Як зробити лазер

Слово "лазер" або "laser» є абревіатурою від "light amplification by stimulated emission of radiation." На російській: - «посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання», або оптичний квантовий генератор. Перший лазер, в якому в якості резонатора застосували покритий сріблом рубіновий циліндр, був розроблений в 1960 році «Hughes Research Laboratories», Каліфорнія..Сегодня лазери використовуються для різних цілей, починаючи від вимірювання різних величин до читання кодованих даних. Існує кілька способів зробити лазер, залежно від вашого бюджету і навичок.

Частина 1 з 2: Розуміння того, як працює лазер

1
Для роботи лазера необхідне джерело енергії. Лазери працюють шляхом порушення електронів активного середовища лазера зовнішнім джерелом енергії та стимулювання їх до випромінювання світла певної довжини хвилі. Цей процес був вперше запропонований в 1917 році Альбертом Ейнштейном.Для того щоб електрони (в атомах активного середовища лазера) випромінювали світло, вони повинні спочатку поглинути енергію перейшовши на більш високу орбіту, а потім віддати цю енергію у вигляді частки світла при поверненні на вихідну орбіту . Такий спосіб введення енергії в активне середовище лазера, називають "накачуванням". "
- У малопотужних лазерах, таких як в CD і DVD-пристроях, лазерна указка, застосовуються електронні схеми, що забезпечують електричний струм для лазерних діодів, який здійснює «накачування лазера».
- Лазери на основі вуглекислого газу «накачують» електричними розрядами, щоб порушити електрони.
- Ексимерні лазери отримують енергію з хімічних реакцій.
- У лазерах, зроблених на основі кристалів або стекол, в якості «накачування» використовують сильні джерела світла, такі як дуги або імпульсні лампи.
2
Канальне проходження енергії через активну (посилюючу) середу. Підсилює середу або активна лазерна середу збільшує силу світла за рахунок індукованого (вимушеного) випромінювання виділяється електронами. Посилюючої середовищем може бути будь-яка структура або речовина з перерахованих нижче:
- Напівпровідники, зроблені з таких матеріалів, як арсенід галію, алюмінію арсеніду галію або індію арсеніду галію.
- Кристали, такі як рубін, з якого був зроблений циліндр використовуваний в лазері Hughes Laboratories. Сапфір і гранат також можуть бути використані, як і волокна з оптичного скла. Такі скла і кристали попередньо обробляються іонами рідкоземельних елементів.
- Кераміка, яка була оброблена рідкоземельними іонами.
- Пофарбовані рідини. Наприклад, експериментальний інфрачервоний лазер був розроблений на основі джина з тоніком, як активним середовищем. Желатин у формі «десерт-желе» також успішно використовувався в якості експериментальної активного середовища лазера.
- Гази, такі як: діоксид вуглецю, азот, гелій-неонове суміш або пари ртуті.
- Хімічні реакції.
- Електронні пучки.
- Ядерні матеріали. Урановий лазер вперше був випущений в листопаді 1960 року, через шість місяців після першого рубінового лазера.
3
Встановлення дзеркал для утримування світла всередині лазера. Дзеркала, або резонатори, утримують світло в межах робочої камери лазера, поки не нагромадиться бажаний рівень енергії для випромінювання через маленький отвір в одному з дзеркал або через лінзу.
- Найпростіший резонатор або «лінійний резонатор» використовує два дзеркала, розміщених на протилежних сторонах робочої камери лазера генерує один вихідний промінь.
- Більш складний «кільцевої резонатор» використовує три або більше дзеркала. Він може генерувати кілька променів або один промінь за допомогою оптичного ізолятора.
4
Застосування фокусує лінзи для направлення світла через посилюючу середу. Поряд з дзеркалами, лінза допомагає сконцентрувати і спрямувати світло так, що б підсилювальна середу отримає якомога більше світла.

Частина 2 з 2: Побудова Лазера

Метод перший: Створення лазера з комплекту

1
Покупка. Можна купити в магазині електроніки або купити через інтернет "лазерний комплект", "лазерний набір", "лазерний модуль» або «лазерний діод". Лазерний комплект повинен включати в себе наступне:
- Схема драйвера. Іноді продається окремо від інших компонентів. Підберіть схему драйвера яка дозволить регулювати струм.
- Лазерний діод.
- Регулююча лінза може бути зі скла або пластику. Як правило, діод і лінза зібрані разом у невеликій трубці. Ці компоненти іноді продаватися окремо без драйвера.
2
Збірка схеми драйвера. Багато лазерні набори продаються з незібраним драйвером. Ці набори включають в себе друковану плату і відповідні деталі, а вам належить спаяти їх, слідуючи схемі, що додається. Деякі набори можуть мати драйвер в зібраному вигляді.
- Можна також створити свою власну схему драйвера якщо у вас є досвід складання електронних схем. Схема драйвера на основі мікросхеми LM317 є гарним прикладом виготовлення драйвера самостійно. Обов`язково використовуйте RC ланцюг для захисту лазерного діода від імпульсів перенапруги.
- Після того як ви зберете схему драйвера, його можна перевірити, підключивши до звичайного светодиоду (LED). Якщо світлодіод не спалахує, відрегулюйте потенціометр. Якщо це не вирішує проблему, ще раз перевірте схему, щоб переконається, що все правильно підключено.
3
Підключіть блок управління до лазерного діоду. Якщо у вас є цифровий мультиметр, ви зможете включити його в ланцюг діода для контролю струму. Більшість лазерних діодів мають ток знаходиться в діапазоні від 30 до 250 міліампер (мА). Діапазон струму від 100 до 150 мА дасть достатньо потужний промінь.
- Можна дати і більш потужний струм на лазерний діод, щоб отримати більш потужний промінь, але додатковий струм скоротить термін служби або навіть спалить діод.
4
Підключіть джерело живлення або акумулятор до схеми драйвера. Лазерний діод повинен яскраво світитися.
5
Обертаючи лінзу сфокусуйте лазерний промінь. Направте його на стіну і фокусуйте, поки не з`явиться хороша, яскрава крапка.
- Після того як ви відрегулювали лінзу таким чином, помістіть сірник на лінію променя і обертайте лінзу поки не побачите, що сірникова головка почне диміти. Можна також спробувати лопати повітряні кулі або пропалити отвори в папері.

Метод другий: Побудова лазера на діод зі старого DVD або Blu-Ray приводу

1
Візьміть старий DVD або Blu-Ray пишучий плеєр або привід. Вибирайте пристрої зі швидкістю запису 16x або швидше. Ці пристрої мають лазерні діоди з вихідною потужністю 150мВт або більше.
- DVD привід має червоний лазерний діод з довжиною хвилі 650нм.
- Blu-Ray привід має синій лазерний діод з довжиною хвилі 405нм.
- DVD привід повинен бути досить в хорошому стані, щоб записувати диски, хоча і не обов`язково успішно. Іншими словами, його діод повинен бути справним.
- Не варто намагатися використовувати читає DVD, читає і пише CD замість пише DVD. Читає DVD має червоний діод, але не такий потужний, як у пишучому DVD. Лазерний діод в пишучому CD досить потужний, але випромінює світло в інфрачервоному діапазоні, і ви отримаєте промінь, який не видно оку
2
Витяг лазерного діода з приводу. Переверніть привід нижньою частиною догори. Ви побачите гвинти, які доведеться відкрутити, перш ніж ви зможете відокремити механізм приводу і витягнути діод.
- Після того як ви розберете привід, ви побачите пару металевих напрямних утримуваних на місці за допомогою гвинтів. Вони підтримують лазерний комплект. Отвинтите напрямні для того щоб їх видалити. Вийміть лазерний комплект.
- Лазерний діод за розміром менше, ніж копійка. Він має три металевих контакту у вигляді ніжок. Може бути поміщений в металеву оболонку із захисним прозорим вікном або без вікна, а може бути нічим не закритий.
- Вам належить, витягнути діод з лазерної головки. Можливо, буде легше якщо спочатку зняти тепловідвід зі збірки, перш ніж намагатися витягти діод. Якщо у вас є антистатичний браслет, використовуйте його під час видалення діода.
- Звертайтеся з лазерним діодом обережно, тим більше, якщо це незахищений діод. Якщо у вас є антистатический контейнер, помістіть діод в нього, поки ви не почнете збирати лазер.
3
Приготуйте фокусуються лінзу. Вам доведеться пропустити промінь від діода через фокусуються лінзу, щоб використовувати його в якості лазера. Ви можете зробити це одним із двох способів:
- Використання збільшувального скла як фокусує лінзи. Обертайте лінзу так щоб знайти потрібне місце для отримання сфокусованого лазерного променя. При необхідності це доведеться робити щоразу перед використанням лазера.
- Купуйте малопотужний лазерний діод, наприклад 5Мвт в зборі з лінзою і трубкою. Потім замініть його на лазерний діод від пишучого DVD.
4
Купуйте або зберіть схему драйвера для живлення лазерного діода.
5
Підключіть лазерний діод до драйвера. Слід з`єднати позитивний контакт з позитивним висновком схеми драйвера, негативний контакт з негативним. Розташування контактів відрізняється в залежності від того, що використовується - червоний діод від пише DVD або блакитний діод від пишучого Blu-Ray.
- Візьміть лазерний діод з висновками у напрямку до вас, поверніть його таким чином, щоб ніжки утворили трикутник, який вказує вправо. На обох типах діодів ніжка вгорі є позитивним контактом.
- На червоному діоді від DVD центральний контакт, який формує вершину трикутника, є негативним висновком.
- На синьому діоді від пишучого Blu-Ray, нижній контакт є негативним висновком.
6
Підключіть джерело живлення до схеми драйвера.
7
Відрегулюйте лінзу щоб сфокусувати лазерний промінь.

Поради

Чим краще ви сфокусіруете лазерний промінь, тим потужніше він буде, але ефективний він буде тільки на цій відстані. Якщо ви сфокусували промінь на відстані 1м, він буде ефективний тільки на відстані 1м. Якщо ви не використовуєте лазер, расфокусіруйте промінь до розміру м`ячика для пінг-понгу.
Для захисту вашого зібраного лазера його можна розмістити в якомусь корпусі, наприклад від світлодіодного ліхтарика або корпусу для батарейок в залежності від того, якого розміру ваш драйвер.

Попередження

Завжди надягайте захисні окуляри, розраховані на довжину хвилі променя лазера з яким ви працює (в даному випадку довжина хвилі лазерного діода). Лазерні окуляри повинні бути комплементарного кольору до променя лазера: зеленого якщо лазер червоний 650нм, оранжево-червоні якщо лазер синій 405нм. Не замінюйте лазерні окуляри зварювальними масками, закопченим склом або сонцезахисними окулярами.
Не дивіться на лазерний промінь і не світите їм в очі комусь ще. У цій статті описані лазери класу IIIb. Цей вид лазера, може привести до пошкодження очей, навіть при носінні лазерних очок. Забороняється також направляти промінь лазера такого типу в довільному напрямку.
Чи не світите лазером на світловідбиваючі поверхні. Лазер промінь може бути відображений так само, як і несфокусірованного промінь світла, тільки з великими наслідками.

Що вам знадобиться

Лазерний комплект або окремі деталі: схема драйвера і трубка з лінзою, лазерний діод.
Лазерний діод від пише DVD або Blu-ray приводу (опціонально)
Паяльник (якщо збирати схему драйвера самому)
Припій
Викрутка (якщо розбирати пишучий DVD).
Кліщі або пінцет (якщо розбирати пишучий DVD).
Вимикач живлення (опція)
Дроти для підключення діода до драйвера і драйвера до джерела живлення.
Акумулятори, або джерело живлення (не менше 6 вольт).