Как сделать лазер

Слово "лазер" или «laser» является аббревиатурой от “light amplification by stimulated emission of radiation.” На русском: - «усиление света посредством вынужденного излучения», или оптический квантовый генератор. Первый лазер, в котором в качестве резонатора применили покрытый серебром рубиновый цилиндр, был разработан в 1960 году «Hughes Research Laboratories», Калифорния.^{[1]XИсточник информации}.Сегодня лазеры используются для различных целей, начиная от измерения различных величин до чтения кодированных данных. Существует несколько способов сделать лазер, в зависимости от вашего бюджета и навыков.

Часть 1

Часть 1 из 2:

Понимание того, как работает лазер

Загрузить PDF

1
Для работы лазера необходим источник энергии. Лазеры работают путем возбуждения электронов активной среды лазера внешним источником энергии и стимулирования их к излучению света определенной длины волны. Этот процесс был впервые предложен в 1917 году Альбертом Эйнштейном.^{[2]XИсточник информации}Для того чтобы электроны (в атомах активной среды лазера) излучали свет, они должны сначала поглотить энергию перейдя на более высокую орбиту, а затем отдать эту энергию в виде частицы света при возвращении на исходную орбиту. Такой способ ввода энергии в активную среду лазера, называют "накачкой".”
- В маломощных лазерах, таких как в CD и DVD-устройствах, лазерных указках, применяются электронные схемы, обеспечивающие электрический ток для лазерных диодов, который осуществляет «накачку лазера».
- Лазеры на основе углекислого газа «накачивают» электрическими разрядами, чтобы возбудить электроны.
- Эксимерные лазеры получают энергию из химических реакций.^{[3]XИсточник информации}
- В лазерах, сделанных на основе кристаллов или стекол, в качестве «накачки» используют сильные источники света, такие как дуги или импульсные лампы.^{[4]XИсточник информации}
2
Канальное прохождение энергии через активную (усиливающую) среду. Усиливающая среда или активная лазерная среда увеличивает силу света за счет индуцированного (вынужденного) излучения выделяемого электронами.^{[5]XИсточник информации} Усиливающей средой может быть любая структура или вещество из перечисленных ниже:
- Полупроводники, сделанные из таких материалов, как арсенид галлия, алюминия арсенида галлия или индия арсенида галлия.
- Кристаллы, такие как рубин, из которого был сделан цилиндр используемый в лазере Hughes Laboratories. Сапфир и гранат также могут быть использованы, как и волокна из оптического стекла. Такие стекла и кристаллы предварительно обрабатываются ионами редкоземельных элементов.
- Керамика, которая была обработана редкоземельными ионами.
- Окрашенные жидкости. Например, экспериментальный инфракрасный лазер был разработан на основе джина с тоником, как активной средой. Желатин в форме «десерт-желе» также успешно использовался в качестве экспериментальной активной среды лазера.^{[6]XИсточник информации}
- Газы, такие как: диоксид углерода, азот, гелий-неоновая смесь или пары ртути.^{[7]XИсточник информации}
- Химические реакции.
- Электронные пучки.
- Ядерные материалы. Урановый лазер впервые был выпущен в ноябре 1960 года, через шесть месяцев после первого рубинового лазера.^{[8]XИсточник информации}
3
Установка зеркал для удерживания света внутри лазера. Зеркала, или резонаторы, удерживают свет в пределах рабочей камеры лазера, пока не накопится желаемый уровень энергии для излучения через маленькое отверстие в одном из зеркал или через линзу.^{[9]XИсточник информации}
- Простейший резонатор или «линейный резонатор» использует два зеркала, размещенных на противоположных сторонах рабочей камеры лазера генерирующий один выходной луч.
- Более сложный «кольцевой резонатор» использует три или более зеркала. Он может генерировать несколько лучей или один луч с помощью оптического изолятора.
Применение фокусирующей линзы для направления света через усиливающую среду. Наряду с зеркалами, линза помогает сконцентрировать и направить свет так, что бы усилительная среда получит как можно больше света.
Реклама

Часть 2

Часть 2 из 2:

Построение Лазера

Загрузить PDF

Метод первый: Создание лазера из комплекта

1
Покупка. Можно купить в магазине электроники или купить через интернет "лазерный комплект", "лазерный набор", "лазерный модуль» или «лазерный диод". Лазерный комплект должен включать в себя следующее:
- Схема драйвера. Иногда продается отдельно от других компонентов. Подберите схему драйвера которая позволит регулировать ток.
- Лазерный диод.
- Регулирующая линза может быть из стекла или пластика. Как правило, диод и линза собраны вместе в небольшой трубке. Эти компоненты иногда продаваться отдельно без драйвера.
2
Сборка схемы драйвера. Многие лазерные наборы продаются с несобранным драйвером. Эти наборы включают в себя печатную плату и соответствующие детали, а вам предстоит спаять их, следуя прилагаемой схеме. Некоторые наборы могут иметь драйвер в собранном виде.
- Можно также создать свою собственную схему драйвера если у вас есть опыт сборки электронных схем. Схема драйвера на основе микросхемы LM317 является хорошим примером изготовления драйвера самостоятельно. Обязательно используйте RC цепь для защиты лазерного диода от импульсов перенапряжения.^{[10]XИсточник информации}
- После того как вы соберете схему драйвера, его можно проверить, подключив к обычному светодиоду (LED). Если светодиод не загорается, отрегулируйте потенциометр. Если это не решает проблему, еще раз проверьте схему, чтобы убедится, что все правильно подключено.
3
Подключите блок управления к лазерному диоду. Если у вас есть цифровой мультиметр, вы сможете включить его в цепь диода для контроля тока. Большинство лазерных диодов имеют ток находящийся в диапазоне от 30 до 250 миллиампер (мА). Диапазон тока от 100 до 150 мА даст достаточно мощный луч.
- Можно дать и более мощный ток на лазерный диод, чтобы получить более мощный луч, но дополнительный ток сократит срок службы или даже сожжет диод.
Лазерный диод должен ярко светиться.
5
Вращая линзу сфокусируйте лазерный луч. Направьте его на стену и фокусируйте, пока не появится хорошая, яркая точка.
- После того как вы отрегулировали линзу таким образом, поместите спичку на линию луча и вращайте линзу пока не увидите, что спичечная головка начнет дымить. Можно также попробовать лопать воздушные шары или прожечь отверстия в бумаге.
Реклама

Метод второй: Построение лазера на диоде из старого DVD или Blu-Ray привода

1
Возьмите старый DVD или Blu-Ray пишущий плеер или привод. Выбирайте устройства со скоростью записи 16x или быстрее. Эти устройства имеют лазерные диоды с выходной мощностью 150мВт или больше.
- DVD привод имеет красный лазерный диод с длиной волны 650нм.
- Blu-Ray привод имеет синий лазерный диод с длиной волны 405нм.
- DVD привод должен быть достаточно в хорошем состоянии, чтобы записывать диски, хотя и не обязательно успешно. Другими словами, его диод должен быть исправным.
- Не стоит пытаться использовать читающий DVD, читающий и пишущий CD вместо пишущего DVD. Читающий DVD имеет красный диод, но не такой мощный, как в пишущем DVD. Лазерный диод в пишущем CD достаточно мощный, но излучает свет в инфракрасном диапазоне, и вы получите луч, который не виден глазу
2
Извлечение лазерного диода из привода. Переверните привод нижней частью вверх. Вы увидите винты, которые придется открутить, прежде чем вы сможете отделить механизм привода и вытянуть диод.
- После того как вы разберете привод, вы увидите пару металлических направляющих удерживаемых на месте с помощью винтов. Они поддерживают лазерный комплект. Отвинтите направляющие для того чтобы их удалить. Извлеките лазерный комплект.
- Лазерный диод по размеру меньше, чем копейка. Он имеет три металлических контакта в виде ножек. Может быть помещен в металлическую оболочку с защитным прозрачным окном или без окна, а может быть ничем не закрыт.
- Вам предстоит, вытянуть диод из лазерной головки. Возможно, будет легче если сначала снять теплоотвод со сборки, прежде чем пытаться извлечь диод. Если у вас есть антистатический браслет, используйте его во время удаления диода.
- Обращайтесь с лазерным диодом осторожно, тем более, если это незащищенный диод. Если у вас есть антистатический контейнер, поместите диод в него, пока вы не начнете собирать лазер.
3
Приготовьте фокусирующую линзу. Вам придется пропустить луч от диода через фокусирующую линзу, чтобы использовать его в качестве лазера. Вы можете сделать это одним из двух способов:
- Использование увеличительного стекла как фокусирующей линзы. Вращайте линзу так чтобы найти нужное место для получения сфокусированного лазерного луча. При необходимости это придется делать каждый раз перед использованием лазера.
- Купите маломощный лазерный диод, например 5мВт в сборе с линзой и трубкой. Затем замените его на лазерный диод от пишущего DVD.
5
Подключите лазерный диод к драйверу. Следует соединить положительный контакт с положительным выводом схемы драйвера, отрицательный контакт с отрицательным. Расположение контактов отличается в зависимости от того, что используется - красный диод от пишущего DVD или голубой диод от пишущего Blu-Ray.
- Возьмите лазерный диод с выводами по направлению к вам, поверните его таким образом, чтобы ножки образовали треугольник, который указывает вправо. На обоих типах диодов ножка вверху является положительным контактом.
- На красном диоде от DVD центральный контакт, который формирует вершину треугольника, является отрицательным выводом.
- На синем диоде от пишущего Blu-Ray, нижний контакт является отрицательным выводом.
Реклама

Советы

Чем лучше вы сфокусируете лазерный луч, тем мощнее он будет, но эффективен он будет только на этом расстоянии. Если вы сфокусировали луч на расстоянии 1м, он будет эффективен только на расстоянии 1м. Если вы не используете лазер, расфокусируйте луч до размера мячика для пинг-понга.
Для защиты вашего собранного лазера его можно разместить в каком-нибудь корпусе, например от светодиодного фонарика или корпуса для батареек в зависимости от того, какого размера ваш драйвер.

Предупреждения

Всегда надевайте защитные очки, рассчитанные на длину волны луча лазера с которым вы работает (в данном случае длина волны лазерного диода). Лазерные очки должны быть комплементарного цвета к лучу лазера: зеленого если лазер красный 650нм, оранжево-красные если лазер синий 405нм. Не заменяйте лазерные очки сварочными масками, закопченным стеклом или солнцезащитными очками.
Не смотрите на лазерный луч и не светите им в глаза кому-то еще. В этой статье описаны лазеры класса IIIb. Этот вид лазера, может привести к повреждению глаз, даже при ношении лазерных очков. Запрещается также направлять луч лазера такого типа в произвольном направлении.
Не светите лазером на светоотражающие поверхности. Лазер луч может быть отражен так же, как и несфокусированном луч света, только с большими последствиями.

Что вам понадобится

Лазерный комплект или отдельные детали: схема драйвера и трубка с линзой, лазерный диод.
Лазерный диод от пишущего DVD или Blu-ray привода (опционально)
Паяльник (если собирать схему драйвера самому)
Припой
Отвертка (если разбирать пишущий DVD).
Клещи или пинцет (если разбирать пишущий DVD).
Выключатель питания (опция)
Провода для подключения диода к драйверу и драйвера к источнику питания.
Аккумуляторы, или источник питания (не менее 6 вольт).