Domáci laser – mýtus alebo realita? Vlastnými rukami vyrábame výkonný napaľovací laser z DVD mechaniky.

Domov

Čerpadlá na studne

Dnes budeme hovoriť o tom, ako si vyrobiť výkonný zelený alebo modrý laser doma zo šrotu vlastnými rukami. Zvážime aj nákresy, schémy a dizajn domácich laserových ukazovátok so zapaľovacím lúčom a dosahom až 20 km

Základom laserového zariadenia je optický kvantový generátor, ktorý pomocou elektrickej, tepelnej, chemickej alebo inej energie vytvára laserový lúč.

Laserová operácia je založená na fenoméne vynúteného (indukovaného) žiarenia. Laserové žiarenie môže byť nepretržité, s konštantným výkonom alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. Podstata javu spočíva v tom, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie, čiže je jeho presnou kópiou. Týmto spôsobom je svetlo zosilnené. Tento jav sa líši od spontánneho žiarenia, pri ktorom majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizáciu a fázu
Pravdepodobnosť, že náhodný fotón spôsobí stimulovanú emisiu z excitovaného atómu, sa presne rovná pravdepodobnosti absorpcie tohto fotónu atómom v neexcitovanom stave. Preto je na zosilnenie svetla potrebné, aby v médiu bolo viac excitovaných atómov ako tých neexcitovaných. V rovnovážnom stave táto podmienka nie je splnená, preto používame rôzne systémyčerpanie aktívneho média lasera (optického, elektrického, chemického atď.). V niektorých schémach sa laserový pracovný prvok používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.

V kvantovom generátore sa nevytvára žiadny vonkajší tok fotónov rôzne zdroječerpanie. V závislosti od zdrojov, ktoré existujú rôznymi spôsobmičerpanie:
optická - výkonná záblesková lampa;
výboj plynu v pracovnej látke (aktívne médium);
vstrekovanie (prenos) prúdových nosičov v polovodiči v zóne
p-n prechody;
elektronické budenie (ožarovanie čistého polovodiča vo vákuu prúdom elektrónov);
tepelné (ohrievanie plynu s následným rýchlym ochladením;
chemické (využívajúce energiu chemických reakcií) a niektoré ďalšie.

Primárnym zdrojom generovania je proces spontánnej emisie, preto na zabezpečenie kontinuity generácií fotónov je potrebná existencia pozitívnej spätnej väzby, vďaka ktorej emitované fotóny spôsobujú následné akty indukovanej emisie. Na tento účel sa aktívne médium lasera umiestni do optickej dutiny. V najjednoduchšom prípade pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno je priesvitné - cez neho laserový lúč čiastočne vychádza z rezonátora.

Odrážajúc sa od zrkadiel, lúč žiarenia opakovane prechádza cez rezonátor a spôsobuje v ňom indukované prechody. Žiarenie môže byť buď nepretržité alebo pulzné. Zároveň pomocou rôzne zariadenia Pre rýchle vypnutie a zapnutie spätnej väzby a tým skrátenie periódy impulzov je možné vytvoriť podmienky na generovanie žiarenia s veľmi vysokým výkonom - ide o takzvané obrie impulzy. Tento režim prevádzky lasera sa nazýva Q-spínaný režim.
Laserový lúč je koherentný, monochromatický, polarizovaný, úzko smerovaný svetelný tok. Jedným slovom je to lúč svetla vyžarovaný nielen synchrónnymi zdrojmi, ale aj vo veľmi úzkom rozsahu a smerovo. Akýsi extrémne koncentrovaný svetelný tok.

Žiarenie generované laserom je monochromatické, pravdepodobnosť emisie fotónu určitej vlnovej dĺžky je väčšia ako pravdepodobnosť emisie blízko umiestneného, spojená s rozšírením spektrálnej čiary a pravdepodobnosť indukovaných prechodov pri tejto frekvencii má tiež maximálne. Preto postupne počas procesu generovania budú fotóny danej vlnovej dĺžky dominovať nad všetkými ostatnými fotónmi. Navyše, vďaka špeciálnemu usporiadaniu zrkadiel, len tie fotóny, ktoré sa šíria v smere rovnobežnom s optickou osou rezonátora v krátkej vzdialenosti od nej, zostávajú v laserovom lúči rýchlo opustené. Laserový lúč má teda veľmi malý uhol divergencie. Nakoniec má laserový lúč presne definovanú polarizáciu. Na tento účel sa do rezonátora zavedú rôzne polarizátory, môžu to byť napríklad ploché sklenené dosky inštalované v Brewsterovom uhle k smeru šírenia laserového lúča;

Pracovná vlnová dĺžka lasera, ako aj ďalšie vlastnosti závisia od toho, aká pracovná tekutina sa v laseri používa. Pracovná tekutina je „pumpovaná“ energiou, aby sa dosiahol efekt inverzie populácie elektrónov, čo spôsobuje stimulovanú emisiu fotónov a efekt optického zosilnenia. Najjednoduchšia forma Optický rezonátor pozostáva z dvoch paralelných zrkadiel (môžu ich byť aj štyri alebo viac) umiestnených okolo pracovnej tekutiny lasera. Stimulované žiarenie pracovnej tekutiny sa odráža späť od zrkadiel a opäť sa zosilňuje. Kým nevyjde, vlna sa môže mnohokrát odrážať.

Stručne teda sformulujme podmienky potrebné na vytvorenie zdroja koherentného svetla:

potrebujete pracovnú látku s prevrátenou populáciou. Len potom možno dosiahnuť zosilnenie svetla pomocou nútených prechodov;
pracovná látka by mala byť umiestnená medzi zrkadlá, ktoré poskytujú spätnú väzbu;
zisk daný pracovnou látkou, čo znamená, že počet excitovaných atómov alebo molekúl v pracovnej látke musí byť väčší ako prahová hodnota v závislosti od koeficientu odrazu výstupného zrkadla.

Pri konštrukcii laserov možno použiť tieto typy pracovných kvapalín:

Kvapalina. Používa sa ako pracovná kvapalina napríklad v farbiacich laseroch. Zahŕňa: organické rozpúšťadlo(metanol, etanol alebo etylénglykol), v ktorých sú rozpustené chemické farbivá (kumarín alebo rodamín). Pracovná dĺžka vlny tekuté lasery určená konfiguráciou použitých molekúl farbiva.

Plyny. najmä oxid uhličitý, argón, kryptón alebo zmesi plynov, ako v hélium-neónových laseroch. „Pumpovanie“ energiou týchto laserov sa najčastejšie vykonáva pomocou elektrických výbojov.
Pevné látky (kryštály a sklá). Pevný materiál takýchto pracovných kvapalín sa aktivuje (dopuje) pridaním malého množstva iónov chrómu, neodýmu, erbia alebo titánu. Bežne používané kryštály sú: ytrium-hliníkový granát, lítiumytriumfluorid, zafír (oxid hlinitý) a silikátové sklo. Pevné lasery sú zvyčajne „pumpované“ zábleskovou lampou alebo iným laserom.

Polovodiče. Materiál, v ktorom môže byť prechod elektrónov medzi energetickými hladinami sprevádzaný žiarením. Polovodičové lasery sú veľmi kompaktné a „čerpateľné“ elektrický šok, čo umožňuje ich použitie v domáce spotrebiče, ako sú CD prehrávače.

Na premenu zosilňovača na oscilátor je potrebné zorganizovať spätnú väzbu. V laseroch sa to dosiahne umiestnením účinnej látky medzi odrazové plochy (zrkadlá), čím sa vytvorí takzvaný „otvorený rezonátor“, pretože časť energie vyžarovanej účinnou látkou sa odráža od zrkadiel a opäť sa vracia do účinná látka

Laser využíva optické rezonátory rôznych typov - s plochými zrkadlami, sférické, kombinácie plochých a sférických atď. V optických rezonátoroch, ktoré poskytujú spätnú väzbu v laseri, je možné vybudiť len určité druhy kmitov elektromagnetického poľa, ktoré sa nazývajú prirodzené oscilácie alebo režimy rezonátora.

Módy sú charakterizované frekvenciou a tvarom, t.j. priestorovým rozložením vibrácií. V rezonátore s plochými zrkadlami sú prevažne excitované typy kmitov zodpovedajúce rovinným vlnám šíriacim sa pozdĺž osi rezonátora. Systém dvoch paralelných zrkadiel rezonuje len pri určitých frekvenciách – a v laseri hrá rolu aj oscilačný obvod v bežných nízkofrekvenčných generátoroch.

Použitie otvoreného rezonátora (a nie uzavretého - uzavretá kovová dutina - charakteristika mikrovlnného rozsahu) je zásadné, pretože v optickom rozsahu rezonátor s rozmermi L = ? (L je charakteristická veľkosť rezonátora, ? je vlnová dĺžka) sa jednoducho nedá vyrobiť a pri L >> ? uzavretý rezonátor stráca svoje rezonančné vlastnosti, pretože počet možných druhov kmitov sa stáva takým veľkým, že sa prekrývajú.

Absencia bočných stien výrazne znižuje počet možných typov kmitov (módov) v dôsledku skutočnosti, že vlny šíriace sa pod uhlom k osi rezonátora rýchlo prekračujú jeho hranice a umožňuje zachovať rezonančné vlastnosti rezonátora pri L. >> ?. Rezonátor v laseri však poskytuje nielen spätnú väzbu tým, že vracia žiarenie odrazené od zrkadiel do aktívnej látky, ale určuje aj spektrum laserového žiarenia, jeho energetické charakteristiky a smer žiarenia.
V najjednoduchšej aproximácii rovinnej vlny je podmienkou rezonancie v rezonátore s plochými zrkadlami, aby sa po dĺžke rezonátora zmestil celý počet polvln: L=q(?/2) (q je celé číslo) , čo vedie k výrazu pre frekvenciu typu kmitania s indexom q: ?q=q(C/2L). Výsledkom je, že spektrum žiarenia svetla je spravidla súborom úzkych spektrálnych čiar, ktorých intervaly sú rovnaké a rovné c/2L. Počet čiar (komponentov) pre danú dĺžku L závisí od vlastností aktívneho prostredia, t. j. od spektra spontánnej emisie pri použitom kvantovom prechode a môže dosiahnuť niekoľko desiatok a stoviek. Za určitých podmienok sa ukazuje, že je možné izolovať jednu spektrálnu zložku, t. j. implementovať jednovidový režim lasera. Spektrálna šírka každého komponentu je určená energetickými stratami v rezonátore a predovšetkým priepustnosťou a absorpciou svetla zrkadlami.

Frekvenčný profil zosilnenia v pracovnej látke (je určený šírkou a tvarom čiary pracovnej látky) a súborom vlastných frekvencií otvoreného rezonátora. Pri otvorených rezonátoroch s vysokým faktorom kvality používaným v laseroch je priepustné pásmo rezonátora ??p, ktoré určuje šírku rezonančných kriviek jednotlivých módov a dokonca aj vzdialenosť medzi susednými módmi ??h, menšie ako šírka čiary zisku. a dokonca aj v plynových laseroch, kde je rozšírenie čiary najmenšie. Preto do zosilňovacieho obvodu vstupuje niekoľko druhov kmitov rezonátora.

Laser teda nemusí nutne generovať na jednej frekvencii častejšie, naopak, ku generovaniu dochádza súčasne pri viacerých typoch kmitov, pre ktoré je zosilnenie? viac strát v rezonátore. Na to, aby laser fungoval na jednej frekvencii (v jednofrekvenčnom režime), je väčšinou potrebné brať osobitné opatrenia(napríklad zvýšiť straty, ako je znázornené na obrázku 3) alebo zmeniť vzdialenosť medzi zrkadlami tak, aby do obvodu zosilnenia vstúpil iba jeden režim. Pretože v optike, ako je uvedené vyššie, ah > ap a generačná frekvencia v laseri je určená hlavne frekvenciou rezonátora, aby bola generačná frekvencia stabilná, je potrebné stabilizovať rezonátor. Takže ak zisk v pracovnej látke pokrýva straty v rezonátore pre určité typy kmitov, dochádza na nich ku generovaniu. Zárodkom jeho vzniku je ako v každom generátore hluk, ktorý v laseroch predstavuje spontánnu emisiu.
Aby aktívne médium emitovalo koherentné monochromatické svetlo, je potrebné zaviesť spätnú väzbu, t.j. časť svetelného toku emitovaného týmto médiom smeruje späť do média, aby sa vytvorila stimulovaná emisia. Pozitívna spätná väzba sa vykonáva pomocou optických rezonátorov, čo sú v základnej verzii dve koaxiálne (paralelné a pozdĺž rovnakej osi) zrkadlá, z ktorých jedno je priesvitné a druhé je „hluché“, t.j. úplne odráža svetelný tok. Pracovná látka (aktívne médium), v ktorej sa vytvára inverzná populácia, je umiestnená medzi zrkadlá. Stimulované žiarenie prechádza aktívnym prostredím, je zosilnené, odrazené od zrkadla, opäť prechádza prostredím a ďalej sa zosilňuje. Cez priesvitné zrkadlo sa časť žiarenia vyžaruje do vonkajšie prostredie, a jeho časť sa odráža späť do média a opäť sa zosilňuje. Za určitých podmienok sa tok fotónov vo vnútri pracovnej látky začne lavínovo zvyšovať a začne sa generovať monochromatické koherentné svetlo.

Princíp činnosti optického rezonátora, prevažujúci počet častíc pracovnej látky, reprezentovaný otvorenými kruhmi, je v základnom stave, t.j. na nižšej energetickej úrovni. Len malý počet častíc, reprezentovaných tmavými kruhmi, je v elektronicky excitovanom stave. Keď je pracovná látka vystavená čerpaciemu zdroju, väčšina častíc prejde do excitovaného stavu (počet tmavých kruhov sa zvýšil) a vytvorí sa inverzná populácia. Ďalej (obr. 2c) nastáva spontánna emisia niektorých častíc vyskytujúcich sa v elektronicky excitovanom stave. Žiarenie smerujúce pod uhlom k osi rezonátora opustí pracovnú látku a rezonátor. Žiarenie, ktoré smeruje pozdĺž osi rezonátora, sa priblíži k povrchu zrkadla.

V priesvitnom zrkadle ním časť žiarenia prejde do okolia a časť sa odrazí a opäť nasmeruje do pracovnej látky, pričom častice v excitovanom stave zapoja do procesu stimulovanej emisie.

Na „hluchom“ zrkadle sa celý tok žiarenia odrazí a opäť prejde cez pracovnú látku, pričom sa indukuje žiarenie zo všetkých zostávajúcich excitovaných častíc, čo odráža situáciu, keď všetky excitované častice odovzdali svoju nahromadenú energiu, a na výstupe rezonátor, na strane priesvitného zrkadla sa vytvoril silný tok indukovaného žiarenia.

Základné konštrukčné prvky lasery zahŕňajú pracovnú látku s určitými energetickými hladinami ich základných atómov a molekúl, zdroj pumpy, ktorý vytvára inverznú populáciu v pracovnej látke, a optický rezonátor. Existuje veľké množstvo rôznych laserov, ale všetky majú rovnaké a jednoduché schematický diagram zariadenie, ktoré je znázornené na obr. 3.

Výnimkou sú polovodičové lasery kvôli ich špecifickosti, pretože všetko je na nich špeciálne: fyzika procesov, čerpacie metódy a dizajn. Polovodiče sú kryštalické útvary. Energia elektrónu v jednotlivom atóme nadobúda prísne definované diskrétne hodnoty, a preto sú energetické stavy elektrónu v atóme opísané v reči úrovní. V polovodičovom kryštáli tvoria energetické hladiny energetické pásy. V čistom polovodiči, ktorý neobsahuje žiadne nečistoty, sú dva pásy: takzvaný valenčný pás a pás vodivosti umiestnený nad ním (na energetickej stupnici).

Medzi nimi je medzera zakázaných energetických hodnôt, ktorá sa nazýva bandgap. Pri teplote polovodiča rovnej absolútnej nule by mal byť valenčný pás úplne naplnený elektrónmi a vodivý pás by mal byť prázdny. V reálnych podmienkach je teplota vždy nad absolútnou nulou. Ale zvýšenie teploty vedie k tepelnej excitácii elektrónov, niektoré z nich preskočia z valenčného pásma do vodivého pásma.

V dôsledku tohto procesu sa vo vodivom pásme objaví určitý (relatívne malý) počet elektrónov a zodpovedajúci počet elektrónov bude vo valenčnom pásme chýbať, kým sa úplne nenaplní. Prázdne miesto elektrónov vo valenčnom pásme predstavuje kladne nabitá častica, ktorá sa nazýva diera. Kvantový prechod elektrónu cez pásovú medzeru zdola nahor sa považuje za proces generovania páru elektrón-diera s elektrónmi sústredenými na spodnom okraji vodivého pásma a otvormi na hornom okraji valenčného pásma. Prechody cez zakázanú zónu sú možné nielen zdola nahor, ale aj zhora nadol. Tento proces sa nazýva rekombinácia elektrón-diera.

Keď je čistý polovodič ožiarený svetlom, ktorého energia fotónu mierne presahuje zakázané pásmo, môžu v polovodičovom kryštáli nastať tri typy interakcie svetla s hmotou: absorpcia, spontánna emisia a stimulovaná emisia svetla. Prvý typ interakcie je možný, keď je fotón absorbovaný elektrónom umiestneným blízko horného okraja valenčného pásma. V tomto prípade bude energetická sila elektrónu dostatočná na prekonanie zakázaného pásma a kvantový prechod do vodivého pásma. Spontánna emisia svetla je možná, keď sa elektrón spontánne vráti z vodivého pásma do valenčného pásma s emisiou energetického kvanta - fotónu. Vonkajšie žiarenie môže iniciovať prechod do valenčného pásma elektrónu umiestneného blízko spodného okraja vodivého pásma. Výsledkom tohto tretieho typu interakcie svetla s polovodičovou látkou bude zrodenie sekundárneho fotónu, identického svojimi parametrami a smerom pohybu s fotónom, ktorý prechod inicioval.

Na generovanie laserového žiarenia je potrebné vytvoriť inverznú populáciu „pracovných úrovní“ v polovodiči – aby sa vytvorila dostatočne vysoká koncentrácia elektrónov na spodnom okraji vodivého pásma a zodpovedajúca vysoká koncentrácia otvorov na okraji vodivého pásma. valenčné pásmo. Na tieto účely sú čisté polovodičové lasery zvyčajne čerpané prúdom elektrónov.

Zrkadlá rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu. Nevýhodou takýchto laserov je, že mnohé polovodičové materiály generujú laserové žiarenie len pri veľmi vysokej úrovni nízke teploty a bombardovanie polovodičových kryštálov prúdom elektrónov spôsobuje jeho veľké zahrievanie. To si vyžaduje dodatočné chladiace zariadenia, čo komplikuje konštrukciu zariadenia a zväčšuje jeho rozmery.

Vlastnosti polovodičov s prímesami sa výrazne líšia od vlastností nečistých, čistých polovodičov. Je to spôsobené tým, že atómy niektorých nečistôt ľahko darujú jeden zo svojich elektrónov do vodivého pásma. Tieto nečistoty sa nazývajú donorové nečistoty a polovodič s takýmito nečistotami sa nazýva n-polovodič. Atómy iných nečistôt naopak zachytia jeden elektrón z valenčného pásma a takéto nečistoty sú akceptorom a polovodič s takýmito nečistotami je p-polovodič. Energetická hladina atómov nečistôt sa nachádza vo vnútri zakázaného pásma: pre n-polovodiče - blízko spodného okraja vodivého pásma, pre /-polovodiče - blízko horného okraja valenčného pásma.

Ak sa v tejto oblasti vytvorí elektrické napätie tak, že na strane p-polovodiča je kladný pól a na strane p-polovodiča záporný pól, potom pod vplyvom elektrické pole elektróny z n-polovodiča a diery z n-polovodiča sa presunú (injektujú) do oblasť p-n— prechod.

Keď sa elektróny a diery rekombinujú, budú emitované fotóny a v prítomnosti optického rezonátora sa môže generovať laserové žiarenie.

Zrkadlá optického rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu, orientované kolmo p-n rovina— prechod. Takéto lasery sú miniatúrne, pretože veľkosť polovodičového aktívneho prvku môže byť približne 1 mm.

V závislosti od uvažovanej charakteristiky sú všetky lasery rozdelené nasledovne).

Prvý znak. Je zvykom rozlišovať medzi laserovými zosilňovačmi a generátormi. V zosilňovačoch sa na vstup privádza slabé laserové žiarenie a na výstupe sa príslušne zosilňuje. V generátoroch nie je žiadne vonkajšie žiarenie, vzniká v pracovnej látke jej budením pomocou rôznych čerpacích zdrojov. Všetky lekárske laserové zariadenia sú generátory.

Druhý znak je fyzický stav pracovná látka. V súlade s tým sa lasery delia na pevné (rubín, zafír atď.), plynové (hélium-neón, hélium-kadmium, argón, oxid uhličitý atď.), kvapalné (kvapalné dielektrikum s nečistotami pracujúcimi atómami vzácnych kovy zemín) a polovodičové (arzenid-gálium, fosfid arzenidu gália, selenid olovnatý atď.).

Metóda vzrušovania pracovnej látky je tretia punc lasery. V závislosti od zdroja budenia sa lasery rozlišujú: opticky čerpané, čerpané plynovým výbojom, elektronické budenie, vstrekovanie nosičov náboja, tepelne čerpané, chemicky čerpané a niektoré ďalšie.

Ďalším klasifikačným znakom je laserové emisné spektrum. Ak je žiarenie sústredené v úzkom rozsahu vlnových dĺžok, potom sa laser považuje za monochromatický a jeho technické údaje označujú špecifickú vlnovú dĺžku; ak je v širokom rozsahu, potom by sa laser mal považovať za širokopásmový a je uvedený rozsah vlnových dĺžok.

Na základe charakteru emitovanej energie sa rozlišujú pulzné lasery a lasery s kontinuálnym žiarením. Pojmy pulzný laser a laser s frekvenčnou moduláciou kontinuálneho žiarenia by sa nemali zamieňať, pretože v druhom prípade dostávame v podstate prerušované žiarenie rôzne frekvencie. Pulzné lasery majú vysoký výkon v jedinom pulze, dosahujúci 10 W, pričom ich priemerný pulzný výkon, určený zodpovedajúcimi vzorcami, je relatívne malý. Pre kontinuálne frekvenčne modulované lasery je výkon v takzvanom pulze nižší ako výkon kontinuálneho žiarenia.

Na základe priemerného výstupného výkonu žiarenia ( ďalšie znamenie klasifikácia) lasery sa delia na:

· vysokoenergetické (hustota generovaného výkonu žiarenia na povrchu objektu alebo biologického objektu je vyššia ako 10 W/cm2);

· stredná energia (hustota toku generovaného výkonu žiarenia - od 0,4 do 10 W/cm2);

· nízkoenergetické (hustota generovaného výkonu žiarenia je menšia ako 0,4 W/cm2).

· mäkké (generovaná energia ožiarenia - E alebo hustota toku energie na ožarovanom povrchu - do 4 mW/cm2);

· priemer (E - od 4 do 30 mW/cm2);

· tvrdý (E - viac ako 30 mW/cm2).

V súlade s " Sanitárne normy a pravidlá pre návrh a prevádzku laserov č. 5804-91“, podľa stupňa nebezpečenstva vznikajúceho žiarenia pre obsluhujúci personál sa lasery delia do štyroch tried.

Lasery prvej triedy zahŕňajú: technické zariadenia, ktorého výstupné kolimované (uzavreté v obmedzenom priestorovom uhle) žiarenie nepredstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní ľudských očí a kože.

Lasery druhej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným žiarením.

Lasery tretej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným, ako aj difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne reflexného povrchu a (alebo) pri ožarovaní pokožky priame a zrkadlovo odrazené žiarenie.

Lasery triedy 4 sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo, keď je pokožka ožarovaná difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne odrážajúceho povrchu.

Základom laserového zariadenia je optický kvantový generátor, ktorý pomocou elektrickej, tepelnej, chemickej alebo inej energie vytvára laserový lúč.

Laserová operácia je založená na fenoméne vynúteného (indukovaného) žiarenia. Laserové žiarenie môže byť nepretržité, s konštantným výkonom alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. Podstata javu spočíva v tom, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie, čiže je jeho presnou kópiou. Týmto spôsobom je svetlo zosilnené. Tento jav sa líši od spontánneho žiarenia, pri ktorom majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizáciu a fázu
Pravdepodobnosť, že náhodný fotón spôsobí stimulovanú emisiu z excitovaného atómu, sa presne rovná pravdepodobnosti absorpcie tohto fotónu atómom v neexcitovanom stave. Preto je na zosilnenie svetla potrebné, aby v médiu bolo viac excitovaných atómov ako tých neexcitovaných. V rovnovážnom stave táto podmienka nie je splnená, preto sa používajú rôzne systémy čerpania aktívneho média lasera (optické, elektrické, chemické atď.). V niektorých schémach sa laserový pracovný prvok používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.

V kvantovom generátore nie je žiadny vonkajší tok fotónov, v jeho vnútri sa vytvára inverzná populácia pomocou rôznych čerpacích zdrojov. V závislosti od zdrojov existujú rôzne spôsoby čerpania:
optická - výkonná záblesková lampa;
výboj plynu v pracovnej látke (aktívne médium);
vstrekovanie (prenos) prúdových nosičov v polovodiči v zóne
p-n prechody;
elektronické budenie (ožarovanie čistého polovodiča vo vákuu prúdom elektrónov);
tepelné (ohrievanie plynu s následným rýchlym ochladením;
chemické (využívajúce energiu chemických reakcií) a niektoré ďalšie.

Odrážajúc sa od zrkadiel, lúč žiarenia opakovane prechádza cez rezonátor a spôsobuje v ňom indukované prechody. Žiarenie môže byť buď nepretržité alebo pulzné. Súčasne pomocou rôznych zariadení na rýchle vypnutie a zapnutie spätnej väzby a tým skrátenie periódy impulzov je možné vytvoriť podmienky na generovanie žiarenia s veľmi vysokým výkonom - ide o takzvané obrie impulzy. Tento režim prevádzky lasera sa nazýva Q-spínaný režim.
Laserový lúč je koherentný, monochromatický, polarizovaný, úzko smerovaný svetelný tok. Jedným slovom je to lúč svetla vyžarovaný nielen synchrónnymi zdrojmi, ale aj vo veľmi úzkom rozsahu a smerovo. Akýsi extrémne koncentrovaný svetelný tok.

Pracovná vlnová dĺžka lasera, ako aj ďalšie vlastnosti závisia od toho, aká pracovná tekutina sa v laseri používa. Pracovná tekutina je „pumpovaná“ energiou, aby sa dosiahol efekt inverzie populácie elektrónov, čo spôsobuje stimulovanú emisiu fotónov a efekt optického zosilnenia. Najjednoduchšou formou optického rezonátora sú dve paralelné zrkadlá (môžu byť aj štyri alebo viac) umiestnené okolo pracovnej tekutiny lasera. Stimulované žiarenie pracovnej tekutiny sa odráža späť od zrkadiel a opäť sa zosilňuje. Kým nevyjde, vlna sa môže mnohokrát odrážať.

Stručne teda sformulujme podmienky potrebné na vytvorenie zdroja koherentného svetla:

Pri konštrukcii laserov možno použiť tieto typy pracovných kvapalín:

Kvapalina. Používa sa ako pracovná kvapalina napríklad v farbiacich laseroch. Kompozícia obsahuje organické rozpúšťadlo (metanol, etanol alebo etylénglykol), v ktorom sú rozpustené chemické farbivá (kumarín alebo rodamín). Pracovná vlnová dĺžka kvapalinových laserov je určená konfiguráciou použitých molekúl farbiva.

Plyny. Najmä oxid uhličitý, argón, kryptón alebo zmesi plynov, ako v hélium-neónových laseroch. „Pumpovanie“ energiou týchto laserov sa najčastejšie vykonáva pomocou elektrických výbojov.
Pevné látky (kryštály a sklá). Pevný materiál takýchto pracovných kvapalín sa aktivuje (dopuje) pridaním malého množstva iónov chrómu, neodýmu, erbia alebo titánu. Bežne používané kryštály sú ytrium-hliníkový granát, lítiumytriumfluorid, zafír (oxid hlinitý) a silikátové sklo. Pevné lasery sú zvyčajne „pumpované“ zábleskovou lampou alebo iným laserom.

Polovodiče. Materiál, v ktorom môže byť prechod elektrónov medzi energetickými hladinami sprevádzaný žiarením. Polovodičové lasery sú veľmi kompaktné a sú „pumpované“ elektrickým prúdom, čo umožňuje ich použitie v spotrebiteľských zariadeniach, ako sú CD prehrávače.

Laser teda nemusí nutne generovať na jednej frekvencii častejšie, naopak, ku generovaniu dochádza súčasne pri viacerých typoch kmitov, pre ktoré je zosilnenie? viac strát v rezonátore. Aby laser pracoval na jednej frekvencii (v jednofrekvenčnom režime), je spravidla potrebné prijať špeciálne opatrenia (napríklad zvýšiť straty, ako je znázornené na obrázku 3) alebo zmeniť vzdialenosť medzi zrkadlami. aby sa do obvodu zosilnenia dostal len jeden. Pretože v optike, ako je uvedené vyššie, ah > ap a generačná frekvencia v laseri je určená hlavne frekvenciou rezonátora, aby bola generačná frekvencia stabilná, je potrebné stabilizovať rezonátor. Takže ak zisk v pracovnej látke pokrýva straty v rezonátore pre určité typy kmitov, dochádza na nich ku generovaniu. Zárodkom jeho vzniku je ako v každom generátore hluk, ktorý v laseroch predstavuje spontánnu emisiu.
Aby aktívne médium emitovalo koherentné monochromatické svetlo, je potrebné zaviesť spätnú väzbu, t.j. časť svetelného toku emitovaného týmto médiom smeruje späť do média, aby sa vytvorila stimulovaná emisia. Pozitívna spätná väzba sa vykonáva pomocou optických rezonátorov, čo sú v základnej verzii dve koaxiálne (paralelné a pozdĺž rovnakej osi) zrkadlá, z ktorých jedno je priesvitné a druhé je „hluché“, t.j. úplne odráža svetelný tok. Pracovná látka (aktívne médium), v ktorej sa vytvára inverzná populácia, je umiestnená medzi zrkadlá. Stimulované žiarenie prechádza aktívnym prostredím, je zosilnené, odrazené od zrkadla, opäť prechádza prostredím a ďalej sa zosilňuje. Cez priesvitné zrkadlo sa časť žiarenia vyžaruje do vonkajšieho prostredia a časť sa odráža späť do okolia a opäť sa zosilňuje. Za určitých podmienok sa tok fotónov vo vnútri pracovnej látky začne lavínovo zvyšovať a začne sa generovať monochromatické koherentné svetlo.

V priesvitnom zrkadle ním časť žiarenia prejde do okolia a časť sa odrazí a opäť nasmeruje do pracovnej látky, pričom častice v excitovanom stave zapoja do procesu stimulovanej emisie.

Medzi hlavné konštrukčné prvky laserov patrí pracovná látka s určitými energetickými hladinami ich základných atómov a molekúl, zdroj pumpy, ktorý vytvára inverziu populácie v pracovnej látke a optická dutina. Existuje veľké množstvo rôznych laserov, ale všetky majú rovnakú a navyše jednoduchú schému zapojenia zariadenia, ktorá je znázornená na obr. 3.

Zrkadlá rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu. Nevýhodou takýchto laserov je, že mnohé polovodičové materiály generujú laserové žiarenie len pri veľmi nízkych teplotách a bombardovanie polovodičových kryštálov prúdom elektrónov spôsobuje jeho veľké zahrievanie. To si vyžaduje dodatočné chladiace zariadenia, čo komplikuje konštrukciu zariadenia a zväčšuje jeho rozmery.

Ak sa v tejto oblasti vytvorí elektrické napätie tak, že na strane p-polovodiča je kladný pól a na strane n-polovodiča záporný pól, potom vplyvom elektrického poľa elektróny z n- polovodič a otvory z /^-polovodiča sa presunú (injektujú) do p-n prechodovej oblasti.

Keď sa elektróny a diery rekombinujú, budú emitované fotóny a v prítomnosti optického rezonátora sa môže generovať laserové žiarenie.

Zrkadlá optického rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu, orientované kolmo na rovinu pn prechodu. Takéto lasery sú miniatúrne, pretože veľkosť polovodičového aktívneho prvku môže byť približne 1 mm.

V závislosti od uvažovanej charakteristiky sú všetky lasery rozdelené nasledovne).

Druhým znakom je fyzikálny stav pracovnej látky. V súlade s tým sa lasery delia na pevné (rubín, zafír atď.), plynové (hélium-neón, hélium-kadmium, argón, oxid uhličitý atď.), kvapalné (kvapalné dielektrikum s nečistotami pracujúcimi atómami vzácnych kovy zemín) a polovodičové (arzenid-gálium, fosfid arzenidu gália, selenid olovnatý atď.).

Metóda budenia pracovnej látky je treťou charakteristickou črtou laserov. V závislosti od zdroja budenia sa lasery rozlišujú: opticky čerpané, čerpané plynovým výbojom, elektronické budenie, vstrekovanie nosičov náboja, tepelne čerpané, chemicky čerpané a niektoré ďalšie.

Na základe charakteru emitovanej energie sa rozlišujú pulzné lasery a lasery s kontinuálnym žiarením. Netreba si zamieňať pojmy pulzný laser a laser s frekvenčnou moduláciou kontinuálneho žiarenia, keďže v druhom prípade dostávame v podstate prerušované žiarenie rôznych frekvencií. Pulzné lasery majú vysoký výkon v jedinom pulze, dosahujúci 10 W, pričom ich priemerný pulzný výkon, určený zodpovedajúcimi vzorcami, je relatívne malý. Pre kontinuálne frekvenčne modulované lasery je výkon v takzvanom pulze nižší ako výkon kontinuálneho žiarenia.

Na základe priemerného výkonu žiarenia (ďalší klasifikačný znak) sa lasery delia na:

· vysokoenergetické (hustota generovaného výkonu žiarenia na povrchu objektu alebo biologického objektu je vyššia ako 10 W/cm2);

· stredná energia (hustota toku generovaného výkonu žiarenia - od 0,4 do 10 W/cm2);

· nízkoenergetické (hustota generovaného výkonu žiarenia je menšia ako 0,4 W/cm2).

· mäkké (generovaná energia ožiarenia - E alebo hustota toku energie na ožarovanom povrchu - do 4 mW/cm2);

· priemer (E - od 4 do 30 mW/cm2);

· tvrdý (E - viac ako 30 mW/cm2).

V súlade s „Sanitárnymi normami a pravidlami pre konštrukciu a prevádzku laserov č. 5804-91“ sú lasery rozdelené do štyroch tried podľa stupňa nebezpečenstva vznikajúceho žiarenia pre obsluhujúci personál.

Medzi prvotriedne lasery patria také technické zariadenia, ktorých výstupné kolimované (obmedzené priestorové uhly) žiarenie nepredstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní ľudských očí a pokožky.

Lasery druhej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným žiarením.

Keď sa povie laser, väčšina ľudí si okamžite vybaví epizódy zo sci-fi filmov. Takýto vynález je však v našich životoch už dlho pevne zavedený a nie je ničím fantastickým. Laser našiel svoje uplatnenie v mnohých oblastiach, od medicíny a výroby až po zábavu. Mnoho ľudí sa preto pýta, či a ako si vyrobiť laser sami.

V závislosti od špecifikácií a predložených požiadaviek môžu byť lasery úplne odlišné, a to ako veľkosťou (od vreckových ukazovateľov až po veľkosť futbalového ihriska), tak aj výkonom, použitým pracovným médiom a ďalšími parametrami. Samozrejme, nie je možné vyrobiť výkonný výrobný lúč sami doma, pretože to nie sú len technicky zložité zariadenia, ale aj veľmi náročné na údržbu. Ale jednoduché, ale spoľahlivé a výkonný laser Môžete si ho vyrobiť vlastnými rukami z bežnej jednotky DVD-RW.

Princíp činnosti

Slovo "laser" k nám prišlo v angličtine„laser“, čo je skratka prvých písmen oveľa zložitejšieho názvu: zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia a doslovne sa prekladá ako „zosilnenie svetla stimulovanou emisiou“. Môže sa nazývať aj optický kvantový generátor. Existuje mnoho typov laserov a ich rozsah použitia je mimoriadne široký.

Princíp jeho činnosti spočíva v premene jednej energie (svetelnej, chemickej, elektrickej) na energiu rôznych tokov žiarenia, to znamená, že je založený na fenoméne vynúteného alebo indukovaného žiarenia.

Princíp činnosti je zvyčajne znázornený na nasledujúcom obrázku:

Materiály potrebné na prácu

Pri popise základov laserovej prevádzky vyzerá všetko komplikovane a nejasne. V skutočnosti je výroba laseru vlastnými rukami doma mimoriadne jednoduchá. Budete potrebovať niektoré komponenty a nástroje:

Najzákladnejšia vec, ktorú potrebujete na vytvorenie lasera, je DVD-RW mechanika, teda napaľovačka z počítača alebo prehrávača. Čím vyššia je rýchlosť záznamu, tým výkonnejší bude samotný produkt. Je vhodnejšie použiť pohony s rýchlosťou 22X, pretože jeho výkon je najvyšší, asi 300 mW. Zároveň sa líšia farbou: červená, zelená, fialová. Čo sa týka ROM bez zápisu, tie sú príliš slabé. Za pozornosť stojí aj fakt, že po manipulácii s pohonom už nepôjde, preto si zoberte buď už nefunkčný, ale s funkčným laserom, alebo taký, ktorý vám nebude ľúto. rozlúčiť sa s.
Budete tiež potrebovať stabilizátor prúdu, aj keď je tu túžba robiť bez neho. Ale stojí za to vedieť, že všetky diódy (a laserové diódy nie sú výnimkou) „uprednostňujú“ nie napätie, ale prúd. Najlacnejšie a preferované možnosti- toto je impulzný prevodník NCP1529 alebo mikroobvod LM317 (analogicky ako KR142EN12).
Výstupný odpor sa volí v závislosti od napájacieho prúdu laserovej diódy. Vypočíta sa pomocou vzorca: R=I/1,25, kde I je menovitý prúd lasera.
Dva kondenzátory: 0,1 µF a 100 µF.
Kolimátor alebo laserové ukazovátko.
Štandardné batérie AAA.
Drôty.
Náradie: spájkovačka, skrutkovače, kliešte atď.

Odstránenie laserovej diódy z jednotky DVD

Hlavná časť, ktorú je potrebné odstrániť, je laser z DVD mechaniky. Nie je to ťažké, ale stojí za to poznať niektoré nuansy, ktoré pomôžu vyhnúť sa možným nedorozumeniam počas práce.

V prvom rade je potrebné rozobrať DVD mechaniku, aby ste sa dostali k vozíku, na ktorom sú umiestnené laserové diódy. Jedným z nich je čítačka - má príliš nízku spotrebu. Druhý zapisovač je presne to, čo potrebujete na výrobu lasera z jednotky DVD.

Na vozíku je dióda inštalovaná na radiátore a bezpečne upevnená. Ak neplánujete použiť iný radiátor, potom je ten existujúci celkom vhodný. Preto ich musíte odstrániť spoločne. IN inak- opatrne odrežte nohy pri vstupe do radiátora.

Keďže diódy sú mimoriadne citlivé na statickú energiu, je dobré ich chrániť. Aby ste to dosiahli, musíte spolu s tenkým drôtom navinúť nohy laserovej diódy.

Ostáva už len dať všetky detaily dokopy a samotná ROM už nie je potrebná.

Zostavenie laserového zariadenia

Diódu odstránenú z LED je potrebné pripojiť k prevodníku pri dodržaní polarity, pretože inak laserová dióda okamžite zlyhá a nebude vhodná na ďalšie použitie.

Na zadnej strane diódy je nainštalovaný kolimátor, aby sa svetlo mohlo sústrediť do jedného lúča. Hoci namiesto toho môžete použiť šošovku, ktorá je súčasťou rumu, alebo šošovku, ktorú už obsahuje laserové ukazovátko. V tomto prípade však budete musieť vykonať úpravy, aby ste dosiahli požadované zaostrenie.

Na druhej strane prevodníka sú spájkované vodiče, ktoré sa pripájajú ku kontaktom puzdra, kde budú nainštalované batérie.

Pomôže dokončiť laser z dvd mechanika DIY diagram:

Po pripojení všetkých komponentov môžete skontrolovať funkčnosť výsledného zariadenia. Ak všetko funguje, zostáva len umiestniť celú konštrukciu do puzdra a bezpečne ju tam upevniť.

Domáci dizajn tela

K výrobe puzdra môžete pristupovať rôznymi spôsobmi. Napríklad telo čínskeho lampáša je na tieto účely ako stvorené. Dá sa už použiť hotové telo laserové ukazovátko. ale optimálne riešenie Môže sa ukázať, že je to domáce, vyrobené z hliníkového profilu.

Samotný hliník je ľahký a zároveň veľmi ľahko spracovateľný. Celá konštrukcia bude v ňom vhodne umiestnená. Bude tiež vhodné ho zabezpečiť. V prípade potreby môžete požadovaný kus vždy ľahko vyrezať alebo ohnúť v súlade s požadovanými parametrami.

Bezpečnosť a testovanie

Po dokončení všetkých prác je čas vyskúšať výsledný výkonný laser. Neodporúča sa to robiť v interiéri. Preto je lepšie ísť von na opustené miesto. Zároveň stojí za to si to pripomenúť vyrobené zariadenie je niekoľko stokrát výkonnejšie ako bežné laserové ukazovátko, a to si vyžaduje používanie mimoriadne opatrne. Nemierte lúčom na ľudí alebo zvieratá, dávajte pozor, aby sa vám lúč neodrážal alebo sa nedostal do očí. Pri použití červeného laserového lúča sa odporúča nosiť zelené okuliare, čím sa výrazne zníži riziko poškodenia zraku v neočakávaných prípadoch. Na laserové lúče sa totiž neodporúča pozerať ani zvonku.

Nesmerujte laserový lúč na horľavé alebo výbušné predmety a látky.

Vytvorený prístroj s vhodne nakonfigurovaným objektívom vie poriadne zarezať igelitky, horieť na dreve, prasknúť vzduchové balóny a dokonca aj spáliť - akýsi bojový laser. Je neuveriteľné, čo dokážete s DVD mechanikou. Preto by ste pri testovaní vyrobeného zariadenia mali vždy pamätať na bezpečnostné opatrenia.

Možnosť vyrobiť niečo užitočné z nepoužívaného alebo opotrebovaného zariadenia láka nejedného domáceho majstra. Jedným z takýchto užitočných zariadení je laserová rezačka. Ak máte k dispozícii takéto zariadenie (niektoré ho dokonca vyrábajú z bežného laserového ukazovátka), môžete vykonávať dekoratívny dizajn výrobky z rôznych materiálov.

Aké materiály a mechanizmy budú potrebné

Ak chcete urobiť jednoduchú laserovú rezačku vlastnými rukami, budete potrebovať nasledujúce materiály a technické zariadenia:

laserové ukazovátko;
bežná baterka vybavená nabíjateľnými batériami;
stará napaľovačka (CD/DVD-RW) vybavená laserovou mechanikou (vôbec nie je potrebné, aby bola takáto mechanika v prevádzkovom stave);
spájkovačka;
súprava zámočníckeho náradia.

Môžete si tak vyrobiť jednoduché laserové rezacie zariadenie z materiálov, ktoré ľahko nájdete vo vašej domácej dielni alebo garáži.

Proces výroby jednoduchého laserového rezača

Hlavný pracovný prvok domáci vykrajovač Navrhovaný dizajn je laserový prvok diskovej jednotky počítača. Mali by ste si vybrať model zapisovacej jednotky, pretože laser v takýchto zariadeniach má vyšší výkon, čo vám umožňuje vypáliť stopy na povrch disku nainštalovaného v nich. Konštrukcia čítacej diskovej mechaniky obsahuje aj laserový žiarič, no jeho výkon, slúžiaci len na osvetlenie disku, je nízky.

Laserový žiarič, ktorý je vybavený zapisovacou diskovou jednotkou, je umiestnený na špeciálnom vozíku, ktorý sa môže pohybovať v dvoch smeroch. Na vybratie žiariča z vozíka je potrebné uvoľniť ho z veľkého počtu upevňovacích prvkov a odnímateľných zariadení. Mali by byť odstránené veľmi opatrne, aby nedošlo k poškodeniu laserového prvku. Okrem bežné nástroje, na odstránenie červenej laserovej diódy (a to je to, čo potrebujete na vybavenie domácej laserovej rezačky), budete potrebovať spájkovačku, aby ste opatrne uvoľnili diódu z existujúcich spájkovaných spojov. Odstránenie žiariča z sedadlo, treba dávať pozor, aby nebol vystavený silnému mechanickému namáhaniu, ktoré môže spôsobiť jeho poruchu.

Namiesto LED, ktorá bola pôvodne vybavená laserovým ukazovátkom, musí byť nainštalovaný žiarič odstránený z jednotky zapisovacieho počítača. Na vykonanie tohto postupu je potrebné rozobrať laserové ukazovátko a rozdeliť jeho telo na dve časti. V hornej časti je LED, ktorá by sa mala odstrániť a nahradiť laserovým žiaričom z diskovej jednotky počítača. Pri upevňovaní takéhoto žiariča v tele ukazovateľa môžete použiť lepidlo (je dôležité len zabezpečiť, aby oko žiariča bolo umiestnené presne v strede otvoru určeného na výstup lúča).

Napätie produkované napájacími zdrojmi v laserové ukazovátko, nestačia na zabezpečenie efektívnosti používania laserovej rezačky, preto nie je vhodné ich používať na vybavenie takéhoto zariadenia. Pre najjednoduchšiu laserovú rezačku sú vhodné dobíjacie batérie používané v bežnej elektrickej baterke. Kombináciou spodnej časti baterky, v ktorej sú umiestnené batérie, s hornou časťou laserového ukazovátka, kde je už umiestnený žiarič z mechaniky zapisovacieho počítača, teda získate plne funkčnú laserovú rezačku. Pri vykonávaní takejto kombinácie je veľmi dôležité zachovať polaritu batérie, ktorý bude dodávať elektrinu do žiariča.

Pred montážou domácej ručnej laserovej rezačky navrhovaného dizajnu je potrebné z hrotu ukazovátka odstrániť sklo, ktoré je v ňom nainštalované, čo bude brániť prechodu laserového lúča. Okrem toho musíte ešte raz skontrolovať správne spojenie vysielača s batériami, ako aj to, ako presne je jeho oko umiestnené vo vzťahu k výstupnému otvoru hrotu ukazovateľa. Keď sú všetky konštrukčné prvky navzájom bezpečne spojené, môžete začať používať frézu.

Samozrejme, s takým laserom s nízkym výkonom nebude možné rezať plech, nie je vhodný na opracovanie dreva, ale je vhodný na riešenie jednoduchých úloh spojených s rezaním lepenky alebo tenkých polymérových dosiek.

Pomocou algoritmu opísaného vyššie je možné vyrobiť výkonnejšiu laserovú rezačku, ktorá mierne zlepšuje navrhovanú konštrukciu. Takéto zariadenie musí byť najmä dodatočne vybavené takými prvkami, ako sú:

kondenzátory, ktorých kapacita je 100 pF a 100 mF;
odpory s parametrami 2–5 ohmov;
kolimátor - zariadenie, ktoré sa používa na zhromažďovanie svetelných lúčov, ktoré ním prechádzajú do úzkeho lúča;
LED baterka s oceľovým telom.

Kondenzátory a odpory v konštrukcii takejto laserovej rezačky sú potrebné na vytvorenie budiča, cez ktorý bude prúdiť elektrická energia z batérií do laserového žiariča. Ak nepoužívate ovládač a privádzate prúd priamo do žiariča, môže okamžite zlyhať. Napriek viacerým veľká sila, takýto laserový stroj na rezanie preglejky, hrubého plastu a najmä kovu tiež nebude fungovať.

Ako vyrobiť výkonnejšie zariadenie

Domáci majstri majú často záujem o výkonnejšie laserové stroje, ktoré dokážu vyrobiť vlastnými rukami. Je celkom možné vyrobiť laser na rezanie preglejky vlastnými rukami a dokonca aj laserovú rezačku na kov, ale na to musíte získať príslušné komponenty. V tomto prípade je lepšie okamžite vyrobiť vlastný laserový stroj, ktorý bude mať slušnú funkčnosť a bude pracovať v automatickom režime, riadený externým počítačom.

V závislosti od toho, či máte záujem o DIY alebo potrebujete zariadenie na prácu s drevom a inými materiálmi, mali by ste správne vybrať hlavný prvok takéhoto zariadenia - laserový žiarič, ktorého výkon môže byť rôzny. prirodzene, rezanie laserom preglejka pre domácich majstrov je vyrobená zariadením nižší výkon, a laser na rezanie kovu musí byť vybavený žiaričom s výkonom najmenej 60 W.

Na výrobu plnohodnotného laserového stroja, vrátane rezania kovu vlastnými rukami, budete potrebovať nasledujúce Spotrebný materiál a komponenty:

radič, ktorý bude zodpovedný za komunikáciu medzi externým počítačom a elektronické komponenty samotné zariadenie, čím sa zabezpečí kontrola jeho prevádzky;
elektronická tabuľa vybavená informačným displejom;
laser (jeho výkon sa vyberá v závislosti od materiálov, pre ktoré sa bude používať rezačka);
krokové motory, ktoré budú zodpovedné za pohyb pracovnej plochy zariadenia v dvoch smeroch (ako takéto motory možno použiť krokové motory z nepoužívaných tlačiarní alebo DVD prehrávačov);
chladiace zariadenie pre žiarič;
DC-DC regulátor, ktorý bude riadiť množstvo napätia dodávaného do elektronickej dosky žiariča;
Tranzistory a elektronické dosky na riadenie krokových motorov rezačiek;
Koncové spínače;
kladky na inštaláciu rozvodových remeňov a samotných remeňov;
puzdro, ktorého veľkosť umožňuje umiestniť do neho všetky prvky zostavenej konštrukcie;
guľkové ložiská rôznych priemerov;
skrutky, matice, skrutky, spojky a svorky;
drevené dosky, z ktorého bude vyrobený pracovný rám frézy;
kovové tyče 10 mm v priemere, ktoré budú použité ako vodiace prvky;
počítač a kábel USB, pomocou ktorého sa pripojí k ovládaču rezačky;
súprava zámočníckeho náradia.

Ak plánujete použiť laserový stroj na kovoobrábanie vlastnými rukami, potom musí byť jeho konštrukcia vystužená, aby odolala hmotnosti spracovávaného plechu.

Prítomnosť počítača a ovládača v dizajne takéhoto zariadenia umožňuje jeho použitie nielen ako laserová rezačka, ale aj ako gravírovací stroj. Pomocou tohto zariadenia, ktorého činnosť je riadená špeciálnym počítačový program, je možné aplikovať zložité vzory a nápisy na povrch obrobku s vysokou presnosťou a detailmi. Príslušný program možno nájsť voľne dostupný na internete.

Dizajnovo je laserový stroj, ktorý si môžete vyrobiť sami, zariadenie kyvadlového typu. Jeho pohyblivé a vodiace prvky sú zodpovedné za pohyb pracovnej hlavy pozdĺž osi X a Y. Os Z je hĺbka, do ktorej je spracovávaný materiál rezaný. Za pohyb pracovnej hlavy laserovej rezačky prezentovaného dizajnu, ako je uvedené vyššie, sú zodpovedné krokové motory, ktoré sú upevnené na stacionárnych častiach rámu zariadenia a spojené s pohyblivými prvkami pomocou ozubených remeňov.

Pohyblivý vozík domáce rezanie

Posuvná podpera Hlava s laserom a radiátorom Montáž vozíka

Nie je žiadnym tajomstvom, že každý z nás v detstve chcel mať také zariadenie ako laserový stroj, ktorý dokáže rezať kovové tesnenia a horieť cez steny. IN modernom svete tento sen sa môže ľahko splniť, keďže teraz je možné postaviť laser so schopnosťou rezať rôzne materiály.

Samozrejme, doma nie je možné vyrobiť laserový stroj taký výkonný, aby prerezal železo alebo drevo. Ale s pomocou domáce zariadenie Dokáže rezať papier, polyetylénové tesnenie alebo tenký plast.

Pomocou laserového zariadenia môžete vypáliť rôzne vzory na listy preglejky alebo dreva. Môže sa použiť na osvetlenie objektov nachádzajúcich sa v odľahlých oblastiach. Rozsah jeho aplikácie môže byť zábavný aj užitočný v stavebníctve a inštalačné práce, o realizácii ani nehovoriac tvorivý potenciál v oblasti gravírovania do dreva alebo plexiskla.

Rezanie laserom

Nástroje a príslušenstvo, ktoré budete potrebovať na výrobu vlastného lasera:

Obrázok 1. Obvod laserovej LED.

chybná DVD-RW mechanika s funkčnou laserovou diódou;
laserové ukazovátko alebo prenosný kolimátor;
spájkovačka a malé drôty;
1 Ohm odpor (2 ks);
kondenzátory 0,1 uF a 100 uF;
AAA batérie (3 ks.);
malé nástroje ako skrutkovač, nôž a pilník.

Tieto materiály budú pre nadchádzajúcu prácu úplne postačujúce.

Takže pre laserové zariadenie musíte v prvom rade vybrať jednotku DVD-RW s mechanickou poruchou, pretože optické diódy musia byť v dobrom stave. Ak nemáte opotrebovaný pohon, budete si ho musieť kúpiť od ľudí, ktorí ho predávajú na náhradné diely.

Pri nákupe majte na pamäti, že väčšina diskov od výrobcu Samsung je nevhodná na výrobu rezacích laserov. Faktom je, že táto spoločnosť vyrába DVD mechaniky s diódami, ktoré nie sú chránené pred vonkajšími vplyvmi. Nedostatok špeciálneho krytu znamená, že laserová dióda je vystavená tepelnému namáhaniu a kontaminácii. Ľahkým dotykom ruky sa môže poškodiť.

Obrázok 2. Laser z jednotky DVD-RW.

Najlepšou možnosťou pre laser by bol disk od výrobcu LG. Každý model je vybavený kryštálom s rôznym stupňom výkonu. Tento indikátor je určený rýchlosťou zápisu dvojvrstvových diskov DVD. Je mimoriadne dôležité, aby bola jednotka nahrávacou jednotkou, pretože obsahuje infračervený žiarič, ktorý je potrebný na výrobu lasera. Bežný nebude fungovať, pretože je určený iba na čítanie informácií.

DVD-RW s rýchlosťou záznamu 16X je vybavené červeným kryštálom s výkonom 180-200 mW. Pohon s rýchlosťou 20X obsahuje diódu 250-270 mW. Vysokorýchlostné záznamové zariadenia typu 22X sú vybavené laserovou optikou, ktorej výkon dosahuje 300 mW.

Návrat k obsahu

Demontáž jednotky DVD-RW

Tento proces sa musí vykonávať veľmi opatrne, pretože vnútorné časti sú krehké a môžu sa ľahko poškodiť. Po demontáži puzdra si okamžite všimnete potrebnú časť, ktorá vyzerá ako malý kúsok skla vo vnútri mobilného vozíka. Jeho základňu je potrebné odstrániť, je znázornené na obr. Tento prvok obsahuje optickú šošovku a dve diódy.

V tejto fáze by ste mali okamžite varovať, že laserový lúč je mimoriadne nebezpečný pre ľudské videnie.

Ak zasiahne šošovku priamo, poškodí nervové zakončenia a človek môže zostať slepý.

Laserový lúč oslepuje aj na vzdialenosť 100 m, preto je dôležité sledovať, kam ho nasmerujete. Pamätajte, že ste zodpovedný za zdravie ostatných, kým máte takéto zariadenie vo svojich rukách!

Obrázok 3. Čip LM-317.

Skôr ako začnete, musíte vedieť, že laserová dióda sa môže poškodiť nielen neopatrným zaobchádzaním, ale aj napäťovými rázmi. To sa môže stať v priebehu niekoľkých sekúnd, a preto diódy fungujú na základe stáleho zdroja elektriny. Keď sa napätie zvýši, LED v zariadení prekročí svoj štandard jasu, v dôsledku čoho sa rezonátor zničí. Dióda tak stráca schopnosť zahrievania, stáva sa z nej obyčajná baterka.

Kryštál je tiež ovplyvnený teplotou okolo neho, keď klesá, výkon lasera sa zvyšuje pri konštantnom napätí. Ak prekročí štandardnú normu, rezonátor sa zničí podľa podobného princípu. Menej často dochádza k poškodeniu diódy náhlymi zmenami, ktoré sú spôsobené častým zapínaním a vypínaním zariadenia počas krátkej doby.

Po odstránení kryštálu musíte jeho konce okamžite zviazať obnaženými drôtmi. To je potrebné na vytvorenie spojenia medzi jeho napäťovými výstupmi. K týmto výstupom je potrebné prispájkovať malý kondenzátor 0,1 µF so zápornou polaritou a 100 µF s kladnou polaritou. Po tomto postupe môžete odstrániť navinuté drôty. To pomôže chrániť laserovú diódu pred prechodnými javmi a statickou elektrinou.

Návrat k obsahu

Výživa

Pred vytvorením batérie pre diódu je potrebné počítať s tým, že musí byť napájaná z 3V a spotrebuje až 200-400 mA v závislosti od rýchlosti záznamového zariadenia. Mali by ste sa vyhnúť pripojeniu kryštálu priamo k batériám, pretože nejde o jednoduchú lampu. Môže sa zhoršiť aj pod vplyvom bežných batérií. Laserová dióda je samostatný prvok, ktorý je napájaný elektrickou energiou cez regulačný odpor.

Systém napájania je možné konfigurovať tromi spôsobmi s rôznou mierou zložitosti. Každý z nich vyžaduje dobíjanie zo zdroja konštantného napätia (batérie).

Prvá metóda zahŕňa elektrickú reguláciu pomocou odporu. Vnútorný odpor Zariadenie sa meria detekciou napätia pri jeho prechode cez diódu. Pre jednotky s rýchlosťou zápisu 16X bude postačovať 200 mA. Ak sa tento indikátor zvýši, existuje šanca na poškodenie kryštálu, takže by ste sa mali držať maximálna hodnota pri 300 mA. Ako zdroj energie sa odporúča použiť telefónnu batériu alebo batérie typu AAA.

Výhodou tohto zdroja je jednoduchosť a spoľahlivosť. Medzi nevýhody patrí nepohodlie pri pravidelnom dobíjaní batérie z telefónu a náročnosť umiestňovania batérií do zariadenia. Okrem toho je ťažké určiť správny okamih na dobitie zdroja energie.

Obrázok 4. Čip LM-2621.

Ak použijete tri batérie AA, tento obvod sa dá ľahko nainštalovať do laserového ukazovátka čínskej výroby. Hotový dizajn znázornené na obr. 2, dva 1 Ohm odpory v sérii a dva kondenzátory.

Pre druhú metódu sa používa čip LM-317. Tento spôsob usporiadania energetického systému je oveľa komplikovanejší ako predchádzajúci, je vhodnejší pre laserové inštalácie stacionárneho typu. Schéma je založená na výrobe špeciálneho ovládača, ktorým je malá doska. Je navrhnutý tak, aby obmedzil elektrický prúd a vytvoril potrebný výkon.

Pripojovací obvod mikroobvodu LM-317 je na obr.3. Bude to vyžadovať prvky ako 100 ohmový premenlivý odpor, 2 10 ohmové odpory, diódu série 1N4001 a 100 μF kondenzátor.

Ovládač založený na tejto schéme podporuje elektrickej energie(7V) bez ohľadu na zdroj napájania a okolitú teplotu. Napriek zložitosti zariadenia je tento obvod považovaný za najjednoduchší na montáž doma.

Tretia metóda je najprenosnejšia, vďaka čomu je najpreferovanejšia zo všetkých. Poskytuje napájanie z dvoch AAA batérií, udržiavajúcich konštantnú úroveň napätia dodávaného do laserovej diódy. Systém udržiava energiu, aj keď je úroveň nabitia batérie nízka.

Po úplnom vybití batérie obvod prestane fungovať a cez diódu prejde malé napätie, ktoré bude charakterizované slabým žiarením laserového lúča. Tento typ napájacieho zdroja je najhospodárnejší, jeho faktor účinnosti je 90%.

Na implementáciu takéhoto systému napájania budete potrebovať čip LM-2621, ktorý je umiestnený v obale s rozmermi 3x3 mm. Preto sa počas obdobia spájkovania častí môžete stretnúť s určitými ťažkosťami. Konečný rozmer dosky závisí od vašej zručnosti a šikovnosti, keďže diely je možné umiestniť aj na dosku 2x2 cm Hotová tabuľa je na obr.

Tlmivku je možné odobrať z bežného napájacieho zdroja pre stolný počítač. Na ňom je navinutý drôt s prierezom 0,5 mm s počtom závitov do 15 závitov, ako je znázornené na obrázku. Priemer škrtiacej klapky zvnútra bude 2,5 mm.

Pre dosku je vhodná akákoľvek Schottkyho dióda s hodnotou 3 A, napríklad 1N5821, SB360, SR360 a MBRS340T3. Výkon privádzaný do diódy sa nastavuje odporom. Počas procesu nastavenia sa odporúča pripojiť ho k 100 Ohmovému variabilnému odporu. Pri testovaní funkčnosti je najlepšie použiť opotrebovanú alebo nechcenú laserovú diódu. Aktuálny indikátor napájania zostáva rovnaký ako v predchádzajúcom diagrame.

Keď nájdete najvhodnejšiu metódu, môžete ju upgradovať, ak na to máte potrebné zručnosti. Laserová dióda musí byť umiestnená na miniatúrnom chladiči, aby sa pri zvýšení napätia neprehriala. Po dokončení montáže napájacieho systému sa musíte postarať o inštaláciu optického skla.

Sekcie