Kaj lahko naredimo z laserjem. Iz DVD pogona z lastnimi rokami naredimo močan laser za zapisovanje

Danes se bomo pogovarjali o tem, kako narediti svoj močan zeleni ali modri laser doma iz improviziranih materialov z lastnimi rokami. Upoštevali bomo tudi risbe, diagrame in napravo domačih laserskih kazalcev z vžigalnim žarkom in dosegom do 20 km.

Osnova laserske naprave je optični kvantni generator, ki z uporabo električne, toplotne, kemične ali druge energije proizvaja laserski žarek.

Delovanje laserja temelji na pojavu stimuliranega (induciranega) sevanja. Lasersko sevanje je lahko neprekinjeno, s konstantno močjo, ali impulzno, ki dosega izjemno visoke konične moči. Bistvo pojava je v tem, da je vzbujeni atom sposoben oddati foton pod vplivom drugega fotona brez njegove absorpcije, če je energija slednjega enaka razliki v energijah nivojev atoma pred in po emisija. V tem primeru je emitirani foton koherenten fotonu, ki je povzročil sevanje, torej je njegova natančna kopija. Tako se svetloba ojača. Ta pojav se razlikuje od spontane emisije, pri kateri imajo oddani fotoni naključne smeri širjenja, polarizacijo in fazo.
Verjetnost, da bo naključni foton povzročil stimulirano emisijo vzbujenega atoma, je natanko enaka verjetnosti, da bo atom v nevzbujenem stanju absorbiral ta foton. Zato je za ojačanje svetlobe potrebno, da je v mediju več vzbujenih atomov kot nevzbujenih. V stanju ravnovesja ta pogoj ni izpolnjen, zato se uporabljajo različni sistemi črpanja laserskega aktivnega medija (optični, električni, kemični itd.). V nekaterih shemah se delovni element laserja uporablja kot optični ojačevalnik za sevanje iz drugega vira.

V kvantnem generatorju ni zunanjega fotonskega toka, inverzna populacija se ustvari znotraj njega s pomočjo različnih virovčrpanje. Glede na vire obstajajo različne načinečrpanje:
optična - močna bliskavica;
izpust plina v delovni snovi (aktivni medij);
vbrizg (prenos) tokovnih nosilcev v polprevodnik v coni
p-n prehodi;
elektronsko vzbujanje (vakuumsko obsevanje čistega polprevodnika s tokom elektronov);
termično (ogrevanje plina z njegovim kasnejšim hitrim hlajenjem;
kemična (poraba energije kemične reakcije) in nekateri drugi.

Primarni vir generiranja je proces spontane emisije, zato je za zagotovitev kontinuitete generiranja fotonov potrebna pozitivna povratna zveza, zaradi katere oddani fotoni povzročijo kasnejša dejanja stimulirane emisije. Da bi to naredili, je aktivni medij laserja nameščen v optični resonator. V najpreprostejšem primeru je sestavljen iz dveh zrcal, od katerih je eno prosojno - laserski žarek delno izstopa iz resonatorja skozi njega.

Žarek sevanja, ki se odbija od zrcal, večkrat prehaja skozi resonator in v njem povzroči inducirane prehode. Sevanje je lahko kontinuirano ali impulzno. Hkrati je mogoče z uporabo različnih naprav za hitro izklapljanje in vklapljanje povratnih informacij ter s tem skrajševanje impulzne dobe ustvariti pogoje za generiranje sevanja zelo velike moči - to so tako imenovani velikanski impulzi. Ta način delovanja laserja se imenuje način s preklopom Q.
Laserski žarek je koherenten, enobarven, polariziran ozek svetlobni žarek. Z eno besedo, to je žarek svetlobe, ki ga oddajajo ne samo sinhroni viri, ampak tudi v zelo ozkem obsegu in usmerjeni. Nekakšen izjemno koncentriran svetlobni tok.

Sevanje, ki ga ustvari laser, je monokromatsko, verjetnost oddajanja fotona določene valovne dolžine je večja od fotona, ki je blizu razporejenega, kar je povezano s širjenjem spektralne črte, verjetnost induciranih prehodov pri tej frekvenci pa ima tudi največjo vrednost. . Zato bodo postopoma v procesu generiranja fotoni dane valovne dolžine prevladali nad vsemi drugimi fotoni. Poleg tega se zaradi posebne razporeditve zrcal v laserski žarek shranijo samo tisti fotoni, ki se širijo v smeri, ki je vzporedna z optično osjo resonatorja na majhni razdalji od nje, preostali fotoni pa hitro zapustijo prostornino resonatorja. . Tako ima laserski žarek zelo majhen kot divergence. Končno ima laserski žarek strogo določeno polarizacijo. Da bi to naredili, se v resonator vnesejo različni polarizatorji, na primer lahko so ravne steklene plošče, nameščene pod Brewsterjevim kotom glede na smer širjenja laserskega žarka.

Katera delovna tekočina se uporablja v laserju, je odvisno od njegove delovne valovne dolžine in drugih lastnosti. Delovno telo "načrpamo" z energijo, da dobimo učinek inverzije elektronske naseljenosti, kar povzroči stimulirano emisijo fotonov in učinek optičnega ojačanja. Najenostavnejša oblika optičnega resonatorja sta dve vzporedni zrcali (lahko tudi štiri ali več), nameščeni okoli delovnega telesa laserja. Stimulirano sevanje delovnega telesa se zrcala odbijajo nazaj in ponovno ojačajo. Do trenutka izhoda navzven se lahko val večkrat odbije.

Torej, na kratko oblikujmo pogoje, potrebne za ustvarjanje vira koherentne svetlobe:

potrebujete delovno snov z inverzno populacijo. Šele takrat je mogoče dobiti ojačanje svetlobe zaradi prisilnih prehodov;
delovna snov naj bo nameščena med ogledali, ki zagotavljajo povratno informacijo;
dobiček, ki ga daje delovna snov, kar pomeni, da mora biti število vzbujenih atomov ali molekul v delovni snovi večje od mejne vrednosti, ki je odvisna od odbojnega koeficienta izhodnega zrcala.

Pri oblikovanju laserjev se lahko uporabljajo naslednje vrste delovnih teles:

Tekočina. Uporablja se kot delovna tekočina, na primer v barvnih laserjih. Sestava vključuje organsko topilo(metanol, etanol ali etilen glikol), v katerem so raztopljeni kemična barvila(kumarin ali rodamin). Delovna dolžina valovi tekoči laserji določeno s konfiguracijo uporabljenih molekul barvila.

Plini. Še posebej, ogljikov dioksid, argon, kripton ali mešanice plinov, kot v helij-neonskih laserjih. "Črpanje" energije teh laserjev se najpogosteje izvaja s pomočjo električnih razelektritev.
Trdne snovi (kristali in stekla). Trdni material takšnih delovnih teles se aktivira (legira) z dodajanjem majhne količine kromovih, neodimovih, erbijevih ali titanovih ionov. Običajno se uporabljajo naslednji kristali: itrijev aluminijev granat, itrijev litijev fluorid, safir (aluminijev oksid) in silikatnega stekla. Polprevodniški laserji se običajno "črpajo" z bliskavico ali drugim laserjem.

Polprevodniki. Material, v katerem lahko prehod elektronov med energijskimi nivoji spremlja sevanje. Polprevodniški laserji so zelo kompaktni, "napihnjeni" električni šok, kar jim omogoča uporabo v potrošniških napravah, kot so CD predvajalniki.

Če želite ojačevalnik spremeniti v generator, morate organizirati povratne informacije. Pri laserjih se to doseže tako, da se učinkovina namesti med odbojne površine (ogledala), ki tvorijo tako imenovani "odprti resonator" zaradi dejstva, da se del energije, ki jo oddaja učinkovina, odbije od zrcal in se ponovno vrne nazaj do učinkovina

Laser uporablja optične votline različnih vrst - z ravna ogledala, sferični, kombinacije ravnih in sferičnih, itd. V optičnih votlinah, ki zagotavljajo povratno zvezo v laserju, je mogoče vzbujati samo določene vrste nihanj. elektromagnetno polje, ki jih imenujemo lastna nihanja ali načini resonatorja.

Načini so označeni s frekvenco in obliko, to je s prostorsko porazdelitvijo nihanj. V resonatorju s ploščatimi zrcali se vzbujajo predvsem vrste nihanj, ki ustrezajo ravnim valovom, ki se širijo vzdolž osi resonatorja. Sistem dveh vzporednih zrcal resonira le pri določenih frekvencah - in tudi v laserju opravlja vlogo, ki jo ima nihajno vezje v običajnih nizkofrekvenčnih generatorjih.

Uporaba odprtega resonatorja (in ne zaprtega - zaprta kovinska votlina - značilnost mikrovalovnega območja) je temeljna, saj v optičnem območju resonator z dimenzijami L = ? (L je značilna velikost resonatorja,? je valovna dolžina) preprosto ni mogoče narediti in za L >> ? zaprti resonator izgubi svoje resonančne lastnosti, saj število možnih načinov nihanja postane tako veliko, da se prekrivajo.

Odsotnost stranskih sten bistveno zmanjša število možnih vrst nihanj (načinov) zaradi dejstva, da valovi, ki se širijo pod kotom na os resonatorja, hitro presežejo njegove meje, in omogoča ohranitev resonančnih lastnosti resonatorja pri L >>?. Vendar pa resonator v laserju ne daje le povratne informacije z vračanjem sevanja, ki se odbije od zrcal, k aktivni snovi, temveč tudi določa spekter laserskega sevanja, njegove energijske značilnosti in usmerjenost sevanja.
V najenostavnejšem približku ravnega vala je resonančni pogoj v resonatorju s ploščatimi ogledali, da se celo število polvalov prilega dolžini resonatorja: L=q(?/2) (q je celo število), kar vodi do izraza za frekvenco tipa nihanja z indeksom q: ?q=q(C/2L). Posledično je emisijski spekter L. praviloma niz ozkih spektralnih črt, intervali med katerimi so enaki in enaki c / 2L. Število črt (komponent) za določeno dolžino L je odvisno od lastnosti aktivnega medija, to je od spektra spontane emisije pri uporabljenem kvantnem prehodu, in lahko doseže več deset in stotin. Pod določenimi pogoji se izkaže, da je mogoče izolirati eno spektralno komponento, t.j. izvesti enomodni režim generiranja. Spektralno širino vsake od komponent določajo izgube energije v resonatorju in predvsem prepustnost in absorpcija svetlobe z ogledali.

Frekvenčni profil ojačenja v delovnem mediju (določen je s širino in obliko črte delovnega medija) in niz lastnih frekvenc odprtega resonatorja. Pri odprtih resonatorjih z visokim faktorjem kakovosti, ki se uporabljajo v laserjih, se pasovna širina votline ??p, ki določa širino resonančnih krivulj posameznih modov, in celo razdalja med sosednjimi modami ??h, izkaže za manjšo od ojačanja širina črte ??h in celo v plinskih laserjih, kjer je širitev črte minimalna. Zato v ojačevalno vezje spada več vrst nihanj resonatorja.

Torej ni nujno, da laser generira na eni frekvenci, pogosteje, nasprotno, generiranje poteka hkrati pri več vrstah nihanj, za kateri dobiček? več izgub v resonatorju. Da bi laser deloval na eni frekvenci (enofrekvenčni način), je običajno potrebno vzeti posebne ukrepe(na primer povečajte izgube, kot je prikazano na sliki 3) ali spremenite razdaljo med ogledali, tako da samo en način vstopi v ojačevalno vezje. Ker je v optiki, kot je navedeno zgoraj, ?h > ?p in je frekvenca generiranja v laserju določena predvsem s frekvenco resonatorja, je treba resonator stabilizirati, da ohranimo frekvenco generiranja stabilno. Torej, če dobiček v delovni snovi pokrije izgube v resonatorju za določene vrste nihanj, se na njih pojavi generacija. Zarodek za njegov nastanek je, kot pri vsakem generatorju, šum, ki je spontana emisija v laserjih.
Da aktivni medij oddaja koherentno monokromatsko svetlobo, je treba vnesti povratno zvezo, tj. del sevanja, ki ga ta medij oddaja. svetlobni tok pošlje nazaj v medij za stimulirano emisijo. Pozitivno Povratne informacije izvajajo s pomočjo optičnih resonatorjev, ki so v osnovni različici dve koaksialni (vzporedni in vzdolž iste osi) nameščeni zrcali, od katerih je eno prosojno, drugo pa "gluho", tj. popolnoma odbija svetlobni tok. Delovna snov (aktivni medij), v kateri nastaja inverzna naseljenost, je nameščena med ogledali. Stimulirano sevanje prehaja skozi aktivni medij, se ojača, odbije od zrcala, ponovno preide skozi medij in se nadalje ojača. Skozi polprozorno ogledalo se del sevanja oddaja v zunanje okolje, del pa se odbije nazaj v medij in ponovno ojača. Pod določenimi pogoji bo fotonski tok znotraj delovne snovi začel rasti kot plaz in začelo se bo ustvarjanje monokromatske koherentne svetlobe.

Načelo delovanja optičnega resonatorja je, da je prevladujoče število delcev delovne snovi, ki jih predstavljajo svetlobni krogi, v osnovnem stanju, to je na nižji energijski ravni. Le majhno število delcev, ki jih predstavljajo podočnjaki, je v elektronsko vzbujenem stanju. Ko je delovna snov izpostavljena viru črpanja, preide glavno število delcev v vzbujeno stanje (število podočnjakov se je povečalo) in nastane inverzna populacija. Nadalje (slika 2c) pride do spontane emisije nekaterih delcev v elektronsko vzbujenem stanju. Sevanje, usmerjeno pod kotom na os resonatorja, bo zapustilo delovno snov in resonator. Sevanje, ki je usmerjeno vzdolž osi resonatorja, se bo približalo zrcalna površina.

Pri prosojnem ogledalu bo del sevanja prešel skozenj okolju, del pa se bo odbil in ponovno usmeril na delovno snov, pri čemer bodo delci v vzbujenem stanju vključeni v proces stimulirane emisije.

V "gluhem" zrcalu se bo celoten tok žarka odbil in ponovno šel skozi delovno snov, induciral sevanje vseh preostalih vzbujenih delcev, kar odraža stanje, ko so vsi vzbujeni delci oddali svojo shranjeno energijo in na izhodu resonatorja je na strani polprosojnega zrcala nastal močan tok induciranega sevanja.

Glavni strukturni elementi laserji vključujejo delovno snov z določenimi energijskimi nivoji svojih sestavnih atomov in molekul, vir črpalke, ki ustvarja inverzno naseljenost v delovni snovi, in optični resonator. Obstaja veliko število različnih laserjev, vendar so vsi enaki in poleg tega preprosti shema vezja napravo, ki je prikazana na sl. 3.

Izjema so polprevodniški laserji zaradi svoje specifičnosti, saj imajo vse posebno: fiziko procesov, načine črpanja in zasnovo. Polprevodniki so kristalne tvorbe. V ločenem atomu ima energija elektrona strogo določene diskretne vrednosti, zato so energijska stanja elektrona v atomu opisana z nivoji. V polprevodniškem kristalu energijske ravni tvorijo energijske pasove. V čistem polprevodniku, ki ne vsebuje primesi, obstajata dva pasova: tako imenovani valenčni pas in prevodni pas, ki se nahaja nad njim (na energijski lestvici).

Med njimi je vrzel prepovedanih energijskih vrednosti, ki se imenuje pasovni pas. Pri temperaturi polprevodnika, ki je enaka absolutni nič, mora biti valenčni pas popolnoma zapolnjen z elektroni, prevodni pas pa mora biti prazen. AT realne razmere temperatura je vedno višja absolutna ničla. Toda zvišanje temperature povzroči toplotno vzbujanje elektronov, nekateri od njih preskočijo iz valenčnega pasu v prevodni pas.

Zaradi tega procesa se v prevodnem pasu pojavi določeno (razmeroma majhno) število elektronov, ustrezno število elektronov pa bo manjkalo v valenčnem pasu, dokler ni popolnoma zapolnjen. Prosto mesto elektrona v valenčnem pasu predstavlja pozitivno nabit delec, ki ga imenujemo luknja. Kvantni prehod elektrona skozi pasovno vrzel od spodaj navzgor se obravnava kot proces generiranja para elektron-luknja, pri čemer so elektroni koncentrirani na spodnjem robu prevodnega pasu, luknje pa na zgornjem robu valenčnega pasu. Prehodi skozi prepovedano cono so možni ne le od spodaj navzgor, ampak tudi od zgoraj navzdol. Ta proces se imenuje rekombinacija elektron-luknja.

Ko čisti polprevodnik obsevamo s svetlobo, katere fotonska energija nekoliko presega prepovedani pas, lahko v polprevodniškem kristalu pride do treh vrst interakcije svetlobe s snovjo: absorpcije, spontane emisije in stimulirane emisije svetlobe. Prva vrsta interakcije je možna, ko foton absorbira elektron, ki se nahaja blizu zgornjega roba valenčnega pasu. V tem primeru bo energetska moč elektrona zadostovala za premagovanje prepovedanega pasu in bo naredil kvantni prehod v prevodni pas. Spontana emisija svetlobe je možna, ko se elektron spontano vrne iz prevodnega pasu v valenčni pas z emisijo energijskega kvanta – fotona. Zunanje sevanje lahko sproži prehod v valenčni pas elektrona, ki se nahaja blizu spodnjega roba prevodnega pasu. Rezultat te tretje vrste interakcije svetlobe s snovjo polprevodnika bo rojstvo sekundarnega fotona, ki je po svojih parametrih in smeri gibanja enak fotonu, ki je sprožil prehod.

Za ustvarjanje laserskega sevanja je potrebno v polprevodniku ustvariti inverzno populacijo "delovnih ravni" - ustvariti dovolj visoko koncentracijo elektronov na spodnjem robu prevodnega pasu in s tem visoko koncentracijo lukenj na robu valenčnega pasu. Za te namene čisti polprevodniški laserji običajno uporabljajo črpanje z elektronskim žarkom.

Zrcala resonatorja so polirani robovi polprevodniškega kristala. Pomanjkljivost takšnih laserjev je, da veliko polprevodniških materialov ustvarja lasersko sevanje le pri zelo visoki nizke temperature, obstreljevanje polprevodniških kristalov s tokom elektronov povzroči njihovo močno segrevanje. To zahteva dodatne hladilne naprave, kar oteži zasnovo aparata in poveča njegove dimenzije.

Lastnosti dopiranih polprevodnikov se bistveno razlikujejo od lastnosti nedopiranih, čistih polprevodnikov. To je posledica dejstva, da atomi nekaterih nečistoč zlahka oddajo enega od svojih elektronov prevodnemu pasu. Te primesi imenujemo donorske primesi, polprevodnik s takimi primesmi pa n-polprevodnik. Atomi drugih nečistoč, nasprotno, ujamejo en elektron iz valenčnega pasu in takšne nečistoče so akceptorske, polprevodnik s takimi nečistočami pa je p-polprevodnik. Energijski nivo atomov nečistoč se nahaja znotraj prepovedanega pasu: pri n-polprevodnikih ni daleč od spodnjega roba prevodnega pasu, pri f-polprevodnikih pa blizu zgornjega roba valenčnega pasu.

Če se v tem območju ustvari električna napetost, tako da je pozitivni pol na strani p-polprevodnika in negativni pol na strani p-polprevodnika, potem pod delovanjem električno polje elektroni iz n-polprevodnika in luknje iz n-polprevodnika se bodo premaknili (vbrizgali) v območje p-n spoja.

Med rekombinacijo elektronov in lukenj se bodo oddajali fotoni, ob prisotnosti optičnega resonatorja pa je možno ustvarjanje laserskega sevanja.

Zrcala optičnega resonatorja so polirane ploskve polprevodniškega kristala, usmerjene pravokotno p-p ravnina- prehod. Za takšne laserje je značilna miniaturizacija, saj so lahko dimenzije polprevodniškega aktivnega elementa približno 1 mm.

Glede na obravnavano funkcijo so vsi laserji razdeljeni na naslednji način).

Prvi znak. Običajno je razlikovati med laserskimi ojačevalniki in generatorji. V ojačevalnikih se na vhod dovaja šibko lasersko sevanje, na izhodu pa se ustrezno ojača. V generatorjih ni zunanjega sevanja, nastane v delovni snovi zaradi njenega vzbujanja s pomočjo različnih črpalnih virov. Vse medicinske laserske naprave so generatorji.

Drugi znak je agregatno stanje delovne snovi. V skladu s tem so laserji razdeljeni na trdne (rubin, safir itd.), plinske (helij-neon, helij-kadmij, argon, ogljikov dioksid itd.), tekoče (tekoči dielektrik z nečistočami delovnih atomov redkih zemeljske kovine) in polprevodnikov (arzenid-galij, arzenid-fosfid-galij, selenid-svinec itd.).

Metoda vzbujanja delovne snovi je tretja znak laserji. Glede na vir vzbujanja ločimo laserje z optičnim črpanjem, s črpanjem zaradi plinske razelektritve, z elektronskim vzbujanjem, z vbrizgavanjem nosilca naboja, s toplotnim, kemičnim črpanjem in nekatere druge.

Emisijski spekter laserja je naslednji znak klasifikacije. Če je sevanje koncentrirano v ozkem območju valovnih dolžin, je običajno, da je laser monokromatski in je določena valovna dolžina navedena v njegovih tehničnih podatkih; če je v širokem razponu, je treba laser šteti za širokopasovnega in je treba navesti razpon valovnih dolžin.

Glede na naravo oddane energije ločimo impulzne laserje in laserje z zveznimi valovi. Ne smemo zamenjevati pojmov impulzni laser in laser s frekvenčno modulacijo neprekinjenega sevanja, saj v drugem primeru dobimo pravzaprav diskontinuirano sevanje različnih frekvenc. Impulzni laserji imajo visoko moč v enem impulzu, ki doseže 10 W, medtem ko je njihova povprečna impulzna moč, določena z ustreznimi formulami, relativno nizka. Pri cw laserjih s frekvenčno modulacijo je moč v tako imenovanem pulzu manjša od moči neprekinjenega sevanja.

Glede na povprečno izhodno moč sevanja (naslednja klasifikacijska značilnost) se laserji delijo na:

visoka energija (ustvarjena moč sevanja gostote pretoka na površini predmeta ali biološkega predmeta - več kot 10 W / cm2);

srednja energija (ustvarjena moč sevanja gostote pretoka - od 0,4 do 10 W / cm2);

nizkoenergijski (ustvarjena moč sevanja gostote pretoka - manj kot 0,4 W/cm2).

Mehka (ustvarjena energijska izpostavljenost - E ali gostota pretoka moči na obsevani površini - do 4 mW/cm2);

povprečje (E - od 4 do 30 mW / cm2);

trda (E - več kot 30 mW / cm2).

V skladu z " Sanitarni standardi in pravila za načrtovanje in delovanje laserjev št. 5804-91 ”, glede na stopnjo nevarnosti ustvarjenega sevanja za operativno osebje so laserji razdeljeni v štiri razrede.

Prvorazredni laserji so tehnične naprave, katerega izhodno kolimirano (vsebovano v omejenem trdnem kotu) sevanje ne predstavlja nevarnosti, če je obsevano za oči in kožo osebe.

Laserji drugega razreda so naprave, katerih izhodno sevanje je nevarno, če so oči izpostavljene neposrednemu in zrcalno odbitemu sevanju.

Laserji tretjega razreda so naprave, katerih izhodno sevanje je nevarno, če so oči izpostavljene neposrednemu in zrcalno odbitemu, pa tudi razpršeno odbitemu sevanju na razdalji 10 cm od razpršeno odbojne površine in (ali) ko je izpostavljena koža. na direktno in zrcalno odbito sevanje.

Laserji razreda 4 so naprave, katerih izhodno sevanje je nevarno, če je koža izpostavljena difuzno odbojnemu sevanju na razdalji 10 cm od difuzno odbojne površine.

Izdelava močnega gorečega laserja z lastnimi rokami je preprosta naloga, vendar bo poleg sposobnosti uporabe spajkalnika potrebna skrb in natančnost pristopa. Takoj je treba opozoriti, da tukaj ni potrebno poglobljeno znanje elektrotehnike in napravo lahko naredite tudi doma. Glavna stvar med delom je upoštevanje varnostnih ukrepov, saj je izpostavljenost laserskemu žarku škodljiva za oči in kožo.

Laser je nevarna igrača, ki lahko ob neprevidni uporabi škoduje zdravju. Laserja ne usmerjajte v ljudi ali živali!

Kaj bo potrebno?

Vsak laser lahko razdelimo na več komponent:

• oddajnik svetlobnega toka;
• optika;
• vir energije;
• trenutni stabilizator moči (gonilnik).

Da bi bil močan domači laser, je treba vse te komponente obravnavati ločeno. Najbolj praktičen in enostaven za montažo je laser, ki temelji na laserski diodi, in ga bomo obravnavali v tem članku.

Kje se da dobiti diodo za laser?

Delovno telo vsakega laserja je laserska dioda. Lahko ga kupite v skoraj vsaki radijski trgovini ali pa ga dobite iz nedelujočega CD pogona. Dejstvo je, da je nedelovanje pogona redko povezano z okvaro laserske diode. Če imate na voljo pokvarjen pogon, ga lahko dobite brez dodatnih stroškov želeni element. Vendar morate upoštevati, da so njegova vrsta in lastnosti odvisne od modifikacije pogona.

Najšibkejši laser, ki deluje v infrardečem območju, je nameščen v pogonih CD-ROM. Njegova moč zadošča le za branje CD-jev, žarek pa je skoraj neviden in ne more prežgati predmetov. Več kot močan laser ny dioda primerna za gorenje in zasnovana za isto valovno dolžino. Velja za najnevarnejšega, saj oddaja žarek v očesu nevidnem spektru.

DVD-ROM pogon je opremljen z dvema šibkima laserskima diodama, ki imata dovolj energije le za branje CD-jev in DVD-jev. DVD-RW zapisovalnik ima močan rdeči laser. Njegov žarek je viden pri kateri koli svetlobi in zlahka vžge nekatere predmete.

BD-ROM ima vijoličen ali moder laser, ki je po parametrih podoben DVD-ROM-u. Od zapisovalnikov BD-RE lahko dobite najmočnejšo lasersko diodo s čudovitim vijoličnim ali modrim žarkom, ki lahko gori. Vendar pa je precej težko najti tak pogon za demontažo in delujoča naprava drago stane.

Najprimernejša je laserska dioda, vzeta iz zapisovalnika plošč DVD-RW. Najkakovostnejše laserske diode so vgrajene v diske LG, Sony in Samsung.

Večja je hitrost DVD snemanje pogon, močnejša je laserska dioda vgrajena vanj.

Demontaža pogona

Ko je pogon pred njimi, je treba najprej odstraniti zgornji pokrov tako, da odvijete 4 vijake. Nato se odstrani premični mehanizem, ki se nahaja v središču in je povezan z tiskano vezje gibljiva zanka. Naslednja tarča je laserska dioda, zanesljivo stisnjena v radiator iz aluminija ali duraluminijeve zlitine. Preden ga razstavite, je priporočljivo zagotoviti zaščito pred statično elektriko. Da bi to naredili, so vodniki laserske diode spajkani ali oviti s tanko bakreno žico.

Nadalje sta možni dve možnosti. Prvi vključuje delovanje končnega laserja v obliki stacionarne instalacije skupaj s standardnim radiatorjem. Druga možnost je sestavljanje naprave v ohišje prenosne svetilke ali laserskega kazalca. V tem primeru boste morali uporabiti silo, da pregriznete ali prerežete radiator, ne da bi poškodovali sevalni element.

Voznik

Napajanje laserja je treba jemati odgovorno. Tako kot pri LED diodah mora biti to vir stalnega toka. Na internetu je veliko vezij, ki jih napaja baterija ali baterija prek omejevalnega upora. Zadostnost takšne rešitve je dvomljiva, saj se napetost na bateriji ali bateriji razlikuje glede na stopnjo napolnjenosti. V skladu s tem bo tok, ki teče skozi lasersko oddajno diodo, močno odstopal od nazivne vrednosti. Zaradi tega naprava pri nizkih tokovih ne bo delovala učinkovito, pri visokih tokovih pa bo povzročilo hitro zmanjšanje intenzivnosti njenega sevanja.

Najboljša možnost je uporaba najpreprostejšega stabilizatorja toka, zgrajenega na osnovi. To mikrovezje spada v kategorijo univerzalnih integriranih stabilizatorjev z možnostjo samostojne nastavitve toka in napetosti na izhodu. Mikrovezje deluje v širokem razponu vhodnih napetosti: od 3 do 40 voltov.

Analog LM317 je domače mikrovezje KR142EN12.

Za prvi laboratorijski poskus je primerna spodnja shema. Izračun edinega upora v vezju se izvede po formuli: R = I / 1,25, kjer je I nazivni laserski tok (referenčna vrednost).

Včasih sta na izhodu stabilizatorja vzporedno z diodo nameščena polarni kondenzator 2200 uFx16 V in nepolarni kondenzator 0,1 uF. Njihovo sodelovanje je upravičeno v primeru dovajanja napetosti na vhod iz stacionarnega napajalnika, ki lahko zgreši nepomembno spremenljivo komponento in impulzni šum. Eno od teh vezij, zasnovano za napajanje z baterijo Krona ali majhno baterijo, je predstavljeno spodaj.

Diagram prikazuje približno vrednost upora R1. Za natančen izračun morate uporabiti zgornjo formulo.

Po zbiranju žični diagram, lahko izvedete predhodno vključitev in kot dokaz delovanja vezja opazujete svetlo rdečo razpršeno svetlobo sevajoče diode. Po merjenju njegovega dejanskega toka in temperature ohišja je vredno razmisliti o potrebi po namestitvi radiatorja. Če se laser uporablja v stacionarna namestitev na visoki tokovi dolgo časa, potem je potrebno zagotoviti pasivno hlajenje. Zdaj je za dosego cilja ostalo zelo malo: osredotočiti se in dobiti ozek žarek velike moči.

Optika

V znanstvenem smislu je čas za izdelavo preprostega kolimatorja, naprave za pridobivanje žarkov vzporednih svetlobnih žarkov. Idealna možnost v ta namen bo standardna leča, vzeta iz pogona. Z njegovo pomočjo lahko dobite precej tanek laserski žarek s premerom približno 1 mm. Količina energije takšnega žarka je dovolj, da v nekaj sekundah prežge papir, blago in karton, stopi plastiko in zažge les. Če usmerite tanjši žarek, lahko ta laser reže vezan les in pleksi steklo. Toda lečo je zaradi majhne goriščne razdalje precej težko nastaviti in varno pritrditi iz pogona.

Veliko lažje je zgraditi kolimator na osnovi laserskega kazalca. Poleg tega lahko v njegovo ohišje namestite gonilnik in majhno baterijo. Izhod bo žarek s premerom približno 1,5 mm manjšega učinka gorenja. V meglenem vremenu ali ob močnem sneženju lahko z usmerjanjem svetlobnega toka v nebo opazimo neverjetne svetlobne učinke.

Preko spletne trgovine lahko kupite že pripravljen kolimator, posebej zasnovan za montažo in nastavitev laserja. Njegovo telo bo služilo kot radiator. Poznavanje velikosti vseh sestavnih delov naprave, lahko kupite poceni LED svetilko in uporabite njeno ohišje.

Na koncu bi rad dodal nekaj stavkov o nevarnostih laserskega sevanja. Prvič, nikoli ne usmerite laserskega žarka v oči ljudi ali živali. To vodi do resne okvare vida. Drugič, med eksperimentiranjem z rdečim laserjem nosite zelena očala. Preprečujejo prehod večine rdeče komponente spektra. Količina svetlobe, ki prehaja skozi očala, je odvisna od valovne dolžine sevanja. Poglejte laserski žarek od zunaj zaščitna oprema dovoljeno le za kratek čas. AT drugače lahko pride do bolečine v očeh.

Preberite tudi

Ta članek bo razpravljal o tem, kako izdelati močan laser DVD pogon. Toda najprej malo teorije.

Kaj je laser?

Laser je vir svetlobe, katerega lastnosti se močno razlikujejo od vseh drugih virov (žarnice z žarilno nitko, fluorescenčne sijalke, plameni, naravna svetloba itd.). Laserski žarek ima številne izjemne lastnosti. Razširja se na velike razdalje in ima strogo pravokotno smer. Žarek se giblje v zelo ozkem žarku z majhno stopnjo divergence (doseže luno z žariščem več sto metrov). Laserski žarek ima veliko toploto in lahko izvrta luknjo v kateri koli material. Svetlobna jakost snopa je večja od jakosti najmočnejših svetlobnih virov.

Zdaj pa se lotimo vaje. Za sestavo laserja potrebujemo:

1. Spajkalnik in drugo orodje
2. Zapisovalni DVD ali CD pogon. (z DVD bo več moči)

Če želite določiti gorilnik ali ne, morate pogledati njegovo ime, ki se nahaja na zgornjem pokrovu, na nalepki. Če piše DVD-RW ali CD-RW, potem imate pogon za zapisovanje; če piše DVD-R ali CD-R, je pogon samo za branje.

Previdno razstavimo pogon in v njem najdemo tisto, kar potrebujemo, in sicer lasersko glavo. Je na premičnem vozičku. Na fotografiji označeno z rdečo.

Da bi dobili lasersko glavo, moramo odstraniti nosilec. Če želite to narediti, odvijte dva vijaka, ki sta na fotografiji označena s puščicami.

Ko odstranite voziček, morate spajkati noge na laserski glavi, da ne zgori zaradi statične elektrike. Skrajšal sem jih s kosom tanke bakrene žice.

Diagram povezave LD

Laserskega oddajnika ni mogoče priključiti neposredno na napajanje, saj potrebuje konstanten stabiliziran tok. Da bi to naredili, bomo sestavili majhno vezje na stabilizatorju LM317. Tukaj je sama shema:

Upornost se lahko uporablja v prehodih od 6,2 do 6,8 ohmov. Laserski glavi ni zaželeno dovajati toka nad 250 mA, zato bo vse v redu, če uporabite upor v tem območju. Če ne najdete pravega upora, uporabite več zaporedno ali vzporedno povezanih uporov. Negativni izhod laserja je povezan neposredno z minusom napajalnika, pozitivni izhod pa prek tega vezja. Moč laserske diode je 260-270 mV, kar pomeni, da je zaželeno uporabiti dodaten radiator.

Napajalna napetost je 3,7 V, na primer lahko se napaja z litijevo baterijo iz telefona.

Zdaj, če vklopite vezje, boste videli, da laserska dioda samo sveti kot navadna LED. Treba se je osredotočiti. Če želite to narediti, se vrnimo k ostankom pogona. Odstraniti moramo lečo.

Tudi, če imate kitajski laserski kazalec, lahko vzamete optiko iz njega. Točno to sem naredil. Evo, kaj se je zgodilo na koncu.

Vsak od nas je držal laserski kazalec. Kljub dekorativnosti aplikacije vsebuje pravi laser, sestavljen na osnovi polprevodniške diode. Enaki elementi so nameščeni na laserski nivoji in .

Naslednji priljubljen izdelek, ki temelji na polprevodnikih, je DVD zapisovalnik vašega računalnika. Ima močnejšo lasersko diodo s toplotno uničujočo močjo.

To vam omogoča, da zapišete plast diska in nanj dodate skladbe z digitalnimi informacijami.

Kako deluje polprevodniški laser?

Naprave ta tip poceni za izdelavo, dizajn je precej masiven. Načelo laserskih (polprevodniških) diod temelji na uporabi klasični p-n prehod. Takšen prehod deluje kot pri običajnih LED.

Razlika v organizaciji sevanja: LED diode oddajajo "spontano", laserske diode pa "prisilno".

Splošno načelo oblikovanja tako imenovane "populacije" kvantnega sevanja se izvaja brez ogledal. Robovi kristala so mehansko odrezani, kar zagotavlja učinek loma na koncih, podoben zrcalni površini.

Za pridobitev različne vrste sevanja, lahko uporabimo "homospoj", ko sta oba polprevodnika enaka, ali "heterojspoj", z različne materiale prehod.


Sama laserska dioda je cenovno dostopna radijska komponenta. Kupite ga lahko v trgovinah z radijskimi komponentami ali pa ga odstranite iz starega pogona DVD-R (DVD-RW).

Pomembno! Tudi preprost laser, ki se uporablja v svetlobnih kazalcih, lahko resno poškoduje mrežnico.

več močne instalacije, z gorečim žarkom, lahko oslepi ali povzroči opekline kožo. Zato bodite pri delu s takšnimi napravami zelo previdni.

S takšno diodo, ki vam je na voljo, lahko preprosto naredite močan laser z lastnimi rokami. Pravzaprav je lahko izdelek popolnoma brezplačen ali pa vas bo stal smešno.

Naredi sam laser iz DVD pogona

Najprej morate dobiti sam pogon. Lahko ga odstranite iz starega računalnika ali kupite na bolšjem trgu za simbolično ceno.

Ročno izdelan laserski rezalnik je uporaben v vsakem domu.

Seveda, doma narejena naprava ne bo mogel pridobiti velike moči, ki jo imajo proizvodni aparati, vendar je vseeno mogoče pridobiti nekaj koristi v vsakdanjem življenju.

Najbolj zanimiva stvar za izdelavo laserski rezalnik Uporabite lahko stare nepotrebne predmete.

Na primer, naredite svojega lasersko napravo dovolite uporabo starega laserskega kazalca.

Da bi postopek ustvarjanja rezalnika potekal čim hitreje, je potrebno pripraviti naslednje predmete in orodja:

• laserski kazalec;
• polnilna svetilka;
• star zapisovalnik CD / DVD-RW, morda v okvari - od njega boste potrebovali pogon z laserjem;
• spajkalnik in komplet izvijačev.

Postopek izdelave rezalnika z lastnimi rokami se začne z razstavljanjem pogona, od koder morate dobiti napravo.

Ekstrakcijo je treba opraviti čim bolj previdno, medtem ko boste morali biti potrpežljivi in ​​​​previdni. Naprava ima veliko različnih žic s skoraj enako strukturo.

Pri izbiri DVD pogona morate upoštevati, da gre za zapisovalnik, saj vam ta možnost omogoča snemanje z laserjem.

Snemanje poteka z izhlapevanjem tanke kovinske plasti z diska.

V procesu branja laser deluje s polovično tehnično zmogljivostjo in rahlo osvetli disk.

V procesu demontaže zgornjega pritrdilnega elementa bo oko padlo na voziček z laserjem, ki se lahko premika v več smereh.

Voziček je treba previdno odstraniti, previdno odstraniti konektorje in vijake.

Nato lahko nadaljujete z odstranitvijo rdeče diode, zaradi katere je disk zgorel - to lahko enostavno storite z lastnimi rokami z električnim spajkalnikom. Izvlečenega elementa ne smemo stresati, kaj šele izpustiti iz rok.

Ko je glavni del bodočega rezalnika na površini, morate narediti skrbno premišljen načrt za sestavljanje laserskega rezalnika.

Ob tem je treba upoštevati naslednje točke: kako najbolje postaviti diodo, kako jo priključiti na vir energije, ker dioda pisalne naprave potrebuje več električne energije kot glavni element kazalca.

To težavo je mogoče rešiti na več načinov.

Narediti ročni rezalnik z več ali manj visoka moč, morate dobiti diodo v kazalcu in jo nato spremeniti v element, odstranjen iz pogona DVD.

Zato je laserski kazalec razstavljen enako previdno kot pogon DVD zapisovalnika.

Predmet se odvije, nato se njegovo telo razdeli na dve polovici. Takoj na površini lahko vidite del, ki ga je treba zamenjati z lastnimi rokami.

Da bi to naredili, se izvorna dioda iz kazalca odstrani in skrbno nadomesti z močnejšo, tj varno pritrditev lahko naredite z lepilom.

Starega elementa diode morda ne bo mogoče takoj odstraniti, zato ga lahko previdno poberete s konico noža, nato pa nežno stresite telo kazalca.

Na naslednji stopnji izdelave laserskega rezalnika morate izdelati ohišje zanj.

V ta namen je uporabna svetilka. polnilne baterije, kar bo laserskemu rezalniku omogočilo, da prejme električno energijo, pridobi estetski videz in enostavnost uporabe.

Če želite to narediti, morate z lastnimi rokami v telo svetilke vnesti modificiran zgornji del prejšnjega kazalca.

Nato morate priključiti polnjenje na diodo z uporabo svetilke, ki se nahaja v svetilki. baterijo. Med postopkom povezovanja je zelo pomembno natančno določiti polarnost.

Pred montažo svetilke je potrebno odstraniti steklo in druge nepotrebne elemente kazalca, ki lahko motijo ​​laserski žarek.

Na zadnji stopnji je laserski rezalnik pripravljen za uporabo.

Za udobno izdelan sam vse faze dela na napravi je treba strogo upoštevati.

V ta namen je potrebno preveriti zanesljivost pritrditve vseh vgrajenih elementov, pravilno polarnost in enakomernost laserske namestitve.

Torej, če so natančno upoštevani vsi pogoji za montažo, opisani zgoraj v članku, je rezalnik pripravljen za uporabo.

Ker pa je domača ročna naprava obdarjena z nizko močjo, je malo verjetno, da bo iz nje izšel polnopravni laserski rezalnik za kovine.

Rezalnik bi v idealnem primeru lahko naredil luknje v papirju ali plastični ovoj.

Toda laserske naprave, ki jo izdelate sami, je nemogoče usmeriti na osebo, tukaj bo njena moč dovolj, da škoduje zdravju telesa.

Kako lahko ojačam domači laser?

Če želite z lastnimi rokami narediti močnejši laserski rezalnik za obdelavo kovin, morate uporabiti naprave z naslednjega seznama:

• DVD-RW pogon, ni pomembno, ali deluje ali ne;
• 100 pF in mF - kondenzatorji;
• upor 2-5 ohmov;
• 3 kos. akumulatorske baterije;
• spajkalnik, žice;
• kolimator;
• jeklena lanterna na LED elementih.

Montaža laserskega rezalnika za ročno delo poteka po naslednji shemi.

Z uporabo teh naprav se gonilnik sestavi, nato pa bo preko plošče lahko zagotovil določeno moč laserskega rezalnika.

V tem primeru v nobenem primeru ne smete priključiti napajalnika direktno na diodo, saj bo dioda pregorela. Upoštevati morate tudi, da diode ne sme napajati napetost, ampak tok.

Kot kolimator se uporablja telo, opremljeno z optično lečo, zaradi katere se bodo žarki kopičili.

Ta del je enostavno najti v posebni trgovini, glavna stvar je, da ima utor za namestitev laserske diode. Cena te naprave je majhna, približno 3-7 $.

Mimogrede, laser je sestavljen na enak način kot zgoraj opisani model rezalnika.

Žica se lahko uporablja tudi kot antistatik, okoli nje je ovita dioda. Po tem lahko nadaljujete s postavitvijo gonilne naprave.

Preden nadaljujete z dokončanjem ročna montaža laserski rezalnik, morate preveriti delovanje gonilnika.

Trenutna moč se meri z multimetrom, za to vzamejo preostalo diodo in opravijo meritve z lastnimi rokami.

Ob upoštevanju hitrosti toka izberite njegovo moč za laserski rezalnik. Na primer, v nekaterih različicah laserskih naprav je lahko trenutna moč 300-350 mA.

Za druge, bolj intenzivne modele, je 500 mA, pod pogojem, da se uporablja druga pogonska naprava.

Da bo domači laser videti bolj estetsko in priročno za uporabo, potrebuje ohišje, ki se lahko uporablja kot jeklena svetilka, ki deluje na LED.

Praviloma je omenjena naprava obdarjena z kompaktna velikost ki se prilega vašemu žepu. Toda, da bi se izognili kontaminaciji leče, morate vnaprej kupiti ali zašiti etui z lastnimi rokami.

Značilnosti proizvodnih laserskih rezalnikov

Vsakdo si ne more privoščiti cene serijskega laserskega rezalnika za kovino.

Takšna oprema se uporablja za obdelavo in rezanje kovinskih materialov.

Načelo delovanja laserskega rezalnika temelji na ustvarjanju močnega sevanja z orodjem, ki ima lastnost uparjanja ali izpihovanja staljene kovinske plasti.

Ta proizvodna tehnologija pri delu z različni tipi kovina lahko zagotovi visoka kvaliteta rezati.

Globina obdelave materiala je odvisna od tipa laserskega stroja in lastnosti obdelovanih materialov.

Danes se uporabljajo tri vrste laserjev: polprevodniški, optični in plinski.

Naprava polprevodniških oddajnikov temelji na uporabi posebnih vrst stekla ali kristalov kot delovnega medija.

Tu lahko kot primer navedemo poceni naprave, ki delujejo na polprevodniških laserjih.

Vlakna - njihov aktivni medij deluje z uporabo optičnih vlaken.

Ta vrsta naprave je modifikacija polprevodniških oddajnikov, vendar po mnenju strokovnjakov vlakneni laser uspešno nadomešča svoje kolege na področju obdelave kovin.

pri čemer optična vlakna so osnova ne samo rezalnika, ampak tudi gravirnega stroja.

plin - delovno okolje laserska naprava združuje pline ogljikov dioksid, dušik in helij.

Ker izkoristek obravnavanih sevalnikov ni višji od 20%, se uporabljajo za rezanje in varjenje polimerov, gume in stekleni materiali, kot tudi kovina z visoko stopnjo toplotne prevodnosti.

Tukaj, kot primer, lahko vzamete kovinski rezalnik proizvajalca Hans, uporaba laserske naprave vam omogoča rezanje bakra, medenine in aluminija, v tem primeru minimalna moč strojev le prekaša svoje kolege.

Shema delovanja pogona

S pogona je mogoče upravljati le namizni laser, dano vrsto naprava je stroj s portalsko konzolo.

Laserska enota se lahko premika po vodilih naprave navpično in vodoravno.

Kot alternativa portalni napravi je bil izdelan ploski model mehanizma, katerega rezilo se premika le vodoravno.

drugo obstoječe možnosti laserski stroji imajo namizje, opremljeno s pogonskim mehanizmom in obdarjeno z možnostjo premikanja v različnih ravninah.

Na ta trenutek Obstajata dve možnosti za krmiljenje pogonskega mehanizma.

Prvi zagotavlja premik obdelovanca zaradi delovanja pogona mize ali pa se premik rezkarja izvaja zaradi delovanja laserja.

Druga možnost vključuje hkratno premikanje mize in rezalnika.

Hkrati se prvi model upravljanja šteje za veliko enostavnejšega v primerjavi z drugo možnostjo. Toda drugi model še vedno odlikuje visoka zmogljivost.

Splošno tehnična specifikacija obravnavanih primerih je potreba po vgradnji CNC enote v napravo, vendar bo potem cena za montažo naprave za ročno delo višja.