Ce se poate face cu un laser. Facem un laser puternic de ardere dintr-o unitate DVD cu propriile noastre mâini

Astăzi vom vorbi despre cum să-ți faci propriul laser puternic verde sau albastru acasă din materiale improvizate cu propriile mâini. Vom lua în considerare, de asemenea, desene, diagrame și dispozitivul 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 unui laser se bazează pe fenomenul de radiații stimulate (induse). Radiația laser poate fi continuă, cu o 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 emisie. În acest caz, fotonul emis este coerent cu fotonul care a provocat radiația, adică este copia sa exactă. Așa este amplificată lumina. Acest fenomen diferă de emisia spontană, în care fotonii emiși au direcții aleatorii de propagare, polarizare și fază.
Probabilitatea ca un foton aleator să provoace emisia stimulată a unui 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 starea de echilibru, această condiție nu este îndeplinită, prin urmare, se folosesc diverse sisteme de pompare a mediului activ laser (optic, electric, chimic etc.). În unele scheme, elementul de lucru al laserului este utilizat ca amplificator optic pentru radiația dintr-o altă sursă.

Nu există flux de fotoni externi într-un generator cuantic, populația inversă este creată în interiorul acestuia cu ajutorul lui diverse surse pompare. În funcție de surse, 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 în vid a unui semiconductor pur de către un flux de electroni);
termică (încălzirea gazului cu răcirea sa rapidă ulterioară;
chimică (utilizarea energiei reacții chimice) și alții.

Sursa primară de generare este procesul de emisie spontană, prin urmare, pentru a asigura continuitatea generațiilor de fotoni, este necesar să existe un feedback pozitiv, datorită căruia fotonii emiși provoacă acte ulterioare de emisie stimulată. Pentru a face acest lucru, mediul activ laser este plasat într-un rezonator optic. În cel mai simplu caz, este format din două oglinzi, dintre care una este translucidă - fasciculul laser iese parțial din rezonator prin el.

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 oprirea și pornirea rapidă a feedback-ului și, prin urmare, reducerea perioadei pulsului, este posibil să se creeze condiții pentru generarea de radiații de foarte mare putere - acestea sunt așa-numitele impulsuri gigantice. Acest mod de operare cu laser se numește modul Q-switched.
Raza laser este un fascicul de lumină coerent, monocrom, polarizat. Într-un cuvânt, acesta este un fascicul de lumină emis nu numai de surse sincrone, ci și într-un interval foarte îngust și direcționat. Un fel de flux luminos extrem de concentrat.

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

Ce fluid de lucru este utilizat în laser depinde de lungimea de undă de lucru, precum și de alte proprietăți. Corpul de lucru este „pompat” cu energie pentru a obține efectul inversării populației de electroni, care determină emisia stimulată de fotoni și efectul de amplificare optică. Cea mai simplă formă a unui rezonator optic sunt două oglinzi paralele (pot fi, de asemenea, patru sau mai multe) situate în jurul corpului de lucru al laserului. Radiația stimulată a corpului de lucru este reflectată înapoi de oglinzi și din nou amplificată. Până în momentul ieșirii în exterior, valul poate fi reflectat de mai multe ori.

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

aveți nevoie de o substanță de lucru cu o populație inversă. Abia atunci se poate obține amplificarea luminii datorită tranzițiilor 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 valoarea de prag, care depinde de coeficientul de reflexie al oglinzii de ieșire.

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

Lichid. Este folosit ca fluid de lucru, de exemplu, în laserele colorante. Compoziția include solvent organic(metanol, etanol sau etilen glicol) în care sunt dizolvate 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 în laserele cu heliu-neon. „Pomparea” energiei acestor lasere se realizează cel mai adesea cu ajutorul descărcărilor electrice.
Solide (cristale și pahare). Materialul solid al unor astfel de corpuri de lucru este activat (aliat) prin adăugarea unei cantități mici de ioni de crom, neodim, erbiu sau titan. Următoarele cristale sunt utilizate în mod obișnuit: granat de ytriu aluminiu, fluorură de ytriu litiu, safir (oxid de aluminiu) și sticla silicata. Laserele cu stare solidă sunt de obicei „pompate” cu 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, „pompate” soc electric, permițându-le să fie utilizate în dispozitive de consum, cum ar fi CD playere.

Pentru a transforma amplificatorul într-un generator, trebuie să organizați feedback-ul. La lasere, se realizează prin plasarea substanței active între suprafețe reflectorizante (oglinzi), care formează așa-numitul „rezonator deschis” datorită faptului că o parte din energia emisă de substanța activă este reflectată de oglinzi și din nou se întoarce. la substanta activa

Laserul folosește cavități optice de diferite tipuri - cu oglinzi plate, sferice, combinații de plan și sferic etc. În cavitățile optice care furnizează feedback în Laser, numai anumite tipuri de oscilații pot fi excitate câmp electromagnetic, care se numesc oscilații naturale sau moduri ale rezonatorului.

Modurile sunt caracterizate prin frecvență și formă, adică prin distribuția spațială a oscilațiilor. 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 - și îndeplinește, de asemenea, în laser rolul pe care îl joacă un circuit oscilator în generatoarele convenționale de joasă frecvență.

Utilizarea unui rezonator deschis (mai degrabă decât 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 făcută, iar pentru L >> ? un rezonator închis își pierde proprietățile rezonante pe măsură ce numărul de moduri posibile de oscilație 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 într-un unghi față de axa rezonatorului depășesc rapid limitele acesteia și face posibilă păstrarea proprietăților rezonante ale rezonatorului la L >> ?. Cu toate acestea, rezonatorul din laser nu numai că oferă feedback prin returnarea radiației reflectate de oglinzi la substanța activă, dar determină și spectrul radiației laser, caracteristicile energetice ale acestuia și directivitatea radiației.
În cea mai simplă aproximare a unei unde plane, condiția de 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 frecvenţa de tip oscilaţie cu indicele q: ?q=q(C/2L). Ca urmare, spectrul de emisie al lui L., de regulă, este un set de linii spectrale înguste, intervalele dintre care sunt aceleași 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 regim de generare monomod. Lățimea spectrală a fiecăreia dintre 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 mediul de lucru (este determinat de lățimea și forma liniei mediului de lucru) și setul de frecvențe naturale ale rezonatorului deschis. Pentru rezonatoarele deschise cu un factor de înaltă calitate utilizate în lasere, lățimea de bandă a cavității ??p, care determină lățimea curbelor de rezonanță ale modurilor individuale, și chiar distanța dintre modurile învecinate ??h, se dovedește a fi mai mică decât câștigul. lățime de linie ??h, și chiar și în laserele cu gaz, unde lărgirea liniei este minimă. Prin urmare, mai multe tipuri de oscilații rezonatoare cad în circuitul de amplificare.

Astfel, laserul nu generează neapărat la o singură frecvență; mai des, dimpotrivă, generarea are loc simultan la mai multe tipuri de oscilații, pentru ce câștig? mai multe pierderiîn rezonator. Pentru ca laserul să funcționeze la o singură frecvență (mod 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 amplificare. 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, este necesar să se stabilizeze rezonatorul pentru a menține stabilă frecvența de generare. 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 este o emisie spontană în lasere.
Pentru ca mediul activ să emită lumină monocromatică coerentă, este necesar să se introducă feedback, adică o parte din radiația emisă de acest mediu. flux luminos trimis înapoi în mediu pentru emisie stimulată. Pozitiv Părere realizat cu ajutorul rezonatoarelor optice, care în versiunea elementară sunt două oglinzi coaxiale (paralele și de-a lungul aceleiași axe) situate, dintre care una este translucidă, iar cealaltă este „surdă”, adică reflectă complet fluxul de lumină. Substanța de lucru (mediul activ), în care se creează populația 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 semitransparentă, 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 din 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 de lumină, se află în starea fundamentală, adică la nivelul energetic 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, numărul principal de particule intră într-o stare excitată (numărul de cearcăne a crescut) și se creează o populație inversă. În plus (Fig. 2c), are loc emisia spontană a unor particule într-o stare excitată electronic. Radiația îndreptată într-un unghi față de axa rezonatorului va părăsi substanța de lucru și rezonatorul. Radiația care este direcționată de-a lungul axei rezonatorului se va apropia suprafata oglinzii.

La o oglindă translucidă, o parte din radiație va trece prin ea mediu inconjurator, iar o parte din acesta va fi reflectată și din nou direcționată către substanța de lucru, implicând particule în stare excitată în procesul de emisie stimulată.

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

Principal 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, în plus, un simplu schema circuitului dispozitiv, care este prezentat în fig. 3.

Excepție fac laserele cu semiconductori datorită specificității lor, deoarece au totul special: fizica proceselor, metodele de pompare și designul. Semiconductorii sunt formațiuni cristaline. Într-un atom separat, energia unui electron ia valori discrete strict definite și, prin urmare, stările de energie ale unui electron dintr-un atom sunt descrise în termeni de niveluri. 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 band gap. La o temperatură a semiconductorului egală cu zero absolut, banda de valență trebuie să fie complet umplută cu electroni, iar banda de conducere trebuie să fie goală. LA conditii reale temperatura este mereu mai mare 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, în banda de conducție apare un anumit număr (relativ mic) de electroni, iar numărul corespunzător de electroni va lipsi din banda de valență până când aceasta este complet umplută. 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 ca procesul 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 oarecum banda interzisă, într-un cristal semiconductor pot apărea trei tipuri de interacțiune a luminii cu o substanță: 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 o tranziție la 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 unui semiconductor va fi nașterea unui foton secundar, identic în 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, în consecință, o concentrație mare de găuri la margine. a benzii de valenţă. În aceste scopuri, laserele cu semiconductor pur utilizează de obicei pomparea cu un fascicul de electroni.

Oglinzile rezonatorului sunt marginile 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 determină încălzirea puternică a acestuia. Acest lucru necesită dispozitive de răcire suplimentare, ceea ce complică proiectarea aparatului și mărește dimensiunile acestuia.

Proprietățile semiconductorilor dopați diferă semnificativ de cele ale semiconductorilor puri, nedopați. Acest lucru se datorează faptului că atomii unor impurități donează cu ușurință unul dintre electronii lor benzii de conducere. 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 nu este departe de marginea inferioară a benzii de conducere, pentru f-conductori este aproape de marginea superioară a benzii de valență.

Dacă se creează o tensiune electrică în această regiune astfel încât să existe un pol pozitiv pe partea semiconductorului p și un pol negativ pe partea semiconductorului p, atunci sub acțiune câmp electric electronii de la n-semiconductor și găurile de la n-semiconductor se vor deplasa (injecta) în regiunea joncțiunii p-n.

În timpul recombinării electronilor și a găurilor, vor fi emiși fotoni, iar în prezența unui rezonator optic este posibilă generarea de radiații laser.

Oglinzile rezonatorului optic sunt fețele lustruite ale cristalului semiconductor, orientate perpendicular avion p-p- tranziție. Astfel de lasere sunt caracterizate prin miniaturizare, deoarece dimensiunile elementului activ semiconductor pot fi de aproximativ 1 mm.

În funcție de caracteristica luată în considerare, toate laserele sunt subdivizate 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, iar la ieșire este amplificată în mod corespunzător. Nu există radiații externe în generatoare; aceasta apare în substanța de lucru datorită excitării sale cu ajutorul diferitelor surse de pompă. Toate dispozitivele laser medicale sunt generatoare.

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-fosfură-galiu, seleniură-plumb etc.).

Metoda de excitare a substanței de lucru este a treia semn distinctiv lasere. În funcție de sursa de excitație, există lasere cu pompare optică, cu pompare prin descărcare de gaz, excitare electronică, injecție cu purtător de sarcină, cu pompare termică, chimică și altele.

Spectrul de emisie al laserului este următorul semn de clasificare. Dacă radiația este concentrată într-un interval îngust de lungimi de undă, atunci se obișnuiește să se considere laserul ca fiind monocromatic și o anumită lungime de undă este indicată în datele sale tehnice; dacă este într-o gamă largă, atunci laserul ar trebui să fie considerat bandă largă și ar trebui să fie indicat intervalul de lungimi de undă.

După natura energiei emise, se disting laserele pulsate și laserele cu undă continuă. Conceptele de laser pulsat și laser cu modularea în frecvență a radiației continue nu trebuie confundate, deoarece în al doilea caz obținem, de fapt, radiații discontinue de diferite frecvențe. Laserele cu impulsuri au o putere mare într-un singur impuls, ajungând la 10 W, în timp ce puterea lor medie a impulsurilor, determinată de formulele corespunzătoare, este relativ scăzută. Pentru laserele cw cu modulație de frecvență, puterea în așa-numitul impuls este mai mică decât puterea radiației continue.

În funcție de puterea medie a radiației de ieșire (următoarea caracteristică de clasificare), laserele sunt împărțite în:

de înaltă energie (putere de radiație cu densitate de flux creată pe suprafața unui obiect sau a unui obiect biologic - mai mult de 10 W/cm2);

energie medie (putere de radiație cu densitate de flux creată - de la 0,4 la 10 W / cm2);

cu energie scăzută (putere de radiație cu densitate de flux creată - mai puțin de 0,4 W/cm2).

Soft (expunerea la energie creată - E sau densitatea fluxului de putere pe suprafața iradiată - până la 4 mW/cm2);

medie (E - de la 4 la 30 mW / cm2);

greu (E - mai mult de 30 mW / cm2).

În conformitate cu " Standarde sanitareși regulile 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 sunt dispozitive tehnice, a cărei radiație de ieșire colimată (conținută într-un unghi solid limitat) nu reprezintă un pericol atunci când este iradiată pentru ochii și pielea unei persoane.

Laserele din clasa a doua sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire sunt periculoase atunci când sunt expuse ochilor prin radiații directe și reflectate specular.

Laserele din clasa a treia sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire sunt periculoase atunci când ochii sunt expuși la radiații directe și reflectate specular, precum și la radiații reflectate difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizant difuz și (sau) atunci când pielea este expusă. la radiația directă și reflectată specular.

Laserele din clasa 4 sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire sunt periculoase atunci când pielea este expusă la radiații reflectate difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizant difuz.

Realizarea unui laser puternic de ardere cu propriile mâini este o sarcină simplă, cu toate acestea, pe lângă capacitatea de a utiliza un fier de lipit, va fi necesară îngrijirea și acuratețea abordării. Trebuie remarcat imediat că aici nu sunt necesare cunoștințe profunde de inginerie electrică și puteți face un dispozitiv chiar și acasă. Principalul lucru în timpul lucrului este respectarea măsurilor de siguranță, deoarece expunerea la un fascicul laser dăunează ochilor și pielii.

Laserul este o jucărie periculoasă care poate fi dăunătoare sănătății dacă este folosită cu neatenție. Nu îndreptați laserul spre oameni sau animale!

Ce va fi necesar?

Orice laser poate fi împărțit în mai multe componente:

• emițător de flux luminos;
• optica;
• sursă de putere;
• stabilizator de putere curent (driver).

Pentru a face puternic laser de casă, este necesar să se ia în considerare toate aceste componente separat. Cel mai practic și ușor de asamblat este un laser bazat pe o diodă laser și îl vom lua în considerare în acest articol.

De unde pot obține o diodă pentru un laser?

Corpul de lucru al oricărui laser este o diodă laser. Îl puteți cumpăra de la aproape orice magazin de radio sau îl puteți obține de pe o unitate CD care nu funcționează. Faptul este că inoperabilitatea unității este rareori asociată cu defecțiunea diodei laser. Având la dispoziție o unitate spartă, o puteți obține fără costuri suplimentare elementul dorit. Dar trebuie să țineți cont de faptul că tipul și proprietățile sale depind de modificarea unității.

Cel mai slab laser care funcționează în domeniul infraroșu este instalat în unitățile CD-ROM. Puterea sa este suficientă doar pentru a citi CD-uri, iar fasciculul este aproape invizibil și nu poate arde prin obiecte. Mai mult decât laser puternic o diodă potrivită pentru ardere și proiectată pentru aceeași lungime de undă. Este considerată cea mai periculoasă, deoarece emite un fascicul în spectru invizibil pentru ochi.

Unitatea DVD-ROM este echipată cu două diode laser slabe, care au suficientă energie doar pentru a citi CD-uri și DVD-uri. Inscriptorul DVD-RW are un laser roșu de mare putere. Fasciculul său este vizibil în orice lumină și poate aprinde cu ușurință unele obiecte.

BD-ROM-ul are un laser violet sau albastru, care este similar ca parametri cu omologul DVD-ROM. De la scriitoarele BD-RE puteți obține cea mai puternică diodă laser cu un fascicul frumos violet sau albastru care poate arde. Cu toate acestea, este destul de dificil să găsești o astfel de unitate pentru dezasamblare și dispozitiv de lucru costa scump.

Cea mai potrivită este o diodă laser luată de pe un inscriptor de discuri DVD-RW. Diodele laser de cea mai înaltă calitate sunt instalate în unitățile LG, Sony și Samsung.

Cu cât viteza este mai mare înregistrare DVD drive, cu atât mai puternică este instalată dioda laser în ea.

Demontarea unității

Cu unitatea în fața lor, primul lucru pe care trebuie să-l faceți este să îndepărtați capacul superior prin deșurubarea a 4 șuruburi. Apoi, mecanismul mobil este îndepărtat, care este situat în centru și este conectat la placă de circuit imprimat buclă flexibilă. Următoarea țintă este o diodă laser presată în mod fiabil într-un radiator din aluminiu sau aliaj de duraluminiu. Înainte de a-l demonta, se recomandă asigurarea protecției împotriva electricității statice. Pentru a face acest lucru, cablurile diodei laser sunt lipite sau înfășurate cu un fir subțire de cupru.

În plus, sunt posibile două opțiuni. Primul implică funcționarea laserului finit sub forma unei instalații staționare împreună cu un radiator standard. A doua opțiune este asamblarea dispozitivului în corpul unei lanterne portabile sau al unui indicator laser. În acest caz, va trebui să aplicați forță pentru a mușca sau tăia radiatorul fără a deteriora elementul radiant.

Conducător auto

Alimentarea laserului trebuie luată în mod responsabil. Ca și în cazul LED-urilor, aceasta trebuie să fie o sursă de curent constant. Există multe circuite pe Internet care sunt alimentate de o baterie sau baterie printr-un rezistor de limitare. Suficiența unei astfel de soluții este îndoielnică, deoarece tensiunea bateriei sau bateriei variază în funcție de nivelul de încărcare. În consecință, curentul care curge prin dioda emițătoare laser se va abate foarte mult de la valoarea nominală. Ca urmare, dispozitivul nu va funcționa eficient la curenți scăzuti, iar la curenți mari va duce la o scădere rapidă a intensității radiației sale.

Cea mai bună opțiune este să utilizați cel mai simplu stabilizator de curent construit pe bază. Acest microcircuit aparține categoriei de stabilizatori universali integrati cu capacitatea de a seta independent curentul și tensiunea la ieșire. Microcircuitul funcționează într-o gamă largă de tensiuni de intrare: de la 3 la 40 volți.

Analogul LM317 este microcircuit casnic KR142EN12.

Pentru primul experiment de laborator, schema de mai jos este potrivită. Calculul singurului rezistor din circuit se efectuează după formula: R = I / 1,25, unde I este curentul laser nominal (valoarea de referință).

Uneori, la ieșirea stabilizatorului, în paralel cu dioda sunt instalate un condensator polar de 2200 uFx16 V și un condensator nepolar de 0,1 uF. Participarea lor este justificată în cazul alimentării cu tensiune la intrare de la o sursă de alimentare staționară, care poate lipsi o componentă variabilă nesemnificativă și zgomot de impuls. Unul dintre aceste circuite, conceput pentru a fi alimentat de o baterie Krona sau de o baterie mică, este prezentat mai jos.

Diagrama arată valoarea aproximativă a rezistenței R1. Pentru calculul său exact, trebuie să utilizați formula de mai sus.

După ce a adunat schema de conexiuni, puteți face o includere preliminară și, ca dovadă a performanței circuitului, observați lumina împrăștiată de culoare roșie strălucitoare a diodei emițătoare. După măsurarea curentului real și a temperaturii carcasei, merită să ne gândim la necesitatea instalării unui radiator. Dacă laserul urmează să fie utilizat în instalație staționară pe curenți mari perioadă lungă de timp, atunci este necesar să se asigure o răcire pasivă. Acum, pentru a atinge obiectivul, a mai rămas foarte puțin: să te concentrezi și să obții un fascicul îngust de mare putere.

Optica

În termeni științifici, este timpul să construim un colimator simplu, un dispozitiv pentru obținerea de fascicule de fascicule de lumină paralele. Opțiunea idealăîn acest scop va exista o lentilă standard luată din unitate. Cu ajutorul lui, puteți obține un fascicul laser destul de subțire, cu un diametru de aproximativ 1 mm. Cantitatea de energie a unui astfel de fascicul este suficientă pentru a arde prin hârtie, țesătură și carton în câteva secunde, pentru a topi plasticul și a arde lemnul. Dacă focalizați un fascicul mai subțire, atunci acest laser poate tăia placaj și plexiglas. Dar este destul de dificil să reglați și să fixați în siguranță lentila de pe unitate din cauza distanței focale mici.

Este mult mai ușor să construiești un colimator bazat pe un pointer laser. In plus, in carcasa acestuia pot fi puse un driver si o baterie mica. Ieșirea va fi un fascicul cu un diametru de aproximativ 1,5 mm cu un efect de ardere mai mic. Pe vreme de ceață sau cu ninsori abundente, se pot observa efecte incredibile de iluminare prin direcționarea fluxului de lumină către cer.

Prin magazinul online puteti achizitiona un colimator gata facut, special conceput pentru montarea si reglarea laserului. Corpul său va servi drept radiator. Cunoscând dimensiunea tuturor părțile constitutive dispozitive, puteți cumpăra o lanternă LED ieftină și puteți folosi corpul acesteia.

În concluzie, aș dori să adaug câteva fraze despre pericolele radiațiilor laser. În primul rând, nu îndreptați niciodată raza laser în ochii oamenilor sau animalelor. Acest lucru duce la deficiențe vizuale severe. În al doilea rând, purtați ochelari verzi în timp ce experimentați cu laserul roșu. Ele împiedică trecerea majorității componentei roșii a spectrului. Cantitatea de lumină care trece prin ochelari depinde de lungimea de undă a radiației. Privește fasciculul laser din lateral fără echipament de protectie permis doar pentru scurt timp. LA in caz contrar poate exista durere în ochi.

Citeste si

Acest articol va discuta cum să faci un laser puternic din unitate DVD. Dar mai întâi, puțină teorie.

Ce este un laser?

Un laser este o sursă de lumină cu proprietăți care diferă puternic de toate celelalte surse (lămpi cu incandescență, lămpi fluorescente, flăcări, lumini naturale și așa mai departe). Raza laser are o serie de proprietăți remarcabile. Se propagă pe distanțe mari și are o direcție strict rectilinie. Fasciculul se deplasează într-un fascicul foarte îngust, cu un grad mic de divergență (ajunge pe Lună cu un focus de sute de metri). Raza laser are o căldură mare și poate face o gaură în orice material. Intensitatea luminii a fasciculului este mai mare decât intensitatea celor mai puternice surse de lumină.

Acum să trecem la practică. Pentru a asambla laserul, avem nevoie de:

1. Fier de lipit și alte unelte
2. Unitate de scriitor DVD sau CD. (cu DVD va fi mai multă putere)

Pentru a determina arzătorul sau nu, trebuie să vă uitați la numele acestuia, care se află pe capacul superior, pe autocolant. Dacă scrie DVD-RW sau CD-RW, atunci aveți o unitate de inscripționare, dacă scrie DVD-R sau CD-R, unitatea este doar pentru citire.

Dezasamblam cu grijă unitatea și găsim în ea ceea ce avem nevoie, și anume capul laser. Este pe un vagon mobil. Evidențiat cu roșu în fotografie.

Pentru a obține capul laser, trebuie să scoatem căruciorul. Pentru a face acest lucru, deșurubați cele două șuruburi, care sunt marcate cu săgeți în fotografie.

După îndepărtarea căruciorului, trebuie să lipiți picioarele împreună la capul laser, astfel încât să nu se ardă de electricitatea statică. Le-am scurtcircuitat cu o bucată de sârmă subțire de cupru.

Schema de conectare LD

Emițătorul laser nu poate fi conectat direct la sursa de alimentare, deoarece are nevoie de un curent stabilizat constant. Pentru a face acest lucru, vom asambla un mic circuit pe stabilizatorul LM317. Iată schema în sine:

Rezistența poate fi utilizată pe culoar de la 6,2 la 6,8 ohmi. Nu este de dorit să furnizați curent peste 250 mA capului laser, așa că dacă aplicați rezistență în acest interval, veți fi bine. Dacă nu găsiți rezistența potrivită, utilizați mai multe rezistențe conectate în serie sau în paralel. Ieșirea negativă a laserului este conectată direct la minusul sursei de alimentare, iar ieșirea pozitivă prin acest circuit. Puterea diodei laser este de 260-270 mV, adică este de dorit să folosiți un radiator suplimentar.

Tensiunea de alimentare este de 3,7 V, de exemplu, poate fi alimentată de o baterie cu litiu de la un telefon.

Acum, dacă porniți circuitul, veți vedea că dioda laser pur și simplu strălucește ca un LED obișnuit. Trebuie concentrat. Pentru a face acest lucru, să revenim la rămășițele unității. Trebuie să scoatem lentila.

De asemenea, dacă aveți un pointer laser chinezesc, puteți lua optica de pe acesta. Exact asta am făcut. Iată ce s-a întâmplat până la urmă.

Fiecare dintre noi a ținut indicator laser. În ciuda caracterului decorativ al aplicației, acesta conține un laser adevărat, asamblat pe baza unei diode semiconductoare. Aceleași elemente sunt instalate pe niveluri cu laserși .

Următorul produs popular bazat pe semiconductori este inscripționarea DVD-ului computerului. Are o diodă laser mai puternică, cu putere distructivă termică.

Acest lucru vă permite să inscripționați un strat de disc, punând piese cu informații digitale pe acesta.

Cum funcționează un laser cu semiconductor?

Dispozitive acest tip ieftin de fabricat, designul este destul de masiv. Principiul diodelor laser (semiconductoare) se bazează pe utilizare p-n clasic tranziție. O astfel de tranziție funcționează, ca în LED-urile convenționale.

Diferența în organizarea radiațiilor: LED-urile emit „spontan”, iar diodele laser „forțate”.

Principiul general al formării așa-numitei „populații” de radiații cuantice se realizează fără oglinzi. Marginile cristalului sunt desprinse mecanic, oferind efectul de refracție la capete, asemănător unei suprafețe de oglindă.

Pentru obtinerea tipuri variate radiație, poate fi utilizată o „homojuncție”, când ambii semiconductori sunt la fel, sau o „heterojoncțiune”, cu materiale diferite tranziție.


Dioda laser în sine este o componentă radio accesibilă. Îl puteți cumpăra din magazinele care vând componente radio sau îl puteți scoate dintr-o unitate DVD-R (DVD-RW) veche.

Important! Chiar și un simplu laser folosit în indicatori de lumină poate deteriora grav retina.

Mai mult instalatii puternice, cu un fascicul arzând, poate orbi sau provoca arsuri piele. Prin urmare, atunci când lucrați cu astfel de dispozitive, fiți extrem de atenți.

Cu o astfel de diodă la dispoziție, puteți face cu ușurință un laser puternic cu propriile mâini. De fapt, produsul poate fi complet gratuit sau vă va costa bani ridicoli.

Fă-ți un laser de pe o unitate DVD

În primul rând, trebuie să obțineți unitatea în sine. Poate fi scos de pe un computer vechi sau achiziționat de la o piață de vechituri pentru un cost simbolic.

Un tăietor cu laser realizat manual este util în fiecare casă.

Desigur, dispozitiv de casă nu va putea câștiga marea putere pe care o au aparatele de producție, dar totuși se pot obține unele beneficii în viața de zi cu zi din aceasta.

Cel mai interesant lucru de făcut tăietor cu laser Puteți folosi articole vechi inutile.

De exemplu, fă-ți singur dispozitiv laser permite utilizarea unui indicator laser vechi.

Pentru ca procesul de creare a tăietorului să progreseze cât mai repede posibil, este necesar să pregătiți următoarele elemente și instrumente:

• indicator de tip laser;
• lanternă reîncărcabilă;
• un vechi CD / DVD-RW writer, posibil nefuncțional - veți avea nevoie de o unitate cu un laser de la acesta;
• fier de lipit și un set de șurubelnițe.

Procesul de realizare a unui tăietor cu propriile mâini începe cu dezasamblarea unității, de unde trebuie să obțineți dispozitivul.

Extracția trebuie făcută cât mai atent posibil, în timp ce va trebui să aveți răbdare și să aveți grijă. Dispozitivul are multe fire diferite cu aproape aceeași structură.

Atunci când alegeți o unitate DVD, trebuie să luați în considerare că este un scriitor, deoarece această opțiune vă permite să faceți înregistrări folosind un laser.

Înregistrarea se face prin evaporarea unui strat subțire de metal de pe disc.

În procesul de citire, laserul funcționează la jumătate din capacitatea sa tehnică, luminând ușor discul.

În procesul de demontare a dispozitivului de fixare superior, ochiul va cădea asupra căruciorului cu laserul, care se poate mișca în mai multe direcții.

Căruciorul trebuie îndepărtat cu grijă, scoateți cu grijă conectorii și șuruburile.

Apoi puteți trece la îndepărtarea diodei roșii, din cauza căreia discul este ars - acest lucru se poate face cu ușurință cu propriile mâini folosind un fier de lipit electric. Elementul extras nu trebuie scuturat, darămite scăpat.

După ce partea principală a viitorului tăietor este la suprafață, trebuie să faceți un plan atent gândit pentru asamblarea unui tăietor cu laser.

În același timp, este necesar să se țină cont următoarele puncte: cum să plasați cel mai bine dioda, cum să o conectați la o sursă de alimentare, deoarece dioda dispozitivului de scriere necesită mai multă energie electrică decât elementul principal al indicatorului.

Această problemă poate fi rezolvată în mai multe moduri.

A face tăietor manual cu mai mult sau mai putin de mare putere, trebuie să introduceți dioda în indicator și apoi să o schimbați la elementul scos din unitatea DVD.

Prin urmare, indicatorul laser este dezasamblat la fel de atent ca și unitatea de inscripționare DVD.

Obiectul nu este răsucit, apoi corpul său este împărțit în două jumătăți. Imediat la suprafață puteți vedea piesa care trebuie înlocuită cu propriile mâini.

Pentru a face acest lucru, dioda nativă de la indicator este îndepărtată și înlocuită cu atenție cu una mai puternică, aceasta fixare sigură se poate face cu lipici.

Este posibil să nu fie posibilă îndepărtarea imediată a vechiului element de diodă, așa că îl puteți ridica cu atenție cu vârful unui cuțit, apoi scuturați ușor corpul indicatorului.

La următoarea etapă a fabricării unui tăietor cu laser, trebuie să faceți un caz pentru acesta.

O lanternă este utilă în acest scop. baterii reîncărcabile, care va permite tăietorului cu laser să primească energie electrică, să dobândească un aspect estetic și ușurință în utilizare.

Pentru a face acest lucru, este necesar să introduceți o parte superioară modificată a fostului indicator în corpul lanternei cu propriile mâini.

Apoi trebuie să conectați încărcarea la diodă, folosind lampa situată în lanternă. baterie. Este foarte important să stabiliți cu exactitate polaritatea în timpul procesului de conectare.

Înainte de asamblarea lanternei, este necesar să îndepărtați sticla și alte elemente inutile ale indicatorului, care pot interfera cu raza laser.

În etapa finală, tăietorul cu laser este pregătit pentru utilizare.

Pentru un confort făcut singur toate etapele de lucru asupra dispozitivului trebuie respectate cu strictețe.

În acest scop, este necesar să se verifice fiabilitatea fixării tuturor elementelor încorporate, polaritatea corectă și uniformitatea instalației laser.

Deci, dacă toate condițiile de asamblare prezentate mai sus în articol au fost respectate cu exactitate, tăietorul este gata de utilizare.

Dar, deoarece un dispozitiv portabil de casă este dotat cu o putere scăzută, este puțin probabil ca un cutter cu laser cu drepturi depline pentru metal să iasă din el.

Ceea ce un tăietor va putea face în mod ideal este să facă găuri în hârtie sau folie de plastic.

Dar este imposibil să direcționați un dispozitiv laser realizat de dvs. către o persoană, aici puterea sa va fi suficientă pentru a dăuna sănătății corpului.

Cum pot amplifica un laser de casă?

Pentru a face un tăietor cu laser mai puternic pentru prelucrarea metalelor cu propriile mâini, trebuie să utilizați dispozitive din următoarea listă:

• Unitate DVD-RW, nu contează dacă funcționează sau nu;
• 100 pF și mF - condensatoare;
• rezistor 2-5 ohmi;
• 3 buc. baterii reîncărcabile;
• fier de lipit, fire;
• colimator;
• lanternă din oțel pe elemente LED.

Asamblarea unui tăietor cu laser pentru lucru manual are loc conform următoarei scheme.

Cu utilizarea acestor dispozitive, driverul este asamblat, iar ulterior, prin intermediul plăcii, va putea furniza o anumită putere tăietorului cu laser.

În acest caz, în niciun caz sursa de alimentare nu trebuie conectată direct la diodă, deoarece dioda se va arde. De asemenea, trebuie să țineți cont de faptul că dioda nu trebuie alimentată de tensiune, ci de curent.

Un corp echipat cu o lentilă optică este folosit ca colimator, datorită căruia se vor acumula razele.

Această piesă este ușor de găsit într-un magazin special, principalul lucru este că are o canelură pentru instalarea unei diode laser. Prețul acestui dispozitiv este mic, aproximativ 3-7 dolari.

Apropo, laserul este asamblat în același mod ca modelul de tăietor discutat mai sus.

Un fir poate fi folosit și ca produs antistatic; o diodă este înfășurată în jurul lui. După aceea, puteți trece la aspectul dispozitivului driver.

Înainte de a trece la finalizare montaj manual tăietor cu laser, trebuie să verificați performanța șoferului.

Puterea curentului este măsurată folosind un multimetru, pentru aceasta ei iau dioda rămasă și fac măsurători cu propriile mâini.

Ținând cont de viteza curentului, selectați puterea acestuia pentru tăietorul cu laser. De exemplu, în unele versiuni de dispozitive laser, puterea curentului poate fi de 300-350 mA.

Pentru alte modele, mai intensive, este de 500 mA, cu condiția să fie folosit un alt dispozitiv driver.

Pentru a face un laser de casă să arate mai plăcut din punct de vedere estetic și mai convenabil de utilizat, are nevoie de o carcasă, care poate fi folosită ca o lanternă din oțel care funcționează pe LED-uri.

De regulă, dispozitivul menționat este dotat cu Dimensiune compactă care va intra in buzunar. Dar pentru a evita contaminarea lentilei, trebuie să achiziționați sau să coaseți o carcasă cu propriile mâini în avans.

Caracteristici ale tăietorilor cu laser de producție

Nu toată lumea își poate permite prețul unui tăietor cu laser de tip producție pentru metal.

Un astfel de echipament este utilizat pentru prelucrarea și tăierea materialelor metalice.

Principiul de funcționare al unui tăietor cu laser se bazează pe generarea unei radiații puternice de către o unealtă, dotată cu proprietatea de a vaporiza sau de a sufla un strat de metal topit.

Această tehnologie de producție, atunci când lucrați cu tipuri diferite metalul este capabil să ofere calitate superioară a tăia.

Adâncimea de prelucrare a materialului depinde de tipul de mașină cu laser și de caracteristicile materialelor prelucrate.

Astăzi, sunt utilizate trei tipuri de lasere: cu stare solidă, cu fibre și cu gaz.

Dispozitivul emițătorilor în stare solidă se bazează pe utilizarea unor tipuri specifice de sticlă sau cristale ca mediu de lucru.

Aici, ca exemplu, pot fi citate instalațiile low-cost operate pe lasere cu semiconductori.

Fibre - mediul lor activ funcționează prin utilizarea fibrelor optice.

Acest tip de dispozitiv este o modificare a emițătorilor în stare solidă, dar, potrivit experților, laserul cu fibră își înlocuiește cu succes omologii din domeniul prelucrării metalelor.

în care fibre optice sunt baza nu numai a tăietorului, ci și a mașinii de gravat.

Gaz - mediu de lucru dispozitivul laser combină dioxid de carbon, azot și heliu.

Deoarece eficiența emițătorilor luați în considerare nu este mai mare de 20%, aceștia sunt utilizați pentru tăierea și sudarea polimerilor, cauciucului și materiale de sticlă, precum și metal cu un grad ridicat de conductivitate termică.

Aici, ca exemplu, puteți lua un tăietor de metal fabricat de Hans, utilizarea unui dispozitiv laser vă permite să tăiați cupru, alamă și aluminiu, în acest caz, puterea minimă a mașinilor depășește doar omologii săi.

Diagrama de funcționare a unității

Numai un laser de birou poate fi operat de pe unitate, tipul dat dispozitivul este o mașină portal-consolă.

Unitatea laser se poate deplasa de-a lungul șinelor de ghidare ale dispozitivului atât pe verticală, cât și pe orizontală.

Ca o alternativă la dispozitivul portal, a fost realizat un model plat al mecanismului, freza sa se mișcă numai pe orizontală.

Alte opțiunile existente aparatele laser au un desktop echipat cu un mecanism de antrenare și dotat cu capacitatea de a se deplasa în diferite planuri.

Pe acest moment Există două opțiuni pentru controlul mecanismului de antrenare.

Primul asigură mișcarea piesei de prelucrat datorită funcționării mecanismului de antrenare a mesei, sau mișcarea tăietorului este efectuată datorită funcționării laserului.

A doua opțiune implică mișcarea simultană a mesei și a tăietorului.

În același timp, primul model de management este considerat a fi mult mai simplu în comparație cu a doua opțiune. Dar cel de-al doilea model se distinge în continuare prin performanțe ridicate.

General specificație tehnică cazuri luate în considerare este necesitatea introducerii unei unități CNC în dispozitiv, dar apoi prețul pentru asamblarea unui dispozitiv pentru lucru manual va deveni mai mare.