Laser de casă - mit sau realitate? Facem un laser puternic de ardere dintr-o unitate DVD cu propriile noastre mâini.

Acasă

Pompe de puțuri

Astăzi vom vorbi despre cum să faci singur un laser puternic verde sau albastru acasă din materiale vechi cu propriile mâini. Vom lua în considerare, de asemenea, desene, diagrame și designul de indicatori laser de casă cu un fascicul de aprindere și o rază de acțiune de până la 20 km

Baza dispozitivului laser este un generator cuantic optic, care, folosind energie electrică, termică, chimică sau de altă natură, produce un fascicul laser.

Funcționarea laserului se bazează pe fenomenul de radiații forțate (induse). Radiația laser poate fi continuă, cu putere constantă, sau pulsată, atingând puteri de vârf extrem de mari. Esența fenomenului este că un atom excitat este capabil să emită un foton sub influența altui foton fără absorbția acestuia, dacă energia acestuia din urmă este egală cu diferența de energii ale nivelurilor atomului înainte și după radiatii. În acest caz, fotonul emis este coerent cu fotonul care a provocat radiația, adică este copia lui exactă. În acest fel lumina este amplificată. Acest fenomen diferă de radiația spontană, în care fotonii emiși au direcții aleatorii de propagare, polarizare și fază.
Probabilitatea ca un foton aleator să provoace emisie stimulată de la un atom excitat este exact egală cu probabilitatea de absorbție a acestui foton de către un atom într-o stare neexcitată. Prin urmare, pentru a amplifica lumina, este necesar ca în mediu să existe mai mulți atomi excitați decât cei neexcitați. Într-o stare de echilibru, această condiție nu este îndeplinită, așa că folosim diverse sisteme pomparea mediului activ laser (optic, electric, chimic etc.). În unele scheme, elementul de lucru cu laser este utilizat ca amplificator optic pentru radiația dintr-o altă sursă.

Nu există un flux extern de fotoni într-un generator cuantic; în interiorul acestuia este creată o populație inversă folosind diverse surse pompare. În funcție de sursele care există diferite căi pompare:
optic - lampă bliț puternică;
descărcarea de gaze în substanța de lucru (mediu activ);
injectarea (transferul) purtătorilor de curent într-un semiconductor din zonă
tranziții p-n;
excitație electronică (iradierea unui semiconductor pur în vid cu un flux de electroni);
termică (încălzirea gazului urmată de răcire rapidă;
chimice (folosind energia reacțiilor chimice) și altele.

Sursa primară de generare este procesul de emisie spontană, prin urmare, pentru a asigura continuitatea generațiilor de fotoni este necesară existența unui feedback pozitiv, datorită căruia fotonii emiși provoacă acte ulterioare de emisie indusă. Pentru a face acest lucru, mediul activ laser este plasat într-o cavitate optică. În cel mai simplu caz, este format din două oglinzi, dintre care una este translucidă - prin ea, fasciculul laser iese parțial din rezonator.

Reflectându-se din oglinzi, fasciculul de radiații trece în mod repetat prin rezonator, provocând tranziții induse în acesta. Radiația poate fi continuă sau pulsată. În același timp, folosind diverse dispozitive Pentru a opri și a porni rapid feedback-ul și, prin urmare, a reduce perioada impulsurilor, este posibil să se creeze condiții pentru generarea de radiații de putere foarte mare - acestea sunt așa-numitele impulsuri gigant. Acest mod de operare cu laser se numește modul Q-switched.
Raza laser este un flux de lumină coerent, monocrom, polarizat, direcționat îngust. Într-un cuvânt, acesta este un fascicul de lumină emis nu numai de surse sincrone, ci și într-un interval foarte îngust și direcțional. Un fel de flux luminos extrem de concentrat.

Radiația generată de un laser este monocromatică, probabilitatea de emisie a unui foton de o anumită lungime de undă este mai mare decât cea a unuia apropiat, asociată cu lărgirea liniei spectrale, iar probabilitatea tranzițiilor induse la această frecvență are și ea un maxim. Prin urmare, treptat în timpul procesului de generare, fotonii cu o anumită lungime de undă vor domina asupra tuturor celorlalți fotoni. În plus, datorită aranjamentului special al oglinzilor, doar acei fotoni care se propagă într-o direcție paralelă cu axa optică a rezonatorului la mică distanță de acesta sunt reținuți în fasciculul laser; fotonii rămași părăsesc rapid volumul rezonatorului. Astfel, fasciculul laser are un unghi de divergență foarte mic. În cele din urmă, fasciculul laser are o polarizare strict definită. Pentru a face acest lucru, în rezonator sunt introduse diverși polarizatori; de exemplu, pot fi plăci plate de sticlă instalate la un unghi Brewster față de direcția de propagare a fasciculului laser.

Lungimea de undă de lucru a laserului, precum și alte proprietăți, depind de ce fluid de lucru este utilizat în laser. Fluidul de lucru este „pompat” cu energie pentru a obține efectul inversării populației de electroni, care determină emisia stimulată de fotoni și un efect de amplificare optică. Cea mai simplă formă Rezonatorul optic este format din două oglinzi paralele (pot fi și patru sau mai multe dintre ele) situate în jurul fluidului de lucru laser. Radiația stimulată a fluidului de lucru este reflectată înapoi de oglinzi și este din nou amplificată. Până în momentul în care iese, valul poate fi reflectat de multe ori.

Deci, să formulăm pe scurt condițiile necesare pentru a crea o sursă de lumină coerentă:

ai nevoie de o substanță de lucru cu populație inversată. Numai atunci se poate realiza amplificarea luminii prin tranziții forțate;
substanța de lucru ar trebui să fie plasată între oglinzile care oferă feedback;
câștigul dat de substanța de lucru, ceea ce înseamnă că numărul de atomi sau molecule excitați din substanța de lucru trebuie să fie mai mare decât o valoare de prag în funcție de coeficientul de reflexie al oglinzii de ieșire.

Următoarele tipuri de fluide de lucru pot fi utilizate în proiectarea laserelor:

Lichid. Este folosit ca fluid de lucru, de exemplu, în laserele colorante. Include: solvent organic(metanol, etanol sau etilen glicol) în care se dizolvă coloranți chimici (cumarină sau rodamină). Lungime de lucru valuri lasere lichide determinată de configurația moleculelor de colorant utilizate.

Gaze. În special, dioxid de carbon, argon, krypton sau amestecuri de gaze, ca la laserele cu heliu-neon. „Pomparea” cu energia acestor lasere se realizează cel mai adesea folosind descărcări electrice.
Solide (cristale și pahare). Materialul solid al unor astfel de fluide de lucru este activat (dopat) prin adăugarea unei cantități mici de ioni de crom, neodim, erbiu sau titan. Cristalele utilizate în mod obișnuit sunt: granat de ytriu aluminiu, fluorură de litiu ytriu, safir (oxid de aluminiu) și sticla silicata. Laserele cu stare solidă sunt de obicei „pompate” de o lampă blitz sau alt laser.

Semiconductori. Un material în care tranziția electronilor între nivelurile de energie poate fi însoțită de radiații. Laserele cu semiconductor sunt foarte compacte și „pompabile” soc electric, ceea ce le permite să fie utilizate în aparate de uz casnic, cum ar fi CD playere.

Pentru a transforma un amplificator într-un oscilator, este necesar să se organizeze feedback-ul. La lasere, acest lucru se realizează prin plasarea substanței active între suprafețele reflectorizante (oglinzi), formând așa-numitul „rezonator deschis” datorită faptului că o parte din energia emisă de substanța activă este reflectată de oglinzi și revine din nou la substanta activa

Laserul folosește rezonatoare optice de diferite tipuri - cu oglinzi plate, sferice, combinații de plate și sferice etc. În rezonatoarele optice care oferă feedback în Laser pot fi excitate doar anumite tipuri de oscilații ale câmpului electromagnetic, care sunt numite naturale oscilaţii sau moduri ale rezonatorului.

Modurile sunt caracterizate prin frecvență și formă, adică distribuția spațială a vibrațiilor. Într-un rezonator cu oglinzi plate, tipurile de oscilații corespunzătoare undelor plane care se propagă de-a lungul axei rezonatorului sunt excitate predominant. Un sistem de două oglinzi paralele rezonează doar la anumite frecvențe – iar în laser joacă, de asemenea, rolul pe care îl joacă un circuit oscilator în generatoarele convenționale de joasă frecvență.

Utilizarea unui rezonator deschis (și nu a unuia închis - o cavitate metalică închisă - caracteristică domeniului de microunde) este fundamentală, deoarece în domeniul optic un rezonator cu dimensiunile L = ? (L este dimensiunea caracteristică a rezonatorului, ? este lungimea de undă) pur și simplu nu poate fi fabricată, iar la L >> ? un rezonator închis își pierde proprietățile rezonante deoarece numărul de tipuri posibile de oscilații devine atât de mare încât se suprapun.

Absența pereților laterali reduce semnificativ numărul de tipuri posibile de oscilații (moduri) datorită faptului că undele care se propagă la un unghi față de axa rezonatorului depășesc rapid limitele sale și permite menținerea proprietăților rezonante ale rezonatorului la L. >> ?. Cu toate acestea, rezonatorul din laser nu numai că oferă feedback prin returnarea radiației reflectate de oglinzi către substanța activă, dar determină și spectrul radiației laser, caracteristicile energetice ale acesteia și direcția radiației.
În cea mai simplă aproximare a unei unde plane, condiția pentru rezonanță într-un rezonator cu oglinzi plate este ca un număr întreg de semi-unde să se potrivească de-a lungul lungimii rezonatorului: L=q(?/2) (q este un număr întreg) , ceea ce conduce la o expresie pentru frecvența tipului de oscilație cu indicele q: ?q=q(C/2L). Ca urmare, spectrul de radiații al luminii, de regulă, este un set de linii spectrale înguste, intervalele dintre care sunt identice și egale cu c/2L. Numărul de linii (componente) pentru o lungime L dată depinde de proprietățile mediului activ, adică de spectrul de emisie spontană la tranziția cuantică utilizată și poate ajunge la câteva zeci și sute. În anumite condiții, se dovedește a fi posibilă izolarea unei componente spectrale, adică implementarea unui mod laser cu un singur mod. Lățimea spectrală a fiecărei componente este determinată de pierderile de energie din rezonator și, în primul rând, de transmiterea și absorbția luminii de către oglinzi.

Profilul de frecvență al câștigului în substanța de lucru (este determinat de lățimea și forma liniei substanței de lucru) și setul de frecvențe naturale ale rezonatorului deschis. Pentru rezonatoarele deschise cu un factor de înaltă calitate utilizate în lasere, banda de trecere a rezonatorului ??p, care determină lățimea curbelor de rezonanță ale modurilor individuale, și chiar distanța dintre modurile învecinate ??h se dovedește a fi mai mică decât lățimea liniei de câștig. ??h, și chiar și în laserele cu gaz, unde lărgirea liniei este cea mai mică. Prin urmare, în circuitul de amplificare intră mai multe tipuri de oscilații rezonatoare.

Astfel, laserul nu generează neapărat la o singură frecvență; mai des, dimpotrivă, generarea are loc simultan la mai multe tipuri de oscilații, pentru care amplificarea? mai multe pierderi în rezonator. Pentru ca laserul să funcționeze la o singură frecvență (în modul cu o singură frecvență), de obicei este necesar să se ia masuri speciale(de exemplu, creșteți pierderile, așa cum se arată în Figura 3) sau modificați distanța dintre oglinzi astfel încât un singur mod să intre în circuitul de câștig. Deoarece în optică, așa cum s-a menționat mai sus, ?h > ?p și frecvența de generare într-un laser este determinată în principal de frecvența rezonatorului, atunci pentru a menține stabilă frecvența de generare, este necesar să se stabilizeze rezonatorul. Deci, dacă câștigul în substanța de lucru acoperă pierderile din rezonator pentru anumite tipuri de oscilații, pe ele are loc generarea. Sămânța pentru apariția sa este, ca în orice generator, zgomot, care reprezintă emisie spontană în lasere.
Pentru ca mediul activ să emită lumină monocromatică coerentă, este necesar să se introducă feedback, adică o parte din fluxul luminos emis de acest mediu este direcționată înapoi în mediu pentru a produce o emisie stimulată. Feedback-ul pozitiv se realizează folosind rezonatoare optice, care în versiunea elementară sunt două oglinzi coaxiale (paralele și de-a lungul aceleiași axe), dintre care una este translucidă, iar cealaltă este „surdă”, adică reflectă complet fluxul de lumină. Substanța de lucru (mediul activ), în care se creează o populație inversă, este plasată între oglinzi. Radiația stimulată trece prin mediul activ, este amplificată, reflectată de oglindă, trece din nou prin mediu și este amplificată în continuare. Printr-o oglindă translucidă, o parte din radiație este emisă în Mediul extern, iar o parte din ea este reflectată înapoi în mediu și amplificată din nou. În anumite condiții, fluxul de fotoni în interiorul substanței de lucru va începe să crească ca o avalanșă și va începe generarea de lumină coerentă monocromatică.

Principiul de funcționare al unui rezonator optic, numărul predominant de particule ale substanței de lucru, reprezentat de cercuri deschise, se află în starea fundamentală, adică la nivelul de energie inferior. Doar un număr mic de particule, reprezentate de cearcăne, sunt într-o stare excitată electronic. Când substanța de lucru este expusă la o sursă de pompare, majoritatea particulelor intră într-o stare excitată (numărul de cearcăne a crescut) și se creează o populație inversă. În continuare (Fig. 2c) are loc emisia spontană a unor particule care apar într-o stare excitată electronic. Radiația îndreptată într-un unghi față de axa rezonatorului va părăsi substanța de lucru și rezonatorul. Radiația, care este îndreptată de-a lungul axei rezonatorului, se va apropia de suprafața oglinzii.

Într-o oglindă translucidă, o parte din radiație va trece prin ea în mediul înconjurător, iar o parte va fi reflectată și din nou direcționată în substanța de lucru, implicând particule în stare excitată în procesul de emisie stimulată.

La oglinda „surdă”, întregul flux de radiație va fi reflectat și va trece din nou prin substanța de lucru, inducând radiații de la toate particulele excitate rămase, ceea ce reflectă situația în care toate particulele excitate și-au renunțat la energia stocată, iar la ieșirea de rezonatorul, pe partea oglinzii translucide, s-a format un flux puternic de radiații induse.

De bază elemente structurale laserele includ o substanță de lucru cu anumite niveluri de energie ale atomilor și moleculelor lor constitutive, o sursă de pompă care creează o populație inversă în substanța de lucru și un rezonator optic. Există un număr mare de lasere diferite, dar toate au aceleași și simple diagramă schematică dispozitiv, care este prezentat în fig. 3.

Excepție fac laserele cu semiconductori datorită specificității lor, deoarece totul despre ele este special: fizica proceselor, metodele de pompare și proiectarea. Semiconductorii sunt formațiuni cristaline. Într-un atom individual, energia electronului capătă valori discrete strict definite și, prin urmare, stările energetice ale electronului din atom sunt descrise în limbajul nivelurilor. Într-un cristal semiconductor, nivelurile de energie formează benzi de energie. Într-un semiconductor pur care nu conține impurități, există două benzi: așa-numita bandă de valență și banda de conducție situată deasupra acestuia (pe scara de energie).

Între ele există un decalaj al valorilor energetice interzise, care se numește bandgap. La o temperatură a semiconductorului egală cu zero absolut, banda de valență ar trebui să fie complet umplută cu electroni, iar banda de conducere ar trebui să fie goală. În condiții reale, temperatura este întotdeauna peste zero absolut. Dar o creștere a temperaturii duce la excitarea termică a electronilor, unii dintre ei sar din banda de valență în banda de conducție.

Ca urmare a acestui proces, un anumit număr (relativ mic) de electroni apare în banda de conducție și un număr corespunzător de electroni va lipsi din banda de valență până când este complet umplut. O vacanță de electroni în banda de valență este reprezentată de o particulă încărcată pozitiv, care se numește gaură. Tranziția cuantică a unui electron prin banda interzisă de jos în sus este considerată un proces de generare a unei perechi electron-gaură, cu electroni concentrați la marginea inferioară a benzii de conducție și găuri la marginea superioară a benzii de valență. Tranzițiile prin zona interzisă sunt posibile nu numai de jos în sus, ci și de sus în jos. Acest proces se numește recombinare electron-gaură.

Când un semiconductor pur este iradiat cu lumină a cărei energie fotonică depășește ușor banda interzisă, în cristalul semiconductor pot apărea trei tipuri de interacțiune a luminii cu materia: absorbția, emisia spontană și emisia stimulată de lumină. Primul tip de interacțiune este posibil atunci când un foton este absorbit de un electron situat lângă marginea superioară a benzii de valență. În acest caz, puterea energetică a electronului va deveni suficientă pentru a depăși banda interzisă și va face o tranziție cuantică la banda de conducție. Emisia spontană de lumină este posibilă atunci când un electron se întoarce spontan din banda de conducție în banda de valență cu emisia unui cuantum de energie - un foton. Radiația externă poate iniția tranziția către banda de valență a unui electron situat lângă marginea inferioară a benzii de conducere. Rezultatul acestui al treilea tip de interacțiune a luminii cu substanța semiconductoare va fi nașterea unui foton secundar, identic ca parametrii și direcția de mișcare cu fotonul care a inițiat tranziția.

Pentru a genera radiații laser, este necesar să se creeze o populație inversă de „niveluri de lucru” în semiconductor - pentru a crea o concentrație suficient de mare de electroni la marginea inferioară a benzii de conducție și o concentrație corespunzătoare de găuri la marginea banda de valență. În aceste scopuri, laserele cu semiconductor pur sunt de obicei pompate de un flux de electroni.

Oglinzile rezonatoare sunt margini lustruite ale cristalului semiconductor. Dezavantajul unor astfel de lasere este că multe materiale semiconductoare generează radiații laser doar la foarte mare temperaturi scăzute, iar bombardarea cristalelor semiconductoare de către un flux de electroni face ca acesta să se încălzească foarte mult. Acest lucru necesită dispozitive de răcire suplimentare, ceea ce complică proiectarea dispozitivului și îi mărește dimensiunile.

Proprietățile semiconductorilor cu impurități diferă semnificativ de proprietățile semiconductorilor puri, puri. Acest lucru se datorează faptului că atomii unor impurități donează cu ușurință unul dintre electronii lor benzii de conducție. Aceste impurități sunt numite impurități donor, iar un semiconductor cu astfel de impurități se numește n-semiconductor. Atomii altor impurități, dimpotrivă, captează un electron din banda de valență, iar astfel de impurități sunt acceptoare, iar un semiconductor cu astfel de impurități este un p-semiconductor. Nivelul de energie al atomilor de impurități este situat în interiorul benzii interzise: pentru n-conductori - lângă marginea inferioară a benzii de conducere, pentru /-conductori - lângă marginea superioară a benzii de valență.

Dacă se creează o tensiune electrică în această zonă, astfel încât să existe un pol pozitiv pe partea p-semiconductorului și un pol negativ pe partea p-semiconductorului, atunci sub influența câmp electric electronii de la n-semiconductor și găurile de la n-semiconductor se vor muta (injecta) în zona p-p- tranziție.

Când electronii și găurile se recombină, vor fi emiși fotoni, iar în prezența unui rezonator optic, se poate genera radiație laser.

Oglinzile rezonatorului optic sunt margini lustruite ale cristalului semiconductor, orientate perpendicular avion p-n- tranziție. Astfel de lasere sunt miniaturale, deoarece dimensiunea elementului activ semiconductor poate fi de aproximativ 1 mm.

În funcție de caracteristica luată în considerare, toate laserele sunt împărțite după cum urmează).

Primul semn. Se obișnuiește să se facă distincția între amplificatoare laser și generatoare. În amplificatoare, radiația laser slabă este furnizată la intrare și este amplificată în mod corespunzător la ieșire. Nu există radiații externe în generatoare; aceasta apare în substanța de lucru datorită excitației sale folosind diverse surse de pompă. Toate dispozitivele laser medicale sunt generatoare.

Al doilea semn - stare fizică substanță de lucru. În conformitate cu aceasta, laserele sunt împărțite în stare solidă (rubin, safir etc.), gaz (heliu-neon, heliu-cadmiu, argon, dioxid de carbon etc.), lichid (dielectric lichid cu atomi de lucru cu impurități rare). metale pământești) și semiconductoare (arseniură -galiu, arseniură de galiu fosfură, seleniură de plumb etc.).

Metoda de excitare a substanței de lucru este a treia semn distinctiv lasere. În funcție de sursa de excitație, laserele se disting: pompate optic, pompate printr-o descărcare de gaz, excitare electronică, injecție de purtători de sarcină, pompată termic, pompată chimic și altele.

Spectrul de emisie laser este următoarea caracteristică de clasificare. Dacă radiația este concentrată într-o gamă îngustă de lungimi de undă, atunci laserul este considerat monocromatic și datele sale tehnice indică o anumită lungime de undă; dacă este într-o gamă largă, atunci laserul ar trebui să fie considerat bandă largă și este indicat intervalul de lungimi de undă.

Pe baza naturii energiei emise, se disting laserele pulsate și laserele cu radiație continuă. Conceptele de laser pulsat și laser cu modularea în frecvență a radiației continue nu trebuie confundate, deoarece în al doilea caz primim în esență radiații intermitente. frecvente diferite. Laserele cu impulsuri au putere mare într-un singur impuls, ajungând la 10 W, în timp ce puterea lor medie a impulsului, determinată de formulele corespunzătoare, este relativ mică. Pentru laserele cu frecvență modulată continuă, puterea în așa-numitul impuls este mai mică decât puterea radiației continue.

Pe baza puterii medii de radiație de ieșire ( următorul semn clasificare) laserele sunt împărțite în:

· de înaltă energie (densitatea fluxului de putere de radiație generată pe suprafața unui obiect sau a unui obiect biologic este de peste 10 W/cm2);

· energie medie (densitatea fluxului de putere de radiație generată - de la 0,4 la 10 W/cm2);

· cu energie scăzută (densitatea fluxului de putere a radiației generată este mai mică de 0,4 W/cm2).

· soft (iradiere de energie generată - E sau densitate de flux de putere pe suprafața iradiată - până la 4 mW/cm2);

· medie (E - de la 4 la 30 mW/cm2);

· tare (E - mai mult de 30 mW/cm2).

În conformitate cu " Standarde sanitareși reguli pentru proiectarea și funcționarea laserelor nr. 5804-91”, în funcție de gradul de pericol al radiației generate pentru personalul de exploatare, laserele sunt împărțite în patru clase.

Laserele de primă clasă includ: dispozitive tehnice, a cărei radiație de ieșire colimată (închisă într-un unghi solid limitat) nu reprezintă un pericol atunci când iradiază ochii și pielea omului.

Laserele de clasa a doua sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire reprezintă un pericol atunci când iradiază ochi cu radiații directe și reflectate specular.

Laserele din clasa a treia sunt dispozitive a căror radiație de ieșire prezintă un pericol atunci când iradiază ochi cu radiație directă și reflectată specular, precum și radiație reflectată difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizant difuz și (sau) atunci când iradiază pielea cu radiații directe și reflectate specular.

Laserele din clasa 4 sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire prezintă un pericol atunci când pielea este iradiată cu radiație reflectată difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizant difuz.

Baza dispozitivului laser este un generator cuantic optic, care, folosind energie electrică, termică, chimică sau de altă natură, produce un fascicul laser.

Funcționarea laserului se bazează pe fenomenul de radiații forțate (induse). Radiația laser poate fi continuă, cu putere constantă, sau pulsată, atingând puteri de vârf extrem de mari. Esența fenomenului este că un atom excitat este capabil să emită un foton sub influența altui foton fără absorbția acestuia, dacă energia acestuia din urmă este egală cu diferența de energii ale nivelurilor atomului înainte și după radiatii. În acest caz, fotonul emis este coerent cu fotonul care a provocat radiația, adică este copia lui exactă. În acest fel lumina este amplificată. Acest fenomen diferă de radiația spontană, în care fotonii emiși au direcții aleatorii de propagare, polarizare și fază.
Probabilitatea ca un foton aleator să provoace emisie stimulată de la un atom excitat este exact egală cu probabilitatea de absorbție a acestui foton de către un atom într-o stare neexcitată. Prin urmare, pentru a amplifica lumina, este necesar ca în mediu să existe mai mulți atomi excitați decât cei neexcitați. În stare de echilibru, această condiție nu este îndeplinită, astfel încât se folosesc diverse sisteme de pompare a mediului activ laser (optic, electric, chimic etc.). În unele scheme, elementul de lucru cu laser este utilizat ca amplificator optic pentru radiația dintr-o altă sursă.

Nu există un flux extern de fotoni într-un generator cuantic; în interiorul acestuia este creată o populație inversă folosind diverse surse de pompă. În funcție de surse, există diferite metode de pompare:
optic - lampă bliț puternică;
descărcarea de gaze în substanța de lucru (mediu activ);
injectarea (transferul) purtătorilor de curent într-un semiconductor din zonă
tranziții p-n;
excitație electronică (iradierea unui semiconductor pur în vid cu un flux de electroni);
termică (încălzirea gazului urmată de răcire rapidă;
chimice (folosind energia reacțiilor chimice) și altele.

Reflectându-se din oglinzi, fasciculul de radiații trece în mod repetat prin rezonator, provocând tranziții induse în acesta. Radiația poate fi continuă sau pulsată. În același timp, folosind diferite dispozitive pentru a opri și a porni rapid feedback-ul și, prin urmare, a reduce perioada impulsurilor, este posibil să se creeze condiții pentru generarea de radiații de putere foarte mare - acestea sunt așa-numitele impulsuri gigant. Acest mod de operare cu laser se numește modul Q-switched.
Raza laser este un flux de lumină coerent, monocrom, polarizat, direcționat îngust. Într-un cuvânt, acesta este un fascicul de lumină emis nu numai de surse sincrone, ci și într-un interval foarte îngust și direcțional. Un fel de flux luminos extrem de concentrat.

Lungimea de undă de lucru a laserului, precum și alte proprietăți, depind de ce fluid de lucru este utilizat în laser. Fluidul de lucru este „pompat” cu energie pentru a obține efectul inversării populației de electroni, care determină emisia stimulată de fotoni și un efect de amplificare optică. Cea mai simplă formă a unui rezonator optic sunt două oglinzi paralele (pot fi și patru sau mai multe) situate în jurul fluidului de lucru laser. Radiația stimulată a fluidului de lucru este reflectată înapoi de oglinzi și este din nou amplificată. Până în momentul în care iese, valul poate fi reflectat de multe ori.

Deci, să formulăm pe scurt condițiile necesare pentru a crea o sursă de lumină coerentă:

Următoarele tipuri de fluide de lucru pot fi utilizate în proiectarea laserelor:

Lichid. Este folosit ca fluid de lucru, de exemplu, în laserele colorante. Compoziția include un solvent organic (metanol, etanol sau etilen glicol) în care sunt dizolvați coloranții chimici (cumarină sau rodamină). Lungimea de undă de operare a laserelor lichide este determinată de configurația moleculelor de colorant utilizate.

Gaze. În special, dioxid de carbon, argon, cripton sau amestecuri de gaze, ca în laserele cu heliu-neon. „Pomparea” cu energia acestor lasere se realizează cel mai adesea folosind descărcări electrice.
Solide (cristale și pahare). Materialul solid al unor astfel de fluide de lucru este activat (dopat) prin adăugarea unei cantități mici de ioni de crom, neodim, erbiu sau titan. Cristalele utilizate în mod obișnuit sunt granatul de ytriu aluminiu, fluorură de litiu ytriu, safir (oxid de aluminiu) și sticlă silicată. Laserele cu stare solidă sunt de obicei „pompate” de o lampă blitz sau alt laser.

Semiconductori. Un material în care tranziția electronilor între nivelurile de energie poate fi însoțită de radiații. Laserele cu semiconductori sunt foarte compacte și sunt „pompate” de curent electric, permițându-le să fie utilizate în dispozitive de consum, cum ar fi CD playerele.

Astfel, laserul nu generează neapărat la o singură frecvență; mai des, dimpotrivă, generarea are loc simultan la mai multe tipuri de oscilații, pentru care amplificarea? mai multe pierderi în rezonator. Pentru ca laserul să funcționeze la o singură frecvență (în modul cu o singură frecvență), este necesar, de regulă, să se ia măsuri speciale (de exemplu, creșterea pierderilor, așa cum se arată în Figura 3) sau modificarea distanței dintre oglinzi. astfel încât doar unul să intre în circuitul de câștig.modă. Deoarece în optică, așa cum s-a menționat mai sus, ?h > ?p și frecvența de generare într-un laser este determinată în principal de frecvența rezonatorului, atunci pentru a menține stabilă frecvența de generare, este necesar să se stabilizeze rezonatorul. Deci, dacă câștigul în substanța de lucru acoperă pierderile din rezonator pentru anumite tipuri de oscilații, pe ele are loc generarea. Sămânța pentru apariția sa este, ca în orice generator, zgomot, care reprezintă emisie spontană în lasere.
Pentru ca mediul activ să emită lumină monocromatică coerentă, este necesar să se introducă feedback, adică o parte din fluxul luminos emis de acest mediu este direcționată înapoi în mediu pentru a produce o emisie stimulată. Feedback-ul pozitiv se realizează folosind rezonatoare optice, care în versiunea elementară sunt două oglinzi coaxiale (paralele și de-a lungul aceleiași axe), dintre care una este translucidă, iar cealaltă este „surdă”, adică reflectă complet fluxul de lumină. Substanța de lucru (mediul activ), în care se creează o populație inversă, este plasată între oglinzi. Radiația stimulată trece prin mediul activ, este amplificată, reflectată de oglindă, trece din nou prin mediu și este amplificată în continuare. Printr-o oglindă translucidă, o parte din radiație este emisă în mediul extern, iar o parte este reflectată înapoi în mediu și amplificată din nou. În anumite condiții, fluxul de fotoni în interiorul substanței de lucru va începe să crească ca o avalanșă și va începe generarea de lumină coerentă monocromatică.

Principalele elemente structurale ale laserelor includ o substanță de lucru cu anumite niveluri de energie ale atomilor și moleculelor lor constitutive, o sursă de pompă care creează inversarea populației în substanța de lucru și o cavitate optică. Există un număr mare de lasere diferite, dar toate au aceeași și, în plus, schema de circuit simplă a dispozitivului, care este prezentată în Fig. 3.

Oglinzile rezonatoare sunt margini lustruite ale cristalului semiconductor. Dezavantajul unor astfel de lasere este că multe materiale semiconductoare generează radiații laser doar la temperaturi foarte scăzute, iar bombardarea cristalelor semiconductoare de către un flux de electroni face ca acesta să devină foarte fierbinte. Acest lucru necesită dispozitive de răcire suplimentare, ceea ce complică proiectarea dispozitivului și îi mărește dimensiunile.

Dacă în această regiune este creată o tensiune electrică astfel încât să existe un pol pozitiv pe partea p-semiconductorului și un pol negativ pe partea n-semiconductorului, atunci sub influența electronilor câmpului electric de la n- semiconductorul și găurile din /^-semiconductorul se vor muta (injectat) în regiunea de tranziție p-n.

Când electronii și găurile se recombină, vor fi emiși fotoni, iar în prezența unui rezonator optic, se poate genera radiație laser.

Oglinzile rezonatorului optic sunt margini lustruite ale cristalului semiconductor, orientate perpendicular pe planul joncțiunii pn. Astfel de lasere sunt miniaturale, deoarece dimensiunea elementului activ semiconductor poate fi de aproximativ 1 mm.

În funcție de caracteristica luată în considerare, toate laserele sunt împărțite după cum urmează).

Al doilea semn este starea fizică a substanței de lucru. În conformitate cu aceasta, laserele sunt împărțite în stare solidă (rubin, safir etc.), gaz (heliu-neon, heliu-cadmiu, argon, dioxid de carbon etc.), lichid (dielectric lichid cu atomi de lucru cu impurități rare). metale pământești) și semiconductoare (arseniură -galiu, arseniură de galiu fosfură, seleniură de plumb etc.).

Metoda de excitare a substanței de lucru este a treia trăsătură distinctivă a laserelor. În funcție de sursa de excitație, laserele se disting: pompate optic, pompate printr-o descărcare de gaz, excitare electronică, injecție de purtători de sarcină, pompată termic, pompată chimic și altele.

Pe baza naturii energiei emise, se disting laserele pulsate și laserele cu radiație continuă. Conceptele de laser pulsat și laser cu modularea în frecvență a radiației continue nu trebuie confundate, deoarece în al doilea caz primim în esență radiații intermitente de diferite frecvențe. Laserele cu impulsuri au putere mare într-un singur impuls, ajungând la 10 W, în timp ce puterea lor medie a impulsului, determinată de formulele corespunzătoare, este relativ mică. Pentru laserele cu frecvență modulată continuă, puterea în așa-numitul impuls este mai mică decât puterea radiației continue.

Pe baza puterii medii de ieșire a radiației (următoarea caracteristică de clasificare), laserele sunt împărțite în:

· de înaltă energie (densitatea fluxului de putere de radiație generată pe suprafața unui obiect sau a unui obiect biologic este de peste 10 W/cm2);

· energie medie (densitatea fluxului de putere de radiație generată - de la 0,4 la 10 W/cm2);

· cu energie scăzută (densitatea fluxului de putere a radiației generată este mai mică de 0,4 W/cm2).

· soft (iradiere de energie generată - E sau densitate de flux de putere pe suprafața iradiată - până la 4 mW/cm2);

· medie (E - de la 4 la 30 mW/cm2);

· tare (E - mai mult de 30 mW/cm2).

În conformitate cu „Normele și regulile sanitare pentru proiectarea și funcționarea laserelor nr. 5804-91”, laserele sunt împărțite în patru clase în funcție de gradul de pericol al radiațiilor generate pentru personalul de exploatare.

Laserele de primă clasă includ astfel de dispozitive tehnice ale căror radiații colimate (limitate într-un unghi solid limitat) nu reprezintă un pericol atunci când iradiază ochii și pielea omului.

Laserele de clasa a doua sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire reprezintă un pericol atunci când iradiază ochi cu radiații directe și reflectate specular.

Când menționează un laser, majoritatea oamenilor își amintesc imediat episoade din filme științifico-fantastice. Cu toate acestea, o astfel de invenție a fost de mult stabilită ferm în viața noastră și nu este ceva fantastic. Laserul și-a găsit aplicația în multe domenii, de la medicină și producție până la divertisment. Prin urmare, mulți oameni se întreabă dacă și cum să facă singuri un laser.

În funcție de specificul și cerințele prezentate, laserele pot fi complet diferite, atât ca dimensiune (de la pointere de buzunar la dimensiunea unui teren de fotbal), cât și ca putere, mediile de lucru utilizate și alți parametri. Desigur, este imposibil să faci singur un fascicul de producție puternic acasă, deoarece acestea nu sunt doar dispozitive complexe din punct de vedere tehnic, ci și lucruri foarte greu de întreținut. Dar simplu, dar de încredere și laser puternic Puteți crea unul cu propriile mâini de pe o unitate DVD-RW obișnuită.

Principiul de funcționare

Cuvântul „laser” ne-a venit de la în limba engleză„laser”, care este o abreviere a primelor litere ale unui nume mult mai complex: amplificarea luminii prin emisie stimulată de radiație și se traduce literal prin „amplificarea luminii prin emisie stimulată”. Poate fi numit și un generator cuantic optic. Există multe tipuri de lasere, iar domeniul lor de aplicare este extrem de larg.

Principiul funcționării sale este de a converti o energie (luminoasă, chimică, electrică) în energia diferitelor fluxuri de radiații, adică se bazează pe fenomenul de radiație forțată sau indusă.

În mod convențional, principiul de funcționare este prezentat în următorul desen:

Materiale necesare pentru lucru

Când descriem elementele de bază ale funcționării laserului, totul pare complicat și neclar. De fapt, a face un laser cu propriile mâini acasă este extrem de simplu. Veți avea nevoie de câteva componente și instrumente:

Cel mai elementar lucru de care aveți nevoie pentru a crea un laser este o unitate DVD-RW, adică o unitate de arzător de pe un computer sau player. Cu cât viteza de înregistrare este mai mare, cu atât produsul în sine va fi mai puternic. Este de preferat să luați unități cu o viteză de 22X, deoarece puterea sa este cea mai mare, aproximativ 300 mW. În același timp, ele diferă prin culoare: roșu, verde, violet. În ceea ce privește ROM-urile fără scriere, acestea sunt prea slabe. De asemenea, merită să acordați atenție faptului că, după manipularea unității, acesta nu va mai funcționa, așa că ar trebui să luați fie unul care este deja în funcțiune, dar cu un laser funcțional, fie unul pe care nu vă va părea rău. spune la revedere.
Veți avea nevoie și de un stabilizator de curent, deși există dorința de a face fără el. Dar merită să știți că toate diodele (și diodele laser nu fac excepție) „preferă” nu tensiunea, ci curentul. Cel mai ieftin și opțiunile preferate- acesta este un convertor de impulsuri NCP1529 sau un microcircuit LM317 (analog cu KR142EN12).
Rezistorul de ieșire este selectat în funcție de curentul de alimentare al diodei laser. Se calculează folosind formula: R=I/1,25, unde I este curentul nominal al laserului.
Două condensatoare: 0,1 µF și 100 µF.
Colimator sau indicator laser.
baterii standard AAA.
Fire.
Unelte: fier de lipit, șurubelnițe, clești etc.

Scoaterea diodei laser din unitatea DVD

Partea principală care trebuie îndepărtată este laserul de pe unitatea DVD. Acest lucru nu este dificil de făcut, dar merită să cunoașteți câteva nuanțe care vă vor ajuta să evitați posibile neînțelegeri în timpul lucrului.

În primul rând, unitatea DVD trebuie dezasamblată pentru a ajunge la căruciorul pe care se află diodele laser. Unul dintre ei este un cititor - are o putere prea mică. Al doilea scriitor este exact ceea ce aveți nevoie pentru a face un laser dintr-o unitate DVD.

Pe cărucior, dioda este instalată pe radiator și fixată în siguranță. Dacă nu intenționați să utilizați un alt radiator, atunci cel existent este destul de potrivit. Prin urmare, trebuie să le eliminați împreună. ÎN in caz contrar- taiati cu grija picioarele la intrarea in calorifer.

Deoarece diodele sunt extrem de sensibile la statică, este o idee bună să le protejați. Pentru a face acest lucru, trebuie să înfășurați picioarele diodei laser împreună cu un fir subțire.

Rămâne doar să punem toate detaliile laolaltă, iar ROM-ul în sine nu mai este necesar.

Asamblarea dispozitivului laser

Este necesar să conectați dioda scoasă din LED la convertor, respectând polaritatea, deoarece în caz contrar dioda laser va eșua imediat și va deveni nepotrivită pentru utilizare ulterioară.

Un colimator este instalat pe partea din spate a diodei, astfel încât lumina să poată fi concentrată într-un singur fascicul. Deși, în schimb, poți folosi lentila inclusă în rom, sau lentila pe care o conține deja indicatorul laser. Dar în acest caz, va trebui să faceți ajustări pentru a obține focalizarea necesară.

Pe cealaltă parte a convertorului, firele sunt lipite, conectându-se la contactele carcasei în care vor fi instalate bateriile.

Va ajuta la finalizarea laserului de la unitate dvd Diagrama DIY:

Când toate componentele sunt conectate, puteți verifica funcționalitatea dispozitivului rezultat. Dacă totul funcționează, atunci tot ce rămâne este să plasați întreaga structură în carcasă și să o fixați în siguranță acolo.

Design corporal de casă

Puteți aborda fabricarea carcasei în diferite moduri. De exemplu, corpul unui felinar chinezesc este perfect pentru aceste scopuri. Poate fi folosit deja corp finit indicator laser. Dar soluție optimă Se poate dovedi a fi de casă, realizat dintr-un profil de aluminiu.

Aluminiul în sine este ușor și, în același timp, foarte ușor de prelucrat. Întreaga structură va fi amplasată convenabil în ea. De asemenea, va fi convenabil să-l asigurați. Dacă este necesar, puteți oricând să tăiați cu ușurință piesa necesară sau să o îndoiți în conformitate cu parametrii necesari.

Siguranță și testare

Când toate lucrările sunt finalizate, este timpul să testați laserul puternic rezultat. Nu este recomandat să faceți acest lucru în interior. Prin urmare, este mai bine să ieși afară într-un loc pustiu. În același timp, merită să ne amintim că dispozitivul realizat este de câteva sute de ori mai puternic decât un indicator laser convențional, iar acest lucru necesită utilizarea lui cu precauție extremă. Nu îndreptați fasciculul către oameni sau animale; aveți grijă ca fasciculul să nu se reflecte și să nu intre în ochi. Când utilizați un fascicul laser roșu, este recomandat să purtați ochelari verzi; acest lucru va reduce semnificativ riscul de deteriorare a vederii în cazuri neașteptate. La urma urmei, nu este recomandat să priviți razele laser nici din exterior.

Nu îndreptați raza laser către obiecte și substanțe inflamabile sau explozive.

Dispozitivul creat, cu o lentilă configurată corect, poate tăia destul de mult pungi de plastic, arde pe lemne, izbucni baloane cu aerși chiar arde - un fel de laser de luptă. Este incredibil ce poți face cu o unitate DVD. Prin urmare, atunci când testați un dispozitiv fabricat, ar trebui să vă amintiți întotdeauna măsurile de siguranță.

Posibilitatea de a face ceva util din echipamente nefolosite sau uzate atrage mulți meșteri acasă. Un astfel de dispozitiv util este un tăietor cu laser. Având la dispoziție un astfel de dispozitiv (unii chiar îl fac dintr-un indicator laser obișnuit), poți face performanță design decorativ produse din diverse materiale.

Ce materiale și mecanisme vor fi necesare

Pentru a face un simplu tăietor cu laser cu propriile mâini, veți avea nevoie următoarele materialeși dispozitive tehnice:

indicator laser;
o lanternă obișnuită echipată cu baterii reîncărcabile;
o unitate de ardere veche (CD/DVD-RW) echipată cu o unitate laser (nu este deloc necesar ca o astfel de unitate să fie în stare de funcționare);
ciocan de lipit;
set de instrumente de lăcătuș.

Astfel, poți realiza un simplu dispozitiv de tăiere cu laser folosind materiale ușor de găsit în atelierul sau garajul tău de acasă.

Procesul de realizare a unui cutter simplu cu laser

Principalul element de lucru tăietor de casă Designul propus este un element laser al unei unități de disc de computer. Ar trebui să alegeți un model de unitate de scriere deoarece laserul din astfel de dispozitive are o putere mai mare, ceea ce vă permite să ardeți urme pe suprafața discului instalat în ele. Designul unității de disc de tip citire conține, de asemenea, un emițător laser, dar puterea acestuia, folosită doar pentru a ilumina discul, este scăzută.

Emițătorul laser, care este echipat cu o unitate de disc de înregistrare, este plasat pe un cărucior special care se poate mișca în două direcții. Pentru a scoate emițătorul din cărucior, este necesar să îl eliberați de un număr mare de elemente de fixare și dispozitive detașabile. Acestea trebuie îndepărtate cu mare atenție pentru a nu deteriora elementul laser. Cu exceptia unelte obișnuite, pentru a îndepărta dioda laser roșie (și asta este ceea ce aveți nevoie pentru a echipa un tăietor cu laser de casă), veți avea nevoie de un fier de lipit pentru a elibera cu grijă dioda din îmbinările de lipit existente. Scoaterea emițătorului din scaun, trebuie avut grijă să nu-l supună la solicitări mecanice puternice, care ar putea cauza defectarea acestuia.

Emițătorul, scos din unitatea computerului de scriere, trebuie instalat în locul LED-ului care a fost echipat inițial cu indicatorul laser. Pentru a efectua această procedură, indicatorul laser trebuie dezasamblat, împărțindu-și corpul în două părți. În partea de sus a acestora există un LED, care ar trebui să fie îndepărtat și înlocuit cu un emițător laser de pe o unitate de disc a computerului. Când fixați un astfel de emițător în corpul indicatorului, puteți utiliza lipici (este important doar să vă asigurați că ochiul emițătorului este situat strict în centrul găurii destinate ieșirii fasciculului).

Tensiunea produsă de sursele de alimentare în indicator laser, nu sunt suficiente pentru a asigura eficacitatea folosirii unui cutter cu laser, de aceea nu este indicat sa le folosesti pentru echiparea unui astfel de dispozitiv. Pentru cel mai simplu tăietor cu laser, bateriile reîncărcabile utilizate într-o lanternă electrică obișnuită sunt potrivite. Astfel, combinând partea inferioară a lanternei, care găzduiește bateriile sale, cu partea superioară a indicatorului laser, unde este deja amplasat emițătorul de pe unitatea computerului de scris, puteți obține un tăietor laser complet funcțional. Când efectuați o astfel de combinație, este foarte important să mențineți polaritatea baterii, care va furniza energie electrică emițătorului.

Înainte de a asambla un tăietor cu laser de mână de casă, cu designul propus, este necesar să îndepărtați sticla instalată în acesta din vârful indicatorului, ceea ce va împiedica trecerea fasciculului laser. În plus, trebuie să verificați din nou conexiunea corectă a emițătorului cu bateriile, precum și cât de precis este localizat ochiul său în raport cu orificiul de ieșire al vârfului indicatorului. Odată ce toate elementele structurale sunt bine conectate între ele, puteți începe să utilizați dispozitivul de tăiere.

Desigur, cu un astfel de laser de putere redusă nu va fi posibil să tăiați o foaie de metal, nu este potrivit pentru prelucrarea lemnului, dar este potrivit pentru rezolvarea unor sarcini simple legate de tăierea cartonului sau a foilor subțiri de polimer.

Folosind algoritmul descris mai sus, este posibil să se producă un cutter laser mai puternic, îmbunătățind ușor designul propus. În special, un astfel de dispozitiv trebuie să fie echipat suplimentar cu elemente precum:

condensatoare a căror capacitate este de 100 pF și 100 mF;
rezistențe cu parametri 2–5 Ohmi;
colimator - un dispozitiv care este folosit pentru a colecta razele de lumină care trec prin el într-un fascicul îngust;
Lanterna LED cu corp din otel.

Condensatorii și rezistențele în proiectarea unui astfel de tăietor cu laser sunt necesare pentru a crea un driver prin care energia electrică va curge de la baterii la emițătorul laser. Dacă nu utilizați un driver și aplicați curent direct la emițător, acesta din urmă poate eșua imediat. În ciuda mai multor de mare putere, o astfel de mașină cu laser pentru tăierea placajului, plasticului gros și în special a metalului nu va funcționa.

Cum să faci un dispozitiv mai puternic

Meșterii de acasă sunt adesea interesați de mașini laser mai puternice pe care le pot realiza cu propriile mâini. Este foarte posibil să faceți un laser pentru tăierea placajului cu propriile mâini și chiar un cutter laser pentru metal, dar pentru aceasta trebuie să achiziționați componentele corespunzătoare. În acest caz, este mai bine să vă faceți imediat propria mașină laser, care va avea o funcționalitate decentă și va funcționa în modul automat, controlat de un computer extern.

În funcție de dacă sunteți interesat de bricolaj sau aveți nevoie de un dispozitiv pentru lucrul pe lemn și alte materiale, ar trebui să selectați corect elementul principal al unui astfel de echipament - un emițător laser, a cărui putere poate fi diferită. Natural, taietura cu laser placajul bricolaj este realizat de dispozitiv putere mai mică, iar un laser pentru tăierea metalului trebuie să fie echipat cu un emițător cu o putere de cel puțin 60 W.

Pentru a realiza o mașină cu laser cu drepturi depline, inclusiv pentru tăierea metalului cu propriile mâini, veți avea nevoie de următoarele Consumabile si componente:

controler, care va fi responsabil pentru comunicarea dintre computerul extern și componente electronice dispozitivul în sine, asigurând astfel controlul funcționării acestuia;
placa electronica dotata cu afisaj informativ;
laser (puterea acestuia este selectată în funcție de materialele pentru care va fi folosit cutterul în curs de fabricare);
motoarele pas cu pas, care vor fi responsabile pentru deplasarea desktop-ului dispozitivului în două direcții (motoarele pas cu pas de la imprimante sau DVD playere neutilizate pot fi folosite ca astfel de motoare);
dispozitiv de răcire pentru emițător;
Regulator DC-DC, care va controla cantitatea de tensiune furnizată plăcii electronice a emițătorului;
tranzistoare și plăci electronice pentru controlul motoarelor pas cu pas ale tăietorului;
Întrerupătoare de limită;
scripete pentru instalarea curelelor de distribuție și curelele în sine;
o carcasă, a cărei dimensiune permite plasarea în ea a tuturor elementelor structurii asamblate;
rulmenți cu bile de diferite diametre;
șuruburi, piulițe, șuruburi, legături și cleme;
placi din lemn, din care se va realiza cadrul de lucru al frezei;
tije metalice 10 mm în diametru, care va fi folosit ca elemente de ghidare;
un computer și un cablu USB cu care se va conecta la controlerul tăietorului;
set de instrumente de lăcătuș.

Dacă intenționați să utilizați o mașină laser pentru prelucrarea metalelor, atunci designul acesteia trebuie să fie consolidat pentru a rezista greutății tablei de metal care este prelucrată.

Prezența unui computer și a unui controler în proiectarea unui astfel de dispozitiv îi permite să fie utilizat nu numai ca tăietor cu laser, ci și ca mașină de gravat. Folosind acest echipament, a cărui funcționare este controlată de un special program de calculator, este posibil să se aplice modele și inscripții complexe pe suprafața piesei de prelucrat cu mare precizie și detalii. Programul corespunzător poate fi găsit disponibil gratuit pe Internet.

Prin design, mașina cu laser, pe care o puteți realiza singur, este un dispozitiv de tip navetă. Elementele sale de mișcare și de ghidare sunt responsabile pentru deplasarea capului de lucru de-a lungul axelor X și Y. Axa Z este adâncimea la care este tăiat materialul prelucrat. Pentru mutarea capului de lucru al unui tăietor cu laser din designul prezentat, așa cum s-a menționat mai sus, sunt responsabile motoarele pas cu pas, care sunt fixate pe părțile staționare ale cadrului dispozitivului și conectate la elementele mobile cu ajutorul curelelor dințate.

Cărucior mobil tăiat de casă

Suport glisant Cap cu laser si radiator Ansamblu carucior

Nu este un secret pentru nimeni că fiecare dintre noi în copilărie și-a dorit să aibă un astfel de dispozitiv precum o mașină laser care să poată tăia garnituri metaliceși arde prin pereți. ÎN lumea modernă acest vis se poate realiza cu ușurință, deoarece acum este posibil să construiți un laser cu capacitatea de a tăia diverse materiale.

Desigur, acasă este imposibil să faci o mașină laser atât de puternică încât să taie prin fier sau lemn. Dar cu ajutorul dispozitiv de casă Poate tăia hârtie, etanșare din polietilenă sau plastic subțire.

Folosind un dispozitiv laser, puteți arde diverse modele pe foi de placaj sau lemn. Poate fi folosit pentru a ilumina obiecte situate în zone îndepărtate. Domeniul de aplicare al acestuia poate fi atât distractiv, cât și util în construcții și munca de instalare, ca să nu mai vorbim de implementare potenţial creativîn domeniul gravurii pe lemn sau plexiglas.

Taiere cu laser

Instrumente și accesorii de care veți avea nevoie pentru a vă crea propriul laser:

Figura 1. Schema circuitului LED laser.

unitate DVD-RW defectă cu o diodă laser funcțională;
pointer laser sau colimator portabil;
fier de lipit și fire mici;
Rezistor de 1 Ohm (2 buc.);
condensatoare 0,1 µF și 100 µF;
baterii AAA (3 buc.);
unelte mici, cum ar fi o șurubelniță, un cuțit și o pila.

Aceste materiale vor fi destul de suficiente pentru lucrările viitoare.

Deci, pentru un dispozitiv laser, în primul rând, trebuie să selectați o unitate DVD-RW cu o defecțiune mecanică, deoarece diodele optice trebuie să fie în stare bună. Dacă nu aveți un drive uzat, va trebui să îl cumpărați de la oameni care îl vând pentru piese de schimb.

La cumpărare, rețineți că majoritatea unităților de la producătorul Samsung sunt nepotrivite pentru fabricarea laserelor de tăiere. Cert este că această companie produce unități DVD cu diode care nu sunt protejate de influențele externe. Lipsa unei carcase speciale înseamnă că dioda laser este supusă stresului termic și contaminării. Poate fi deteriorat cu o atingere ușoară a mâinii.

Figura 2. Laser de pe o unitate DVD-RW.

Cea mai bună opțiune pentru un laser ar fi o unitate de la producătorul LG. Fiecare model este echipat cu un cristal cu diferite grade de putere. Acest indicator este determinat de viteza de scriere a DVD-urilor cu două straturi. Este extrem de important ca unitatea să fie o unitate de înregistrare, deoarece conține un emițător de infraroșu, care este necesar pentru a face un laser. Unul obișnuit nu va funcționa, deoarece este destinat doar citirii informațiilor.

DVD-RW cu o viteză de înregistrare de 16X este echipat cu un cristal roșu cu o putere de 180-200 mW. Unitatea de viteză 20X conține o diodă de 250-270 mW. Dispozitivele de înregistrare de mare viteză de tip 22X sunt echipate cu optică laser, a cărei putere ajunge la 300 mW.

Reveniți la cuprins

Dezasamblarea unității DVD-RW

Acest proces trebuie făcut cu mare grijă, deoarece părțile interne sunt fragile și pot fi ușor deteriorate. După ce ați demontat carcasa, veți observa imediat piesa necesară; arată ca o mică bucată de sticlă situată în interiorul căruciorului mobil. Baza sa trebuie îndepărtată, este prezentată în Fig. 1. Acest element conține o lentilă optică și două diode.

În această etapă, ar trebui să avertizați imediat că fasciculul laser este extrem de periculos pentru vederea umană.

Dacă lovește direct lentila, afectează terminațiile nervoase și persoana poate rămâne oarbă.

Raza laser este orbitoare chiar și la o distanță de 100 m, așa că este important să urmăriți unde îl îndreptați. Amintiți-vă că sunteți responsabil pentru sănătatea celorlalți în timp ce un astfel de dispozitiv este în mâinile dumneavoastră!

Figura 3. Cipul LM-317.

Înainte de a începe, trebuie să știți că dioda laser poate fi deteriorată nu numai prin manipulare neglijentă, ci și prin supratensiuni. Acest lucru se poate întâmpla în câteva secunde, motiv pentru care diodele funcționează pe baza unei surse constante de electricitate. Când tensiunea crește, LED-ul din dispozitiv depășește standardul său de luminozitate, drept urmare rezonatorul este distrus. Astfel, dioda își pierde capacitatea de încălzire, devine o lanternă obișnuită.

Cristalul este, de asemenea, afectat de temperatura din jurul lui; pe măsură ce scade, performanța laserului crește la o tensiune constantă. Dacă depășește norma standard, rezonatorul este distrus după un principiu similar. Mai rar, dioda este deteriorată de schimbări bruște, care sunt cauzate de pornirea și oprirea frecventă a dispozitivului pe o perioadă scurtă.

După îndepărtarea cristalului, trebuie să-i legați imediat capetele cu fire expuse. Acest lucru este necesar pentru a crea o conexiune între ieșirile sale de tensiune. La aceste ieșiri trebuie să lipiți un condensator mic de 0,1 µF cu polaritate negativă și 100 µF cu polaritate pozitivă. După această procedură, puteți îndepărta firele înfășurate. Acest lucru va ajuta la protejarea diodei laser de tranzitorii și electricitatea statică.

Reveniți la cuprins

Nutriție

Înainte de a crea o baterie pentru diodă, este necesar să țineți cont de faptul că aceasta trebuie alimentată de la 3V și consumă până la 200-400 mA, în funcție de viteza dispozitivului de înregistrare. Ar trebui să evitați conectarea cristalului direct la baterii, deoarece aceasta nu este o lampă simplă. Se poate deteriora chiar și sub influența bateriilor obișnuite. Dioda laser este un element autonom care este alimentat cu electricitate printr-un rezistor de reglare.

Sistemul de alimentare poate fi configurat în trei moduri, cu diferite grade de complexitate. Fiecare dintre ele necesită reîncărcare de la o sursă de tensiune constantă (baterii).

Prima metodă implică reglarea electrică cu ajutorul unui rezistor. Rezistență internă Dispozitivul este măsurat prin detectarea tensiunii pe măsură ce trece prin diodă. Pentru unitățile cu o viteză de scriere de 16X, 200 mA va fi suficient. Dacă acest indicator crește, există șansa de a deteriora cristalul, așa că ar trebui să rămâneți valoare maximă la 300 mA. Se recomandă utilizarea unei baterii de telefon sau baterii AAA ca sursă de alimentare.

Avantajele acestei surse de alimentare sunt simplitatea și fiabilitatea. Printre dezavantaje se numără disconfortul la reîncărcarea regulată a bateriei de pe telefon și dificultatea de a pune bateriile în dispozitiv. În plus, este dificil să se determine momentul potrivit pentru a reîncărca sursa de alimentare.

Figura 4. Cipul LM-2621.

Dacă utilizați trei baterii AA, acest circuit poate fi instalat cu ușurință într-un indicator laser de fabricație chinezească. Design finisat prezentate în Fig. 2, două rezistențe de 1 Ohm în serie și doi condensatori.

Pentru a doua metodă, se folosește cipul LM-317. Această metodă de aranjare a unui sistem de alimentare este mult mai complicată decât cea anterioară; este mai potrivită pentru instalațiile cu laser de tip staționar. Schema se bazează pe fabricarea unui driver special, care este o placă mică. Este conceput pentru a limita curentul electric și a crea puterea necesară.

Circuitul de conectare al microcircuitului LM-317 este prezentat în Fig. 3. Va necesita elemente precum un rezistor variabil de 100 ohmi, 2 rezistențe de 10 ohmi, o diodă din seria 1H4001 și un condensator de 100 μF.

Un driver bazat pe această schemă acceptă putere electrica(7V) indiferent de sursa de alimentare și temperatura ambiantă. În ciuda complexității dispozitivului, acest circuit este considerat cel mai simplu pentru asamblarea acasă.

A treia metodă este cea mai portabilă, ceea ce o face cea mai preferată dintre toate. Furnizează energie de la două baterii AAA, menținând un nivel constant de tensiune furnizat diodei laser. Sistemul menține puterea chiar și atunci când nivelul bateriei este scăzut.

Când bateria este complet descărcată, circuitul va înceta să funcționeze și o tensiune mică va trece prin diodă, care se va caracteriza printr-o strălucire slabă a fasciculului laser. Acest tip de alimentare este cel mai economic, factorul său de eficiență este de 90%.

Pentru a implementa un astfel de sistem de alimentare, veți avea nevoie de un microcircuit LM-2621, care este găzduit într-un pachet de 3x3 mm. Prin urmare, este posibil să întâmpinați anumite dificultăți în perioada de lipire a pieselor. Dimensiunea finală a plăcii depinde de abilitățile și dexteritatea dvs., deoarece piesele pot fi așezate chiar și pe o placă de 2x2 cm. Placa finită este prezentată în Fig. 4.

Choke-ul poate fi luat de la o sursă de alimentare obișnuită pentru un computer desktop. Un fir cu o secțiune transversală de 0,5 mm este înfășurat pe acesta cu un număr de spire de până la 15 spire, așa cum se arată în figură. Diametrul clapetei de accelerație din interior va fi de 2,5 mm.

Pentru placă este potrivită orice diodă Schottky cu o valoare de 3 A. De exemplu, 1N5821, SB360, SR360 și MBRS340T3. Puterea furnizată diodei este reglată de un rezistor. În timpul procesului de configurare, se recomandă conectarea acestuia la un rezistor variabil de 100 Ohm. Când testați funcționalitatea, cel mai bine este să utilizați o diodă laser uzată sau nedorită. Indicatorul curent de putere rămâne același ca în diagrama anterioară.

Odată ce ați găsit metoda cea mai potrivită, o puteți actualiza dacă aveți abilitățile necesare pentru a face acest lucru. Dioda laser trebuie plasată pe un radiator miniatural, astfel încât să nu se supraîncălzească atunci când tensiunea crește. După finalizarea asamblarii sistemului de alimentare, trebuie să aveți grijă de instalarea sticlei optice.

Secțiuni