubin, safir itd.), plinske (helij-neon, helij-kadmij, argon, ogljikov dioksid itd.), tekoče (tekoči dielektrik s primesnimi delovnimi atomi redkih zemeljske kovine) in polprevodnikov (arzenid-galij, galijev arzenid fosfid, svinčev selenid itd.).
Metoda vzbujanja delovne snovi je tretja znak laserji. Odvisno od vira vzbujanja ločimo laserje: optično črpane, črpane s plinsko razelektritvijo, elektronske vzbujanja, vbrizgavanja nosilcev naboja, toplotno črpane, kemično črpane in nekatere druge.
Laserski emisijski spekter je naslednja klasifikacijska značilnost. Če je sevanje koncentrirano v ozkem območju valovnih dolžin, se laser šteje za monokromatskega in njegovi tehnični podatki kažejo na določeno valovno dolžino; če je v širokem razponu, je treba laser šteti za širokopasovnega in razpon valovnih dolžin je naveden.
Glede na naravo oddane energije ločimo impulzne laserje in laserje z neprekinjenim sevanjem. Ne smemo zamenjevati pojmov pulzni laser in laser s frekvenčno modulacijo neprekinjenega sevanja, saj v drugem primeru v bistvu sprejemamo intermitentno sevanje različnih frekvenc. Impulzni laserji imajo visoka moč v enem impulzu, ki doseže 10 W, medtem ko je njihova povprečna impulzna moč, določena z ustreznimi formulami, relativno majhna. Pri zveznih frekvenčno moduliranih laserjih je moč v tako imenovanem pulzu manjša od moči zveznega sevanja.
Glede na povprečno izhodno moč sevanja (naslednja klasifikacijska značilnost) laserje delimo na:
· visokoenergijski (gostota pretoka moči generiranega sevanja na površini predmeta ali biološkega objekta je nad 10 W/cm2);
· srednje energije (gostota pretoka moči generiranega sevanja - od 0,4 do 10 W/cm2);
· nizkoenergijski (gostota pretoka moči generiranega sevanja je manjša od 0,4 W/cm2).
· mehko (generirana energija sevanja - E oz. gostota pretoka moči na obsevani površini - do 4 mW/cm2);
· povprečje (E - od 4 do 30 mW / cm2);
· trda (E - več kot 30 mW/cm2).
glede na " Sanitarni standardi in pravila za načrtovanje in delovanje laserjev št. 5804-91”, glede na stopnjo nevarnosti ustvarjenega sevanja za operativno osebje so laserji razdeljeni v štiri razrede.
Prvorazredni laserji vključujejo: tehnične naprave, katerega izhodno kolimirano (v omejenem prostorskem kotu zaprto) sevanje ne predstavlja nevarnosti pri obsevanju človeških oči in kože.
Laserji drugega razreda so naprave, katerih izhodno sevanje predstavlja nevarnost pri obsevanju oči z direktnim in zrcalno odbitim sevanjem.
Laserji tretjega razreda so naprave, katerih izhodno sevanje predstavlja nevarnost pri obsevanju oči z neposrednim in zrcalno odbojnim ter difuzno odbitim sevanjem na razdalji 10 cm od difuzno odbojne površine in (ali) pri obsevanju kože z direktno in zrcalno odbito sevanje.
Laserji razreda 4 so naprave, katerih izhodno sevanje predstavlja nevarnost pri obsevanju kože z difuzno odbojnim sevanjem na razdalji 10 cm od difuzno odbojne površine.
Včasih lahko iz nepotrebnih stvari, shranjenih doma, naredite nekaj res neverjetnega in uporabnega. Ali imate doma star pogon DVD-RW (zapisovalnik)? Povedali vam bomo, kako narediti močan laser doma in si izposoditi elemente iz njega.
Varnostni ukrepi
Naprava, ki jo dobimo na koncu, ni neškodljiva igrača! Preden naredite laser, poskrbite za svojo varnost: žarek v oči je škodljiv za mrežnico, še posebej, če je izum močan. Zato vam svetujemo, da vsa dela opravljate v posebnih zaščitnih očalih, ki vam bodo prihranila vid, če gre kaj narobe in laserski žarek pomotoma usmerite v svoje ali oči prijatelja.
Ko boste v prihodnje uporabljali laser, si zapomnite te preproste varnostne ukrepe:
- Laserskega žarka ne usmerjajte v vnetljive ali eksplozivne predmete.
- Ne svetite v odsevne površine (steklo, ogledala).
- Tudi laserski žarek, izstreljen z razdalje do 100 m, predstavlja nevarnost za mrežnico ljudi in živali.
Delo z laserskim modulom
Glavna stvar, ki jo potrebujemo, je pogon za pisanje. Upoštevajte, da višja kot je hitrost zapisovanja, močnejši bo naš DVD laser. Samoumevno je, da po odstranitvi laserskega modula oprema ne bo delovala, zato razstavite samo tisto napravo, ki je ne potrebujete več.
Zdaj pa začnimo:
Prvi del našega dela je za nami. Pojdimo na naslednjo pomembno stopnjo.
Sestavljanje vezja naprave
Vezje potrebujemo za nadzor moči naše naprave. V nasprotnem primeru bo ob prvi uporabi preprosto pregorel. Spodaj boste videli risbo za laser.
Primerno za našo napravo stenska montaža. Zdaj pa preidimo na napajanje laserja, ki smo ga izdelali sami.
Napajanje naprave
Potrebovali bomo najmanj 3,7 V. To lahko zagotovijo stare baterije iz mobilnih telefonov in baterije AA. Le povezati jih morate vzporedno med seboj. Za preverjanje delovanja naprave ali stacionarnega laserskega kazalca je primeren stabiliziran napajalnik.
Na tej stopnji lahko že preizkusite delovanje naprave. Usmerite ga v steno, tla in vklopite napajanje. Morali bi videti šop svetlo rdečkaste barve. V temi je videti kot močna infrardeča svetilka.
Vidite, da je sij daleč od laserskega: žarek je preširok; samo prosi, da se osredotoči. To bomo naredili naslednje.
Leča za fokusiranje laserskega žarka
Za prilagajanje goriščna razdalja, lahko dobite z objektivom, izposojenim iz istega DVD-RW pogona.
Zdaj znova priključite napravo na napajanje in usmerite njeno svetlobo na katero koli površino skozi to lečo. Je uspelo? Potem pa pojdimo na končna faza delo - postavitev vseh elementov v togo ohišje.
Izdelava ohišij
Marsikdo ob nasvetih, kako narediti laser, pravi, da je najlažje modul namestiti v ohišje majhne svetilke ali kitajskega laserskega kazalca. Kjer je, mimogrede, že objektiv. A poglejmo situacijo, če pri roki nimate ne enega ne drugega.
Druga možnost je namestitev elementov aluminijast profil. Z lahkoto ga lahko žagate z nožno žago in modelirate s kleščami. Tukaj lahko dodate tudi majhno baterijo AA. Spodnja fotografija vas bo vodila, kako to storiti.
Pazite, da izolirate vse kontakte. Naslednji korak je pritrditev leče v ohišje. Najlažje ga pritrdimo na plastelin – tako lahko prilagodimo najugodnejši položaj. V nekaterih primerih dosežemo boljši učinek, če lečo obrnemo proti laserski diodi s konveksno stranjo.
Vklopite laser in prilagodite jasnost žarka. Ko dosežete zadovoljive rezultate, zaklenite lečo v ohišje. Nato ga popolnoma zaprite, na primer tesno ovijte z električnim trakom.
Kako narediti laser: alternativni način
Ponudili vam bomo še enega, več odličen način izdelava domačega laserja visoke moči. Potrebovali boste naslednje:
- Pogon DVD-RW s hitrostjo pisanja 16x ali več.
- Tri AA baterije.
- Kondenzatorji 100 mF in 100 pF.
- Upor od 2 do 5 ohmov.
- Žice.
- Spajkalnik.
- Laserski kazalec (ali kateri koli drug kolimator - to je ime modula z lečo).
- LED jeklena svetilka.
Zdaj pa poglejmo, kako narediti laser s to metodo:
- Z že opisano metodo odstranite laserski modul, ki se nahaja v nosilcu naprave, iz pogona. Ne pozabite ga zaščititi pred statično napetostjo tako, da izhode ovijete s tanko žico ali nosite antistatični zapestni trak.
- V skladu z zgornjim diagramom spajkajte gonilnik - ploščo, ki bo naš domači izdelek oddajala zahtevano moč. Bodite zelo pozorni na polarnost, da ne poškodujete občutljive laserske diode.
- Na tej stopnji bomo preverili funkcionalnost novo sestavljenega gonilnika. Če je laserski modul iz modela s hitrostjo 16x, bo zanj zadostoval tok 300-350 mA. Če je višji (do 22x), se ustavite pri 500 mA.
- Ko ste preverili ustreznost gonilnika, ga morate namestiti v ohišje. To je lahko osnova kitajskega laserskega kazalca z že vgrajeno lečo ali primernejše telo LED svetilke.
Lasersko testiranje
In tukaj vas je zanimalo, kako narediti laser. Preidimo na praktično testiranje naprave. V nobenem primeru ga ne izvajajte doma - samo na ulici, stran od ognja in eksplozivnih predmetov, zgradb, mrtvega lesa, kupov smeti itd. Za poskuse bomo potrebovali papir, plastiko, isti električni trak, vezan les.
Pa začnimo:
- Položite list papirja na asfalt, kamen, opeko. Vanj usmerite dobro fokusiran laserski žarek. Videli boste, da se bo čez nekaj časa list začel kaditi in nato popolnoma zagorel.
- Zdaj pa preidimo na plastiko - tudi pod vplivom laserskega žarka se bo začela kaditi. Takšnih poskusov ne priporočamo dolgo časa: produkti zgorevanja tega materiala so zelo strupeni.
- večina zanimiva izkušnja- s vezanimi ploščami, ravno ploščo. Z fokusiranim laserjem lahko nanj vžgete določen napis ali dizajn.
Domači laser je vsekakor dobro delo in muhast izum. Zato je povsem možno, da bo vaša obrt kmalu propadla, tako pomembni so določene pogoje shranjevanje in delovanje, ki ga doma ni mogoče zagotoviti. Najmočnejše laserje, ki zlahka režejo kovino, je mogoče dobiti le v specializiranih laboratorijih, amaterjem pa niso na voljo. Zelo nevarna pa je tudi navadna naprava - z velike razdalje usmerjena v oči človeka ali živali ali v vnetljiv predmet v bližini.
Ob omembi laserja se večina ljudi takoj spomni epizod iz znanstvenofantastičnih filmov. Vendar pa je tak izum že dolgo trdno utrjen v naših življenjih in ni nekaj fantastičnega. Laser je našel svojo uporabo na številnih področjih, od medicine in proizvodnje do zabave. Zato se marsikdo sprašuje, ali in kako laser narediti sam.
Glede na specifike in postavljene zahteve so lahko laserji povsem različni, tako po velikosti (od žepnih kazalk do velikosti nogometnega igrišča), kot po moči, uporabljenih delovnih medijih in drugih parametrih. Seveda je nemogoče sami narediti močan proizvodni žarek doma, saj to niso le tehnično zapletene naprave, ampak tudi zelo težko vzdrževanje. Lahko pa naredite preprost, a zanesljiv in zmogljiv laser z lastnimi rokami iz običajnega pogona DVD-RW.
Princip delovanja
Beseda "laser" je prišla k nam angleški jezik»laser«, ki je okrajšava prvih črk veliko bolj kompleksnega imena: ojačanje svetlobe s stimulirano emisijo sevanja in dobesedno prevedeno kot »ojačitev svetlobe s stimulirano emisijo«. Lahko ga imenujemo tudi optični kvantni generator. Obstaja veliko vrst laserjev, njihov obseg uporabe pa je izjemno širok.
Načelo njegovega delovanja je pretvarjanje ene energije (svetlobne, kemične, električne) v energijo različnih sevalnih tokov, torej temelji na pojavu prisilnega ali induciranega sevanja.
Običajno je načelo delovanja prikazano na naslednji risbi:
Materiali, potrebni za delo
Pri opisovanju osnov laserskega delovanja je vse videti zapleteno in nejasno. Pravzaprav je izdelava laserja z lastnimi rokami doma izjemno preprosta. Potrebovali boste nekaj komponent in orodij:
- Najosnovnejša stvar, ki jo potrebujete za ustvarjanje laserja, je pogon DVD-RW, to je pogon za zapisovanje iz računalnika ali predvajalnika. Višja kot je hitrost snemanja, močnejši bo sam izdelek. Bolje je, da vzamete pogone s hitrostjo 22X, saj je njegova moč največja, približno 300 mW. Hkrati se razlikujejo po barvi: rdeča, zelena, vijolična. Kar zadeva ROM-e, ki ne pišejo, so preslabi. Prav tako je vredno biti pozoren na dejstvo, da po manipulaciji pogona ne bo več deloval, zato morate vzeti tistega, ki je že v okvari, vendar z delujočim laserjem, ali tistega, za katerega vam ne bo žal adijo od.
- Potrebovali boste tudi trenutni stabilizator, čeprav obstaja želja brez njega. Vendar je vredno vedeti, da vse diode (in laserske diode niso izjema) "raje" ne napetosti, ampak tok. Najcenejša in najbolj zaželena možnost sta impulzni pretvornik NCP1529 ali mikrovezje LM317 (analogno KR142EN12).
- Izhodni upor je izbran glede na napajalni tok laserske diode. Izračuna se po formuli: R=I/1,25, kjer je I - nazivni tok laser
- Dva kondenzatorja: 0,1 µF in 100 µF.
- Kolimator ali laserski kazalec.
- AAA standardne baterije.
- Žice.
- Orodja: spajkalnik, izvijači, klešče itd.
Odstranjevanje laserske diode iz pogona DVD
Glavni del, ki ga je treba odstraniti, je laser iz pogona DVD. To ni težko narediti, vendar je vredno poznati nekaj odtenkov, ki bodo pomagali preprečiti morebitne nesporazume med delom.
Najprej je treba razstaviti pogon DVD, da pridemo do nosilca, na katerem so laserske diode. Eden od njih je bralnik - je prenizke moči. Drugi zapisovalnik je točno tisto, kar potrebujete, da naredite laser iz pogona DVD.
Na vozičku je dioda nameščena na radiatorju in varno pritrjena. Če ne nameravate uporabljati drugega radiatorja, potem je obstoječi povsem primeren. Zato jih morate odstraniti skupaj. V nasprotnem primeru previdno odrežite noge na vhodu v radiator.
Ker so diode izjemno občutljive na statiko, jih je dobro zaščititi. Če želite to narediti, morate noge laserske diode naviti skupaj s tanko žico.
Vse, kar ostane, je sestaviti vse podrobnosti in sam ROM ni več potreben.
Sestavljanje laserske naprave
Diodo, odstranjeno iz LED, je treba priključiti na pretvornik, pri čemer je treba upoštevati polarnost, sicer bo laserska dioda takoj odpovedala in postala neprimerna za nadaljnjo uporabo.
Z hrbtna stran diode je nameščen kolimator, da se lahko svetloba koncentrira v en žarek. Čeprav lahko namesto tega uporabite lečo, ki je vključena v rum, ali lečo, ki jo laserski kazalec že vsebuje. Toda v tem primeru boste morali narediti prilagoditve, da boste dosegli želeno osredotočenost.
Na drugi strani pretvornika so spajkane žice, ki se povezujejo s kontakti ohišja, kjer bodo nameščene baterije.
Pomagal bo dokončati laser iz dvd pogon DIY diagram:
Ko so vse komponente povezane, lahko preverite delovanje nastale naprave. Če vse deluje, potem ostane le, da celotno konstrukcijo postavite v ohišje in jo tam varno pritrdite.
Domače oblikovanje telesa
Izdelave ohišja se lahko lotite na različne načine. Na primer primer iz kitajska svetilka. Uporabite lahko tudi že pripravljeno telo laserskega kazalca. Ampak optimalna rešitev Lahko se izkaže, da je domač, izdelan iz aluminijastega profila.
Aluminij je sam po sebi lahek in hkrati zelo enostaven za obdelavo. V njem bo na priročnem mestu celotna konstrukcija. Prav tako ga bo priročno zavarovati. Po potrebi lahko vedno preprosto izrežete želeni kos ali ga upognete v skladu z zahtevanimi parametri.
Varnost in testiranje
Ko je vse delo končano, je čas za testiranje nastalega močnega laserja. Tega ni priporočljivo izvajati v zaprtih prostorih. Zato je bolje iti ven na zapuščeno mesto. Ob tem velja spomniti, da izdelana naprava je nekaj stokrat močnejša od običajnega laserskega kazalca, kar zahteva izjemno previdno uporabo. Ne usmerjajte žarka v ljudi ali živali; pazite, da se žarek ne odbije ali pade v vaše oči. Pri uporabi rdečega laserskega žarka je priporočljivo nositi zelena očala, kar bo znatno zmanjšalo tveganje za poškodbe vida v nepričakovanih primerih. Navsezadnje laserskih žarkov ni priporočljivo gledati niti od zunaj.
Laserskega žarka ne usmerjajte na vnetljive ali eksplozivne predmete in snovi.
Ustvarjena naprava s pravilno konfiguriranim objektivom lahko precej odreže plastične vrečke, goreti na drva, počiti baloni in celo opekline - neke vrste bojni laser. Neverjetno je, kaj lahko naredite z DVD pogonom. Zato se pri preskušanju izdelane naprave vedno spomnite varnostnih ukrepov.