Hur man bygger en laser

Ordet "laser" är faktiskt akronym för "Ljusförstärkning genom stimulerad strålning" eller "Förstärkning av ljus med hjälp av stimulerad strålningsutsläpp". Den första lasern i historien utvecklades 1960 vid Hughes-laboratorierna i Kalifornien och använde en silverbelagd rubinbalk som resonator. Numera används lasrar för olika tillämpningar, från mätningar till läsning av kodade data, och kan byggas på olika sätt beroende på tillgänglig budget och tekniska färdigheter.

Del 1

Förstå principen om drift av en laser

Ge energikällan. Den fysiska principen för vilken laserens funktion är baserad är den stimulerade emissionen, som består i att stimulera elektronerna att avge ljus vid en viss våglängd (denna process initierades ursprungligen av Albert Einstein 1917). För att de ska kunna avge ljus måste elektronerna absorbera en energi som gör det möjligt för dem att hoppa på en bana längre från kärnan och sedan ladda ut den energin i form av ljus när de återvänder till den ursprungliga bana. Energikällor kallas "pumpar".

Små lasrar, som de som används i CD / DVD-spelare och laserpekare, använder den elektriska strömmen som tillförs dioden via elektroniska kretsar som "pump".
Koldioxidlaser pumpas genom elektriska stötar som exciterar elektroner.
Excimerlaser får energi från kemiska reaktioner.
Kristaller eller glasbaserade lasrar använder kraftfulla ljuskällor, såsom ljusbågslampor eller blixtlampor.

Kanalisera energin genom ett aktivt medium. Ett aktivt medium (kallat "förstärkningsmedium" eller "aktivt lasermedium") förstärker ljusets kraft som utsänds av stimulerade elektroner. Beroende på typen av laser kan det aktiva mediet bestå av:

Halvledarmaterial, såsom galliumarsenid, galliumarsenid och aluminium, eller galliumarsenid och indium.

Kristaller, såsom rubincylindern som används för konstruktionen av den första lasern i Hughes-laboratorierna. Safir och granat, såväl som optiska fibrer, har också använts. Dessa glasögon och kristaller behandlas med sällsynta jordartsmetaller.

Keramik, även behandlad med sällsynta jordartsmetaller.

Vätskor, normalt färgämnen, även om en infraröd laser tillverkades med användning av gin och toniskt vatten som ett aktivt medium. Till och med en gelé efterrätt (den populära "Jell-O") användes framgångsrikt som ett aktivt medium.

Gaser, såsom koldioxid, kväve, kvicksilverånga eller en blandning av helium och neon.

Kemiska reaktioner.

Elektronstrålar.

Radioaktiva material. En uranlaser byggdes först i november 1960, bara sex månader efter den första rubinlasern.

Montera speglarna för att hålla ljuset. Dessa speglar, som kallas resonatorer, håller ljuset inuti laserkaviteten tills en gång den önskade nivån uppnås frigörs inte energin genom en liten öppning i en av speglarna eller genom en lins.

Det enklaste resonatorns schema är den linjära resonatorn, som använder två speglar vid ändarna av laserhålan. På detta sätt alstras en enda utgångsstråle.

Ett mer komplicerat schema, kallat en ringresonator, är baserat på användningen av tre eller flera speglar. Det är möjligt att generera en enda stråle, med hjälp av en optisk isolator, eller en multipel stråle.

Använd en fokuseringslins för att kanalisera ljuset genom det aktiva mediet. Tillsammans med speglarna hjälper linsen till att koncentrera ljuset och rikta det så långt som möjligt mot det aktiva mediet.

Del 2

Att bygga en laser

Metod 1: Montera en laser i kit

Hitta en återförsäljare. Du kan gå till en elektronikaffär eller söka på nätet för en "Lasersats", "Lasermodul" eller "Laserdiod". En laser i komplett kit innehåller:

En drivkrets (körkrets). Försök att få en körkrets som gör det möjligt att justera strömmen (pilotkretsen säljs ibland separat).
En laserdiod
En justerbar kollimeringslins (Justerbar Lens) av glas eller plast. Dioden och linsen är vanligtvis sammansatta i ett litet rör (ibland säljs dessa komponenter separat från körkretsen).

Montera körkretsen. Många lasersatser kräver montering av drivkretsen. Dessa kits ger moderkortet och de relativa delarna, som måste svetsas på brädet enligt det bifogade diagrammet. Andra kits kan istället innefatta den redan monterade körkretsen.

Med lite erfarenhet av elektronik är det också möjligt att designa förarkretsen personligen. LM317-drivkretsen är en utmärkt utgångspunkt för att designa din krets. I det här fallet, var noga med att använda en RC (motståndskondensator) krets för att skydda uteffekten från spänningspinnar.

När pilotkretsen är monterad kan du testa den genom att ansluta en LED-diod. Om lampan inte lyser, försök att justera potentiometern. Om LED-lampan fortfarande inte lyser, kontrollera kretsen och kontrollera att alla anslutningar är OK.

Anslut körkretsen till dioden. Om du har en digital multimeter tillgänglig kan du ansluta den till kretsen och övervaka den ström som tas emot från dioden. De flesta dioder fungerar mellan 30 och 250 milliamps (mA) och ger en tillräckligt kraftfull stråle mellan 100mA och 150mA.

Fastän en större ljusstyrka som emitteras av dioden resulterar i en större effekt av laserstrålen, skulle den ytterligare ökning av ström som erfordras för att erhålla en sådan effekt snabbt bränna dioden.

Anslut strömförsörjningen (batteriet) till drivkretsen. Dioden vid denna punkt bör avge ett ganska starkt ljus.

Justera kollimationslinsen för att fokusera laserstrålen. Om du siktar på en vägg, justera linsen tills du får en väldefinierad och ljuspunkt.

En gång i fokus, placera en match på laserstrålens bana och justera linsen igen tills matchhuvudet börjar ta eld. Du kan också försöka blåsa upp en ballong eller bränna en bit papper.

Metod 2: Bygg en laser genom att återställa dioden från en brännare

Få en gammal DVD- eller Blu-Ray-brännare. Leta efter en enhet med en skrivhastighet på minst 16x. Dessa anordningar använder dioder med minst 150 milliwatt (mW) av effekt.

DVD-brännare använder en röd ljusdiod med en våglängd på 650 nm (nm).
Blu-Ray brännare använder en blå ljusdiod med en våglängd på 450 nm.
Även om det inte går att slutföra en bränn, måste brännaren fungera (det är med andra ord nödvändigt att dioden inuti den fungerar).
Använd inte en DVD-spelare eller CD-spelare / skribent istället för en DVD-brännare. En DVD-spelare innehåller en röd ljusdiod, men med mindre ström än en DVD-brännare. Dioden på en CD-brännare har å andra sidan tillräcklig effekt, men avger ljus i infrarödområdet (inte synligt för det mänskliga ögat) och det skulle därför vara omöjligt att se strålen.

Ta bort dioden från brännaren. Först måste du vända läsaren - vid denna tidpunkt kommer du att se fyra eller flera skruvar som skruvas loss för att komma åt dioden.

När läsaren är demonterad ser du ett par metallskenor som hålls i skruvar. Dessa guider stöder det optiska huvudet. När guiderna har tagits bort kan du också ta bort huvudet.

Dioden blir mindre än en dime. Den har tre fot och kan monteras på ett metallstöd, med eller utan ett genomskinligt skyddsfönster, eller naket.

Vid denna tidpunkt måste dioden från huvudet avlägsnas. Det kan vara lättare att ta bort kylflänsen innan du tar bort dioden. Om du har ett antistatiskt armband tillgängligt, använd det när du tar bort dioden.

Hantera dioden noggrant, speciellt om den inte har metallstöd. I det här fallet kan du behöva en antistatisk behållare för att behålla dioden tills det är dags att installera det i lasern.

Få en konvergerande lins. Diodens ljusstråle måste passera genom linsen så att den kan fungera som en laser. Du kan uppnå detta mål på två sätt:

Använda ett förstoringsglas för att fokusera: För att få en laserstråle måste du justera linsens läge tills du får en punkt, och du måste repetera detta steg varje gång du använder lasern.

Att få en lasermodul utrustad med en kollimator direkt: Lasermoduler med lågdiodsdioder (ca 5 mW) är ganska billiga - du kan köpa en av dessa lasermoduler, och byt ut dioden inuti den med den extraherade från DVD-brännaren.

Prova eller montera körkretsen.

Anslut dioden till körkretsen. Anslut diodens positiva stift (anod) till kretsens positiva kabel och diodens negativa stift (katod) till kretsens negativa kabel. Stiftets position i dioden skiljer sig beroende på om det är en röd ljusdiod av en DVD-brännare eller en blå ljusdiod av en Blu-Ray-brännare.

Håll dioden genom att vrida stiften mot dig och vrid den så att fötternas huvuden bildar en triangel som pekar åt höger. I båda fallen är övre benet anoden (positivt).

I de röda ljusdioderna på DVD-brännare är centrumstiftet, vilket är spetsen av triangeln som pekar åt höger, katoden (negativ).

I de blå ljusdioderna hos Blu-Ray-brännarna är bottenstiftet katoden (negativ).

Anslut körkretsen till strömförsörjningen (batteri).

Justera kollimationslinsen för att fokusera laserstrålen.

tips

Ju mer laserstrålen kommer att koncentreras, desto större blir dess effekt. Lasern kommer emellertid bara att vara effektiv på avståndet i fokus: om du fokuserar strålen på ett avstånd av en meter, kommer den bara att vara effektiv vid en meter. När du inte använder lasern, lägg linsen ur fokus tills du får en diameterradie av en ping-pong-boll.
För att skydda den nyligen monterade lasern, kan du använda en metallåda liknande behållare, till exempel höljet hos en LED-lampa, eller en batteriladdare, beroende på storleken hos drivkretsen som du använde.

varningar

Använd alltid skyddsglasögon som är kalibrerade för laserens våglängd (specifikt laserdiodens våglängd). Färgen på skyddsglasögon är komplementär med laserstrålens strålning: de kommer att vara gröna för en 650 nm rödljuslaser och rödorange för en 450 nm blåljuslaser. Använd aldrig svetsmask, blackout-glasögon eller solglasögon i stället för skyddsglasögon.
Titta inte direkt på laserstrålen och peka inte på den på andra människor. Klass IIIb-lasrar, som beskrivs i denna artikel, kan skada ögonen även om du bär skyddshandskar. Det är också olagligt att avsiktligt rikta en laser av denna typ.
Rikta inte laser på reflekterande ytor. En laser är en ljusstråle och reflekteras som ljus, även om konsekvenserna kan bli allvarligare.

Saker du behöver

En komplett lasersats eller en lasermodul med kollimator och separat körkrets
Dioden på en DVD- eller Blu-Ray-brännare (tillval)
En svetsare (om du monterar körkretsen själv)
Tenn, eller någon annan löddjurslegering (om du ensam monterar pilotkretsen)
En skruvmejsel (om du behöver demontera DVD-brännaren)
Tänger eller pincett (om du behöver ta bort DVD-brännaren)
En strömbrytare (tillval)
En rulle med elektrisk kabel (för att ansluta dioden till körkretsen och drivkretsen till strömförsörjningen)
Batterier (det rekommenderas att använda batterier för totalt minst 6 volt)

Visa mer ... (7)

Dela på sociala nätverk:

Relaterade