Kako napraviti snažan laser vlastitim rukama, video. Kako napraviti laser kod kuće: tehnologija DIY laserskog rezanja metala

Kada u domaćinstvo postoji potreba rezanja metalni lim, onda ne možete bez laserskog rezača, sastavljenog vlastitim rukama.

Drugi život za jednostavne stvari

Domaći majstor je uvijek naći će primenučak i one stvari koje su propale. Dakle, stari laserski pokazivač može pronaći drugi život i pretvoriti se u laserski rezač. Da biste ovu ideju oživjeli, trebat će vam:

1. Laserski pokazivač.
2. Lampa.
3. Baterije (bolje je uzeti punjive).
4. CD/DVD-RW snimač sa drajvom sa radnim laserom.
5. Lemilica.
6. Odvijači uključeni.

Rad počinje uklanjanjem laserskog rezača iz pogona. Ovo je mukotrpan posao koji zahtijeva maksimalnu pažnju. Prilikom skidanja gornjeg zatvarača možete naići na kočiju s ugrađenim laserom. Može se kretati u dva smjera. Nosač se mora ukloniti izuzetno pažljivo, a svi odvojivi uređaji i zavrtnji moraju se pažljivo ukloniti. Zatim morate ukloniti crvenu diodu koja vrši spaljivanje. Ovaj rad se može obaviti pomoću lemilice. Treba napomenuti da je ovo važan detalj zahtijeva povećanu pažnju. Ne preporučuje se tresti ili ispuštati.

Da biste povećali snagu laserskog rezača u pripremljenom pokazivaču, potrebno je zamijeniti "nativnu" diodu onom koja je uklonjena iz rekordera.

Pokazivač treba rastaviti uzastopno i pažljivo. Odmotava se i razdvaja na komade. Dio koji zahtijeva zamjenu nalazi se na vrhu. Ako ga je teško ukloniti, možete si pomoći nožem, lagano protresajući pokazivač. Na mjesto originalne diode postavlja se nova. Možete ga pričvrstiti ljepilom.

Sljedeća faza radova je izgradnja nove zgrade. Ovdje dobro dođe stara baterijska lampa. Zahvaljujući njemu, novi laser će biti zgodan za upotrebu i povezivanje na napajanje. Poboljšani krajnji dio pokazivača ugrađen je u tijelo svjetiljke. Zatim se napajanje iz baterija spaja na diodu. Prilikom povezivanja, vrlo je važno pravilno postaviti polaritet. Prije sastavljanja svjetiljke potrebno je ukloniti staklo i preostale dijelove pokazivača tako da ništa ne ometa direktnu putanju laserskog zraka.

Prije upotrebe montirane jedinice vlastitim rukama, morate još jednom provjeriti je li laser čvrsto fiksiran i nivelisan i je li polaritet žica ispravno spojen.

Ako je sve urađeno kako treba, uređaj se može koristiti. Biće teško raditi na metalu, jer uređaj ima malu snagu, ali je sasvim moguće izgorjeti papir, polietilen ili nešto slično.

Povratak na sadržaj

Poboljšani model

Može se učiniti moćnijim domaći laser ny cutter. Za rad morate pripremiti:

1. CD/DVD-RW snimač (može se koristiti neradni model).
2. Otpornici 2-5 Ohm.
3. Baterije.
4. Kondenzatori 100 pF i 100 mF.
5. Žice.
6. Lemilica.
7. Kolimator.
8. LED lampa u čeličnom kućištu.

Od ovih komponenti sastavlja se drajver koji će osigurati rezač potrebnu snagu. Treba imati na umu da izvor struje nije direktno povezan s diodom. U suprotnom će postati potpuno neupotrebljiv. Napajanje se može spojiti samo preko balastnog otpornika.

Tijelo sa sočivom djeluje kao kolimator. Ona je ta koja će sakupiti zrake u jedan snop. Ovaj dio se može kupiti u specijaliziranoj trgovini. Dobra strana je što ima utičnicu za montiranje laserske diode.

Ovaj laser je proizveden na isti način kao i prethodni model. Tokom rada potrebno je koristiti antistatičke narukvice za uklanjanje statičkog napona sa laserske diode. Ako nije moguće kupiti takve narukvice, može se koristiti tanka žica i namotana oko diode. Zatim možete nastaviti sa sastavljanjem drajvera.

Mogućnost da se od neiskorištene ili dotrajale opreme napravi nešto korisno privlači mnoge domaće majstore. Jedan od ovih korisnih uređaja je laserski rezač. Imajući takav uređaj na raspolaganju (neki ga čak prave od običnog laserski pokazivač), može se izvesti dekorativni dizajn proizvodi od raznih materijala.

Koji materijali i mehanizmi će biti potrebni

Da biste napravili jednostavan laserski rezač vlastitim rukama, trebat će vam sledeći materijali I tehnički uređaji:

• laserski pokazivač;
• obična baterijska lampa opremljena punjivim baterijama;
• stari uređaj za snimanje (CD/DVD-RW) opremljen laserskim pogonom (uopće nije potrebno da takav pogon bude u radnom stanju);
• lemilica;
• set bravarskog alata.

Tako možete napraviti jednostavan uređaj za lasersko rezanje koristeći materijale koje je lako pronaći u vašoj kućnoj radionici ili garaži.

Proces izrade jednostavnog laserskog rezača

Glavni radni element domaći rezač Predloženi dizajn je laserski element računarskog diska. Trebali biste odabrati model pogona za pisanje jer laser u takvim uređajima ima veću snagu, što vam omogućava da snimite tragove na površini diska instaliranog u njima. Dizajn diska za čitanje takođe sadrži laserski emiter, ali je njegova snaga, koja se koristi samo za osvjetljavanje diska, mala.

Laserski emiter, koji je opremljen disk jedinicom za snimanje, postavljen je na poseban nosač koji se može kretati u dva smjera. Da biste uklonili emiter iz kolica, potrebno ga je osloboditi velikog broja pričvršćivača i odvojivih uređaja. Treba ih vrlo pažljivo ukloniti kako ne bi oštetili laserski element. Osim obični alati, da biste uklonili crvenu lasersku diodu (a to je ono što trebate opremiti domaći laserski rezač), trebat će vam lemilica za pažljivo otpuštanje diode iz postojećih lemnih spojeva. Prilikom skidanja emitera iz njegovog ležišta, treba biti oprezan i pažljiv da ga ne izložite jakom mehaničkom naprezanju, koje bi moglo uzrokovati njegov kvar.

Emiter, uklonjen sa drajva računara za pisanje, mora biti instaliran umesto LED diode koja je prvobitno bila opremljena laserskim pokazivačem. Da biste izvršili ovaj postupak, laserski pokazivač se mora rastaviti, podijelivši njegovo tijelo na dva dijela. Na vrhu njih nalazi se LED dioda, koju treba ukloniti i zamijeniti laserskim emiterom sa diska računala. Prilikom fiksiranja takvog emitera u tijelo pokazivača, možete koristiti ljepilo (važno je samo osigurati da se oko emitera nalazi strogo u sredini rupe namijenjene za izlazak zraka).

Napon koji generiraju izvori napajanja u laserskom pokazivaču nije dovoljan da osigura efikasnost korištenja laserskog rezača, pa nije preporučljivo koristiti ih za opremanje takvog uređaja. Za najjednostavniji laserski rezač prikladne su punjive baterije koje se koriste u običnoj električnoj svjetiljci. Tako, kombinovanjem donjeg dela baterijske lampe, u kojoj su smeštene njene baterije, sa gornjim delom laserskog pokazivača, gde se već nalazi emiter sa pogona računara za pisanje, možete dobiti potpuno funkcionalan laserski rezač. Prilikom izvođenja takve kombinacije vrlo je važno zadržati polaritet baterije, koji će isporučivati ​​električnu energiju emiteru.

Prije sastavljanja domaćeg ručnog laserskog rezača predloženog dizajna, potrebno je ukloniti staklo ugrađeno u njega s vrha pokazivača, što će ometati prolaz laserskog snopa. Osim toga, potrebno je još jednom provjeriti ispravan spoj emitera s baterijama, kao i koliko je točno njegovo oko smješteno u odnosu na izlaznu rupu vrha pokazivača. Nakon što su svi strukturni elementi čvrsto povezani jedni s drugima, možete početi koristiti rezač.

Naravno, s takvim laserom male snage neće biti moguće rezati metalni lim, niti će biti prikladan za obradu drveta, ali je pogodan za rješavanje jednostavnih problema povezanih s rezanjem kartona ili tankih polimernih listova.

Koristeći gore opisani algoritam, moguće je proizvesti snažniji laserski rezač, malo poboljšavajući predloženi dizajn. Konkretno, takav uređaj mora biti dodatno opremljen elementima kao što su:

• kondenzatori čiji je kapacitet 100 pF i 100 mF;
• otpornici sa parametrima 2–5 oma;
• kolimator - uređaj koji se koristi za prikupljanje svjetlosnih zraka koje prolaze kroz njega u uski snop;
• LED lampa sa čeličnim kućištem.

Kondenzatori i otpornici u dizajnu takvog laserskog rezača neophodni su kako bi se stvorio drajver kroz koji će električna energija teći od baterija do laserskog emitera. Ako ne koristite drajver i dovedete struju direktno na emiter, potonji može odmah pokvariti. Uprkos višoj moći, takva laserska mašina Također neće raditi za rezanje šperploče, debele plastike, a posebno metala.

Kako napraviti moćniji uređaj

Domaće majstore često zanimaju snažnije laserske mašine koje mogu napraviti vlastitim rukama. Sasvim je moguće napraviti laser za rezanje šperploče vlastitim rukama, pa čak i laserski rezač za metal, ali za to morate nabaviti odgovarajuće komponente. U ovom slučaju, bolje je odmah napraviti vlastitu lasersku mašinu, koja će imati pristojnu funkcionalnost i raditi u automatskom režimu, upravljanom eksternim računarom.

Ovisno o tome da li ste zainteresirani za DIY ili vam je potreban uređaj za rad na drvu i drugim materijalima, trebali biste pravilno odabrati glavni element takve opreme - laserski emiter, čija snaga može biti različita. Naravno, lasersko rezanje šperploče "uradi sam" izvodi se uređajem manje snage, a laser za rezanje metala mora biti opremljen emiterom snage najmanje 60 W.

Da biste napravili punopravnu lasersku mašinu, uključujući i za rezanje metala vlastitim rukama, trebat će vam sljedeće Potrošni materijal i komponente:

1. kontroler koji će biti odgovoran za komunikaciju između eksternog računara i elektronskih komponenti samog uređaja, čime će se osigurati kontrola njegovog rada;
2. elektronska tabla opremljena informacionim displejom;
3. laser (njegova snaga se odabire ovisno o materijalima za koje će se koristiti rezač koji se proizvodi);
4. koračni motori, koji će biti zaduženi za pomicanje radne površine uređaja u dva smjera (kao takvi motori mogu se koristiti koračni motori iz nekorištenih pisača ili DVD playera);
5. Uređaj za hlađenje emitera;
6. DC-DC regulator, koji će kontrolirati količinu napona koji se dovodi na elektronsku ploču emitera;
7. tranzistori i elektroničke ploče za upravljanje koračnim motorima rezača;
8. Granični prekidači;
9. remenice za ugradnju zupčastih remena i samih remena;
10. kućište, čija veličina omogućava da se u njega smjeste svi elementi sastavljene konstrukcije;
11. kuglični ležajevi različitih promjera;
12. vijci, matice, vijci, vezice i stezaljke;
13. drvene daske, od kojeg će se napraviti radni okvir rezača;
14. metalne šipke promjera 10 mm, koje će se koristiti kao elementi za vođenje;
15. kompjuter i USB kabl sa kojim će se spojiti na kontroler rezača;
16. set bravarskog alata.

Ako planirate koristiti lasersku mašinu za "uradi sam" rad s metalom, tada njegov dizajn mora biti ojačan kako bi izdržao težinu metalnog lima koji se obrađuje.

Prisutnost računara i kontrolera u dizajnu takvog uređaja omogućava mu da se koristi ne samo kao laserski rezač, već i kao mašina za graviranje. Koristeći ovu opremu, čiji rad kontrolira poseban kompjuterski program, moguće je nanositi složene šare i natpise na površinu obratka sa velikom preciznošću i detaljima. Odgovarajući program može se naći besplatno dostupan na Internetu.

Po dizajnu, laserska mašina, koju možete sami napraviti, je uređaj tipa šatla. Njegovi pokretni i vodeći elementi su odgovorni za pomicanje radne glave duž ose X i Y. Z osa je dubina do koje se obrađuje materijal koji se obrađuje. Za pomicanje radne glave laserskog rezača predstavljenog dizajna, kao što je gore spomenuto, odgovorni su koračni motori koji su pričvršćeni na stacionarne dijelove okvira uređaja i povezani s pokretnim elementima pomoću zupčastih remena.

Pokretna kolica za domaće rezanje

Klizna potporna glava sa laserom i sklop nosača radijatora

Danas ćemo pričati o tome kako sami napraviti snažan zeleni ili plavi laser kod kuće od otpadnog materijala vlastitim rukama. Također ćemo razmotriti crteže, dijagrame i dizajn domaćih laserskih pokazivača sa zapaljivim snopom i dometom do 20 km

Osnova laserskog uređaja je optički kvantni generator koji, koristeći električnu, termičku, hemijsku ili drugu energiju, proizvodi laserski snop.

Laserski rad se zasniva na fenomenu prisilnog (indukovanog) zračenja. Lasersko zračenje može biti kontinuirano, sa konstantnom snagom, ili impulsno, dostižući ekstremno velike vršne snage. Suština fenomena je da je pobuđeni atom sposoban da emituje foton pod uticajem drugog fotona bez njegove apsorpcije, ako je energija potonjeg jednaka razlici u energijama nivoa atoma pre i posle radijacije. U ovom slučaju, emitovani foton je koherentan sa fotonom koji je izazvao zračenje, tj. tacna kopija. Na ovaj način se pojačava svjetlost. Ovaj fenomen se razlikuje od spontanog zračenja, u kojem emitirani fotoni imaju nasumične smjerove širenja, polarizaciju i fazu
Vjerovatnoća da će nasumični foton izazvati stimuliranu emisiju iz pobuđenog atoma točno je jednaka vjerovatnoći apsorpcije ovog fotona od strane atoma u nepobuđenom stanju. Stoga je za pojačavanje svjetlosti potrebno da u mediju bude više pobuđenih atoma nego nepobuđenih. U stanju ravnoteže ovaj uslov nije zadovoljen, pa koristimo razni sistemi pumpanje laserskog aktivnog medija (optičkog, električnog, hemijskog, itd.). U nekim shemama, laserski radni element se koristi kao optičko pojačalo za zračenje iz drugog izvora.

U kvantnom generatoru ne postoji vanjski tok fotona; unutar njega se stvara inverzna populacija pomoću različitih izvora pumpe. U zavisnosti od izvora koji postoje razne načine pumpanje:
optička - moćna blic lampa;
ispuštanje plina u radnoj tvari (aktivnom mediju);
injektiranje (transfer) nosilaca struje u poluprovodniku u zoni
p-n prijelazi;
elektronska pobuda (zračenje čistog poluvodiča u vakuumu sa strujom elektrona);
termički (zagrijavanje plina praćeno brzim hlađenjem;
hemijski (koristeći energiju hemijskih reakcija) i neke druge.

Primarni izvor generiranja je proces spontane emisije, pa je za osiguranje kontinuiteta generiranja fotona neophodno postojanje pozitivne povratne sprege, zbog koje emitirani fotoni izazivaju naknadne aktove inducirane emisije. Da bi se to postiglo, laserski aktivni medij se postavlja u optičku šupljinu. U najjednostavnijem slučaju, sastoji se od dva ogledala, od kojih je jedno prozirno - kroz njega laserski snop djelomično izlazi iz rezonatora.

Odbijajući se od ogledala, snop zračenja više puta prolazi kroz rezonator, uzrokujući inducirane prijelaze u njemu. Zračenje može biti kontinuirano ili impulsno. Istovremeno, korištenjem raznih uređaja za brzo isključivanje i uključivanje povratne sprege i na taj način smanjivanje perioda impulsa, moguće je stvoriti uslove za stvaranje jakog zračenja. velike snage- to su takozvani džinovski impulsi. Ovaj način rada lasera naziva se Q-switched mode.
Laserski snop je koherentan, jednobojan, polarizovan, usko usmeren svetlosni tok. Jednom riječju, ovo je snop svjetlosti koji emituju ne samo sinhroni izvori, već i u vrlo uskom rasponu i usmjereno. Neka vrsta izuzetno koncentrisanog svetlosnog toka.

Zračenje koje generiše laser je monohromatsko, verovatnoća emisije fotona određene talasne dužine je veća od one blisko lociranog, povezanog sa širenjem spektralne linije, a verovatnoća indukovanih prelaza na ovoj frekvenciji takođe ima maksimum. Dakle, postepeno tokom procesa generisanja, fotoni date talasne dužine će dominirati nad svim ostalim fotonima. Osim toga, zbog posebnog rasporeda zrcala, u laserskom snopu zadržavaju se samo oni fotoni koji se šire u smjeru paralelnom optičkoj osi rezonatora na maloj udaljenosti od nje; preostali fotoni brzo napuštaju volumen rezonatora. Dakle, laserski snop ima vrlo mali ugao divergencije. Konačno, laserski snop ima strogo definisanu polarizaciju. Da bi se to postiglo, u rezonator se uvode različiti polarizatori; na primjer, to mogu biti ravne staklene ploče postavljene pod Brewsterovim kutom u odnosu na smjer širenja laserskog snopa.

Radna talasna dužina lasera, kao i druga svojstva, zavise od toga koji se radni fluid koristi u laseru. Radni fluid se „pumpa“ energijom da bi se dobio efekat inverzije elektronske populacije, što uzrokuje stimulisanu emisiju fotona i efekat optičkog pojačanja. Najjednostavniji oblik Optički rezonator se sastoji od dva paralelna ogledala (mogu ih biti i četiri ili više) koja se nalaze oko laserskog radnog fluida. Stimulirano zračenje radnog fluida se reflektuje nazad od ogledala i ponovo se pojačava. Do trenutka kada izađe, talas se može reflektovati mnogo puta.

Dakle, hajde da ukratko formulišemo uslove neophodne za stvaranje izvora koherentne svetlosti:

potrebna vam je radna supstanca sa invertiranom populacijom. Tek tada se pojačanje svjetlosti može postići prisilnim prijelazima;
radnu tvar treba postaviti između ogledala koja daju povratnu informaciju;
pojačanje koje daje radna supstanca, što znači da broj pobuđenih atoma ili molekula u radnoj supstanci mora biti veći od granične vrijednosti ovisno o koeficijentu refleksije izlaznog ogledala.

Mogu se koristiti laserski dizajni sledeće vrste radna tijela:

Tečnost. Koristi se kao radni fluid, na primjer, u laserima za bojenje. Uključuje: organski rastvarač(metanol, etanol ili etilen glikol) u kojima su otopljene hemijske boje (kumarin ili rodamin). Radna talasna dužina tečnih lasera određena je konfiguracijom upotrebljenih molekula boje.

Gasovi. Konkretno, mješavine ugljičnog dioksida, argona, kriptona ili plina, kao u helijum-neonskim laserima. „Pumpanje“ energijom ovih lasera najčešće se vrši pomoću električnih pražnjenja.
Čvrste materije (kristali i čaše). Čvrsti materijal takvih radnih fluida se aktivira (dopira) dodavanjem male količine iona hroma, neodimijuma, erbija ili titanijuma. Obično korišćeni kristali su: itrijum-aluminijum-granat, litijum-itijum-fluorid, safir (aluminijum-oksid) i silikatno staklo. Solid-state laseri se obično "pumpaju" blic lampom ili drugim laserom.

Poluprovodnici. Materijal u kojem prijelaz elektrona između energetskih nivoa može biti praćen zračenjem. Poluprovodnički laseri su veoma kompaktni i "pumpani" strujni udar, što im omogućava da se koriste u potrošačkim uređajima kao što su CD plejeri.

Da bi se pojačalo pretvorilo u oscilator, potrebno je organizirati povratnu informaciju. Kod lasera se to postiže postavljanjem aktivne supstance između reflektujućih površina (ogledala), formirajući takozvani „otvoreni rezonator” zbog činjenice da se deo energije koju emituje aktivna supstanca reflektuje od ogledala i ponovo vraća u aktivnu supstancu

Laser koristi optičke rezonatore različitih tipova - sa ravnim zrcalima, sferne, kombinacije ravnih i sfernih itd. U optičkim rezonatorima koji daju povratnu spregu u Laseru mogu se pobuditi samo određene vrste oscilacija elektromagnetno polje, koje se nazivaju prirodne oscilacije ili modovi rezonatora.

Modovi se odlikuju frekvencijom i oblikom, odnosno prostornom distribucijom vibracija. U rezonatoru sa ravnim ogledalima pretežno se pobuđuju tipovi oscilacija koje odgovaraju ravnim talasima koji se šire duž ose rezonatora. Sistem od dva paralelna ogledala rezonira samo na određenim frekvencijama - a u laseru takođe igra ulogu koju oscilatorno kolo igra u konvencionalnim generatorima niske frekvencije.

Upotreba otvorenog rezonatora (a ne zatvorenog - zatvorene metalne šupljine - karakteristika mikrotalasnog opsega) je fundamentalna, jer je u optičkom opsegu rezonator dimenzija L = ? (L je karakteristična veličina rezonatora, ? je talasna dužina) jednostavno se ne može proizvesti, a pri L >> ? zatvoreni rezonator gubi svoja rezonantna svojstva jer broj mogućih tipova oscilacija postaje toliko velik da se preklapaju.

Odsustvo bočnih zidova značajno smanjuje broj mogućih vrsta oscilacija (moda) zbog činjenice da valovi koji se šire pod uglom u odnosu na os rezonatora brzo prelaze njegove granice i omogućava održavanje rezonantnih svojstava rezonatora na L >> ?. Međutim, rezonator u laseru ne samo da daje povratnu informaciju vraćanjem zračenja reflektovanog od ogledala u aktivnu supstancu, već određuje i spektar laserskog zračenja, njegove energetske karakteristike i smjer zračenja.
U najjednostavnijoj aproksimaciji ravnog talasa, uslov za rezonanciju u rezonatoru sa ravnim ogledalima je da ceo broj polutalasa stane duž dužine rezonatora: L=q(?/2) (q je ceo broj) , što dovodi do izraza za frekvenciju tipa oscilovanja sa indeksom q: ?q=q(C/2L). Kao rezultat toga, spektar zračenja svjetlosti, u pravilu, je skup uskih spektralnih linija, među kojima su intervali identični i jednaki c/2L. Broj linija (komponenti) za datu dužinu L ovisi o svojstvima aktivnog medija, odnosno o spektru spontane emisije na korištenom kvantnom prijelazu i može doseći nekoliko desetina i stotina. Pod određenim uslovima, ispostavlja se da je moguće izolovati jednu spektralnu komponentu, odnosno implementirati single-mod laser mod. Spektralna širina svake komponente određena je gubicima energije u rezonatoru i, prije svega, prijenosom i apsorpcijom svjetlosti ogledala.

Frekvencijski profil pojačanja u radnoj tvari (određen je širinom i oblikom linije radne tvari) i skup prirodnih frekvencija otvorenog rezonatora. Za otvorene rezonatore sa visokim faktorom kvaliteta koji se koriste u laserima, propusni opseg rezonatora ??p, koji određuje širinu rezonantnih krivulja pojedinačnih modova, pa čak i udaljenost između susjednih modova ??h ispada da je manja od širine linije pojačanja. ??h, pa čak i kod gasnih lasera, gde je proširenje linije najmanje. Stoga nekoliko vrsta oscilacija rezonatora ulazi u krug pojačanja.

Dakle, laser ne generiše nužno na jednoj frekvenciji, češće se, naprotiv, generira istovremeno na nekoliko vrsta oscilacija, za koje je pojačanje? veći gubici u rezonatoru. Da bi laser radio na jednoj frekvenciji (u jednofrekventnom režimu), potrebno je, po pravilu, preduzeti posebne mere (na primer, povećati gubitke, kao što je prikazano na slici 3) ili promeniti rastojanje između ogledala. tako da samo jedan ulazi u krug pojačanja. Budući da je u optici, kao što je gore navedeno, ?h > ?p i frekvencija generiranja u laseru određena je uglavnom frekvencijom rezonatora, onda je za održavanje stabilne frekvencije generiranja potrebno stabilizirati rezonator. Dakle, ako dobitak u radnoj tvari pokriva gubitke u rezonatoru za određene vrste oscilacija, na njima dolazi do generiranja. Sjeme za njen nastanak je, kao i kod svakog generatora, šum, koji predstavlja spontanu emisiju u laserima.
Da bi aktivni medij emitovao koherentnu monokromatsku svjetlost, potrebno je uvesti povratnu spregu, odnosno dio onoga što emituje ovaj medij. svjetlosni tok poslati nazad u medijum da proizvede stimulisanu emisiju. Pozitivna povratna sprega se provodi pomoću optičkih rezonatora, koji su u osnovnoj verziji dva koaksijalna (paralelna i duž iste ose) zrcala, od kojih je jedno prozirno, a drugo "gluvo", odnosno potpuno reflektira svjetlosni tok. Radna tvar (aktivni medij), u kojoj se stvara inverzna populacija, postavlja se između ogledala. Stimulirano zračenje prolazi kroz aktivni medij, pojačava se, odbija se od ogledala, ponovo prolazi kroz medij i dalje se pojačava. Kroz prozirno ogledalo, dio zračenja se emituje u vanjsko okruženje, a dio se reflektira natrag u okolinu i ponovo pojačava. At određenim uslovima fluks fotona unutar radne tvari počet će se povećavati poput lavine i počet će stvaranje monokromatskog koherentnog svjetla.

Princip rada optičkog rezonatora, preovlađujući broj čestica radne supstance, predstavljenih otvorenim krugovima, nalaze se u osnovnom stanju, odnosno na nižem energetskom nivou. Samo ne veliki brojčestice, predstavljene tamnim krugovima, nalaze se u elektronski pobuđenom stanju. Kada je radna tvar izložena izvoru pumpanja, većina čestica prelazi u pobuđeno stanje (povećan je broj tamnih krugova) i stvara se inverzna populacija. Zatim (slika 2c) dolazi do spontane emisije nekih čestica koje se javljaju u elektronski pobuđenom stanju. Zračenje usmjereno pod kutom prema osi rezonatora napustit će radnu tvar i rezonator. Zračenje koje je usmjereno duž ose rezonatora će se približiti površina ogledala.

Za prozirno ogledalo, dio zračenja će proći kroz njega okruženje, a dio će se reflektirati i ponovo usmjeriti u radnu tvar, uključujući čestice u pobuđenom stanju u procesu stimulirane emisije.

Na „gluvom“ ogledalu ceo tok zračenja će se reflektovati i ponovo proći kroz radnu supstancu, indukujući zračenje svih preostalih pobuđenih čestica, što odražava situaciju kada su sve pobuđene čestice dale svoju pohranjenu energiju, a na izlazu rezonator, na strani prozirnog ogledala, formiran je snažan tok indukovanog zračenja.

Glavni strukturni elementi lasera uključuju radnu supstancu sa određenim energetskim nivoima atoma i molekula koji ih čine, izvor pumpe koji stvara inverziju populacije u radnoj supstanci i optičku šupljinu. Postoji veliki broj različitih lasera, ali svi imaju iste i jednostavne shematski dijagram uređaja, koji je prikazan na sl. 3.

Izuzetak su poluvodički laseri zbog svoje specifičnosti, jer je kod njih sve posebno: fizika procesa, metode pumpanja i dizajn. Poluprovodnici su kristalne formacije. U pojedinačnom atomu, energija elektrona poprima strogo definiranu diskretne vrijednosti, pa su stoga energetska stanja elektrona u atomu opisana jezikom nivoa. U poluvodičkom kristalu nivoi energije formiraju energetske trake. U čistom poluprovodniku koji ne sadrži nikakve nečistoće, postoje dva pojasa: takozvani valentni pojas i pojas provodljivosti koji se nalazi iznad njega (na energetskoj skali).

Između njih postoji jaz zabranjenih energetskih vrijednosti, koji se naziva pojasni razmak. Na temperaturi poluvodiča koja je jednaka apsolutnoj nuli, valentni pojas bi trebao biti potpuno ispunjen elektronima, a provodni pojas bi trebao biti prazan. U realnim uslovima, temperatura je uvek iznad apsolutne nule. Ali povećanje temperature dovodi do termičke pobude elektrona, neki od njih skaču iz valentnog pojasa u provodni pojas.

Kao rezultat ovog procesa pojavljuje se određeni (relativno mali) broj elektrona u pojasu provodljivosti, a odgovarajući broj elektrona će nedostajati u valentnom pojasu dok se potpuno ne popuni. Prazan prostor elektrona u valentnom pojasu predstavljen je pozitivno nabijenom česticom, koja se naziva rupa. Kvantni prijelaz elektrona kroz pojas odozdo prema gore smatra se procesom stvaranja para elektron-rupa, s elektronima koncentrisanim na donjoj ivici vodljivog pojasa, a rupama na gornjoj ivici valentnog pojasa. Prijelazi kroz zabranjenu zonu mogući su ne samo odozdo prema gore, već i odozgo prema dolje. Ovaj proces se naziva rekombinacija elektron-rupa.

Kada se čisti poluvodič ozrači svjetlošću čija energija fotona malo premašuje širinu pojasa, u poluvodičkom kristalu se mogu pojaviti tri vrste interakcije svjetlosti sa materijom: apsorpcija, spontana emisija i stimulirana emisija svjetlosti. Prva vrsta interakcije je moguća kada foton apsorbuje elektron koji se nalazi blizu gornje ivice valentnog pojasa. U tom slučaju, energetska snaga elektrona će postati dovoljna da prevlada pojas i izvršiće kvantni prijelaz u provodni pojas. Spontana emisija svjetlosti je moguća kada se elektron spontano vrati iz provodnog pojasa u valentni pojas uz emisiju energetskog kvanta – fotona. Eksterno zračenje može pokrenuti prijelaz u valentni pojas elektrona koji se nalazi blizu donje ivice vodljivog pojasa. Rezultat ove treće vrste interakcije svjetlosti sa poluvodičkom tvari bit će rađanje sekundarnog fotona, identičnog po svojim parametrima i smjeru kretanja fotonu koji je inicirao prijelaz.

Da bi se generisalo lasersko zračenje, potrebno je stvoriti inverznu populaciju "radnih nivoa" u poluprovodniku - stvoriti dovoljno visoku koncentraciju elektrona na donjoj ivici vodljivog pojasa i odgovarajuću visoku koncentraciju rupa na ivici pojasa provodljivosti. valentni pojas. U ove svrhe, čisti poluvodički laseri se obično pumpaju protokom elektrona.

Rezonatorska ogledala su polirane ivice poluvodičkog kristala. Nedostatak takvih lasera je u tome što mnogi poluvodički materijali stvaraju lasersko zračenje samo na vrlo niskim temperaturama, a bombardiranje poluvodičkih kristala strujom elektrona uzrokuje njihovo jako zagrijavanje. To zahtijeva dodatne uređaje za hlađenje, što komplicira dizajn uređaja i povećava njegove dimenzije.

Osobine poluprovodnika sa nečistoćama značajno se razlikuju od svojstava čistih poluprovodnika bez nečistoća. To je zbog činjenice da atomi nekih nečistoća lako doniraju jedan od svojih elektrona vodljivom pojasu. Ove nečistoće se nazivaju donorskim nečistoćama, a poluvodič sa takvim nečistoćama naziva se n-poluprovodnik. Atomi drugih nečistoća, naprotiv, hvataju jedan elektron iz valentnog pojasa, te su takve nečistoće akceptorske, a poluvodič sa takvim nečistoćama je p-poluprovodnik. Energetski nivo atomi nečistoće nalaze se unutar pojasa: za n-poluprovodnike - blizu donje ivice vodljivog pojasa, za /-poluprovodnike - blizu gornje ivice valentnog pojasa.

Ako se u ovoj oblasti stvori električni napon tako da postoji pozitivan pol na strani p-poluprovodnika, a negativan pol na strani p-poluprovodnika, tada pod uticajem električno polje elektroni iz n-poluprovodnika i rupe iz n-poluprovodnika će se kretati (ubrizgati) u područje p-n spoja.

Kada se elektroni i rupe rekombinuju, emituju se fotoni, a u prisustvu optičkog rezonatora može se generisati lasersko zračenje.

Ogledala optičkog rezonatora su polirani rubovi poluvodičkog kristala, orijentirani okomito p-n ravan— tranzicija. Takvi laseri su minijaturni, jer veličina poluvodičkog aktivnog elementa može biti oko 1 mm.

Ovisno o karakteristikama koje se razmatraju, svi laseri se dijele na sljedeći način).

Prvi znak. Uobičajeno je razlikovati laserske pojačivače i generatore. U pojačivačima se na ulaz dovodi slabo lasersko zračenje, a na izlazu se shodno tome pojačava. U generatorima nema vanjskog zračenja, ono nastaje u radnoj tvari uslijed njenog pobuđivanja pomoću različitih izvora pumpe. Svi medicinski laserski uređaji su generatori.

Drugi znak je fizičko stanje radne tvari. U skladu s tim, laseri se dijele na čvrste (rubin, safir, itd.), plinske (helij-neon, helijum-kadmijum, argon, ugljični dioksid itd.), tekuće (tečni dielektrik sa nečistoćama radnih atoma rijetkih zemnih metala) i poluprovodnika (arsenid-galijum, galijum arsenid fosfid, olovo selenid, itd.).

Metoda pobuđivanja radne supstance je treća žig laseri. U zavisnosti od izvora pobude razlikuju se laseri: optički pumpani, pumpani gasnim pražnjenjem, elektronska pobuda, ubrizgavanje nosača naboja, termički pumpani, hemijski pumpani i neki drugi.

Spektar laserske emisije je sljedeća karakteristika klasifikacije. Ako je zračenje koncentrisano u uskom rasponu valnih dužina, tada se laser smatra monokromatskim i njegovi tehnički podaci ukazuju na određenu valnu dužinu; ako je u širokom rasponu, tada laser treba smatrati širokopojasnim i naznačen je raspon valnih dužina.

Na osnovu prirode emitovane energije razlikuju se pulsni laseri i laseri sa kontinuiranim zračenjem. Ne treba brkati koncepte pulsnog lasera i lasera sa frekvencijskom modulacijom kontinuiranog zračenja, jer u drugom slučaju u suštini primamo isprekidano zračenje različitih frekvencija. Impulsni laseri imaju veliku snagu u jednom impulsu, dostižući 10 W, dok je njihova prosječna snaga impulsa, određena odgovarajućim formulama, relativno mala. Za lasere sa kontinuiranom frekvencijskom modulacijom, snaga takozvanog impulsa je manja od snage kontinuiranog zračenja.

Na osnovu prosječne izlazne snage zračenja (sljedeća klasifikacijska karakteristika), laseri se dijele na:

· visokoenergetski (generisana gustina fluksa snage zračenja na površini objekta ili biološkog objekta je preko 10 W/cm2);

· srednje energetski (gustina fluksa snage generisanog zračenja - od 0,4 do 10 W/cm2);

· niskoenergetski (gustina toka snage generisanog zračenja je manja od 0,4 W/cm2).

· meko (generisano energetsko zračenje - E ili gustina fluksa snage na ozračenoj površini - do 4 mW/cm2);

· prosjek (E - od 4 do 30 mW/cm2);

· tvrda (E - više od 30 mW/cm2).

U skladu sa " Sanitarni standardi i pravila za projektovanje i rad lasera br. 5804-91”, prema stepenu opasnosti generisanog zračenja za operativno osoblje, laseri se dele u četiri klase.

Prvoklasni laseri uključuju takve tehničke uređaje čiji izlaz kolimirano (ograničeno u ograničenom solidnom kutu) zračenje ne predstavlja opasnost pri zračenju ljudskih očiju i kože.

Laseri druge klase su uređaji čije izlazno zračenje predstavlja opasnost pri zračenju očiju direktnim i reflektovanim zračenjem.

Laseri treće klase su uređaji čije izlazno zračenje predstavlja opasnost pri zračenju očiju direktnim i zrcalno reflektovanim, kao i difuzno reflektovanim zračenjem na udaljenosti od 10 cm od difuzno reflektujuće površine i (ili) pri zračenju kože direktno i reflektovano zračenje.

Laseri klase 4 su uređaji čije izlazno zračenje predstavlja opasnost kada se koža ozrači difuzno reflektovanim zračenjem na udaljenosti od 10 cm od difuzno reflektirajuće površine.

Svako od nas je u rukama držao laserski pokazivač. Uprkos dekorativnoj upotrebi, sadrži pravi laser, sastavljen na bazi poluvodičke diode. Isti elementi se ugrađuju na laserske nivoe i.

Sljedeći popularni proizvod sastavljen na poluvodiču je DVD uređaj za snimanje vašeg računara. Sadrži snažniju lasersku diodu sa termičkom destruktivnom snagom.

Ovo vam omogućava da snimite sloj diska, deponujući numere sa digitalnim informacijama na njemu.

Kako radi poluprovodnički laser?

Uređaji ove vrste su jeftini za proizvodnju, a dizajn je prilično raširen. Princip rada laserskih (poluvodičkih) dioda zasniva se na upotrebi klasičnih p-n spoj. Ovaj prijelaz funkcionira isto kao i kod konvencionalnih LED dioda.

Razlika je u organizaciji zračenja: LED diode emituju "spontano", dok laserske diode emituju "prisilno".

Opšti princip formiranja takozvane „populacije“ kvantnog zračenja ispunjen je bez ogledala. Rubovi kristala su mehanički odrezani, pružajući efekat prelamanja na krajevima, sličan površini ogledala.

Da bi se dobile različite vrste zračenja, može se koristiti "homospojnica", kada su oba poluprovodnika ista, ili "heterospojnica", sa različitih materijala tranzicija.


Sama laserska dioda je pristupačna radio komponenta. Možete ga kupiti u prodavnicama koje prodaju radio komponente ili ga možete izdvojiti iz starog DVD-R (DVD-RW) uređaja.

Bitan! Čak i jednostavan laser koji se koristi u svjetlosnim pokazivačima može uzrokovati ozbiljna oštećenja mrežnice oka.

Više moćne instalacije, sa gorućom zrakom, može lišiti vid ili uzrokovati opekotine kože. Stoga, kada radite sa sličnih uređaja, budite izuzetno oprezni.

S takvom diodom na raspolaganju možete lako napraviti snažan laser vlastitim rukama. U stvari, proizvod može biti potpuno besplatan ili će vas koštati smiješnu količinu novca.

Uradi sam laser sa DVD drajva

Prvo morate nabaviti sam disk. Može se ukloniti sa starog računara ili kupiti na buvljoj pijaci po nominalnoj cijeni.

Izrada snažnog žarućeg lasera vlastitim rukama nije težak zadatak, međutim, osim mogućnosti korištenja lemilice, morat ćete biti pažljivi i pažljivi u svom pristupu. Vrijedi odmah napomenuti da ovdje nije potrebno duboko znanje iz oblasti elektrotehnike, a uređaj možete napraviti čak i kod kuće. Glavna stvar pri radu je poduzeti mjere opreza, jer je izlaganje laserskom snopu štetno za oči i kožu.

Laser je opasna igračka koja može naštetiti zdravlju ako se nepažljivo koristi. Ne usmjeravajte laser u ljude ili životinje!

Šta će ti trebati?

Svaki laser se može podijeliti na nekoliko komponenti:

• emiter svjetlosnog toka;
• optika;
• napajanje;
• stabilizator struje (driver).

Da biste napravili snažan domaći laser, sve ove komponente ćete morati razmotriti zasebno. Najpraktičniji i najlakši za sastavljanje je laser na bazi laserske diode, što ćemo razmotriti u ovom članku.

Gdje mogu nabaviti diodu za laser?

Radni element svakog lasera je laserska dioda. Možete ga kupiti u skoro svakoj radio prodavnici ili ga nabaviti sa neispravnog CD drajva. Činjenica je da je neoperabilnost pogona rijetko povezana s kvarom laserske diode. Ako vam je disk pokvaren, možete dodatni troškovi dobiti traženi element. Ali morate uzeti u obzir da njegov tip i svojstva zavise od modifikacije pogona.

Najslabiji laser, koji radi u infracrvenom opsegu, instaliran je u CD-ROM drajvove. Njegova snaga je dovoljna samo za čitanje CD-ova, a snop je gotovo nevidljiv i nije sposoban da spali predmete. CD-RW ima ugrađenu snažniju lasersku diodu, pogodnu za snimanje i dizajniranu za istu valnu dužinu. Smatra se najopasnijim, jer emituje snop u zoni spektra nevidljivoj za oko.

DVD-ROM drajv je opremljen sa dve slabe laserske diode, čija je energija dovoljna samo za čitanje CD-ova i DVD-ova. DVD-RW snimač sadrži crveni laser velike snage. Njegov snop je vidljiv pri svakom svjetlu i može lako zapaliti određene objekte.

BD-ROM sadrži ljubičasti ili plavi laser, koji je po parametrima sličan analognom sa DVD-ROM-a. Od BD-RE snimača možete dobiti najmoćniju lasersku diodu sa prekrasnim ljubičastim ili plavim snopom koji može sagoreti. Međutim, prilično je teško pronaći takav pogon za rastavljanje, i radni uređaj košta skupo.

Najprikladnija je laserska dioda preuzeta sa DVD-RW drajva. Najkvalitetnije laserske diode ugrađene su u LG, Sony i Samsung uređaje.

Što je veća brzina pisanja DVD drajva, to je snažnija laserska dioda ugrađena u njega.

Demontaža pogona

Imajući disk ispred sebe, prvo uklonite gornji poklopac odvrnuvši 4 zavrtnja. Zatim uklonite pokretni mehanizam, koji se nalazi u sredini i povezan sa štampana ploča fleksibilni kabl. Sljedeći cilj je laserska dioda, sigurno utisnuta u radijator od aluminija ili duraluminijske legure. Preporuča se osigurati zaštitu od statičkog elektriciteta prije demontaže. Da biste to učinili, vodi laserske diode su zalemljeni ili omotani tankom bakrenom žicom.

Dalje, postoje dvije moguće opcije. Prvi uključuje rad gotovog lasera u obliku stacionarne instalacije zajedno sa standardnim radijatorom. Druga opcija je sastavljanje uređaja u kućište prijenosne svjetiljke ili laserskog pokazivača. U tom slučaju, morat ćete primijeniti silu da biste prorezali ili pilili radijator bez oštećenja zračećeg elementa.

Vozač

Napajanjem lasera se mora postupati odgovorno. Kao i kod LED dioda, to mora biti stabilizirani izvor struje. Na internetu postoji mnogo kola koje napaja baterija ili akumulator preko ograničavajućeg otpornika. Dovoljnost ovog rješenja je upitna, jer se napon na bateriji ili bateriji mijenja ovisno o nivou napunjenosti. Shodno tome, struja koja teče kroz lasersku diodu će značajno odstupiti od nominalne vrijednosti. Kao rezultat toga, uređaj neće raditi efikasno pri malim strujama, a pri visokim strujama to će dovesti do brzog smanjenja intenziteta njegovog zračenja.

Najbolja opcija je korištenje jednostavnog stabilizatora struje izgrađenog na bazi. Ovaj mikro krug spada u kategoriju univerzalnih integrisanih stabilizatora sa mogućnošću samostalnog podešavanja izlazne struje i napona. Mikrokrug radi u širokom rasponu ulaznih napona: od 3 do 40 volti.

Analog LM317 je domaći čip KR142EN12.

Za prvi laboratorijski eksperiment prikladan je dijagram ispod. Jedini otpornik u kolu se izračunava pomoću formule: R=I/1.25, gdje je I nazivna laserska struja (referentna vrijednost).

Ponekad se na izlazu stabilizatora paralelno s diodom instaliraju polarni kondenzator od 2200 μFx16 V i nepolarni kondenzator od 0,1 μF. Njihovo učešće je opravdano u slučaju dovoda napona na ulaz iz stacionarnog izvora napajanja, koji može propustiti beznačajnu naizmeničnu komponentu i impulsni šum. Jedno od ovih kola, koje napaja Krona baterija ili mala baterija, predstavljeno je u nastavku.

Dijagram prikazuje približnu vrijednost otpornika R1. Da biste ga precizno izračunali, morate koristiti gornju formulu.

Nakon što ste sklopili električni krug, možete izvršiti preliminarnu vezu i, kao dokaz funkcionalnosti kruga, promatrati jarko crveno raspršeno svjetlo emitirajuće diode. Nakon mjerenja njegove stvarne struje i tjelesne temperature, vrijedi razmisliti o potrebi ugradnje radijatora. Ako će se laser koristiti u stacionarnoj instalaciji na velikim strujama dugo vrijeme, tada je potrebno obezbediti pasivno hlađenje. Sada je ostalo vrlo malo da se postigne cilj: fokusirajte se i dobijete uski snop velike snage.

Optika

Naučno rečeno, vrijeme je da se napravi jednostavan kolimator, uređaj za proizvodnju snopova paralelnih svjetlosnih zraka. Idealna opcija za ovu svrhu bila bi standardna leća uzeta sa pogona. Uz njegovu pomoć možete dobiti prilično tanak laserski snop promjera oko 1 mm. Količina energije takvog snopa dovoljna je da za nekoliko sekundi progori papir, tkaninu i karton, otopi plastiku i progori drvo. Ako fokusirate tanji snop, ovaj laser može rezati šperploču i pleksiglas. Ali postavljanje i bezbedno pričvršćivanje objektiva na disk je prilično teško zbog njegove male žižne daljine.

Mnogo je lakše napraviti kolimator na bazi laserskog pokazivača. Osim toga, njegovo kućište može primiti vozača i malu bateriju. Izlaz će biti snop prečnika oko 1,5 mm i manji efekat gorenja. Po maglovitom vremenu ili obilnim snježnim padavinama možete posmatrati nevjerovatne svjetlosne efekte usmjeravajući svjetlosni tok u nebo.

Preko internet trgovine možete kupiti gotov kolimator, posebno dizajniran za montažu i podešavanje lasera. Njegovo tijelo će služiti kao radijator. Poznavajući dimenzije svih sastavnih dijelova uređaja, možete kupiti jeftinu LED svjetiljku i koristiti njeno kućište.

U zaključku, želio bih dodati nekoliko fraza o opasnostima laserskog zračenja. Prvo, nikada nemojte usmjeravati lasersku zraku u oči ljudi ili životinja. To dovodi do ozbiljnog oštećenja vida. Drugo, nosite zelene naočale kada eksperimentišete sa crvenim laserom. Oni blokiraju prolazak većine crvenog dijela spektra. Količina svjetlosti koja se prenosi kroz naočale ovisi o talasnoj dužini zračenja. Pogledajte sa strane laserski snop bez njega zaštitna oprema dozvoljeno samo na kratko. U suprotnom može doći do bola u očima.

Pročitajte također

Povratak