Термин «лазер» фактически означает «усиление света за счет вынужденного излучения». Первый лазер, в котором в качестве резонатора использовался рубиновый цилиндр с серебряным покрытием, был разработан в 1960 году в исследовательских лабораториях Хьюза в Калифорнии. Сегодня лазеры используются для самых разных целей, от измерения до считывания зашифрованных данных, и есть несколько способов производства лазеров в зависимости от бюджета и возможностей.
Шаг
Часть 1 из 2: понимание того, как работают лазеры
Шаг 1. Обеспечьте источник энергии
Лазеры, или «лазеры», стимулируют электроны излучать свет определенной длины волны. (Этот процесс был впервые предложен в 1917 году Альбертом Эйнштейном.) Чтобы излучать свет, электроны должны сначала поглотить энергию, чтобы переместиться на более высокую орбиту, а затем высвободить эту энергию в виде света при возвращении на свою первоначальную орбиту. Этот источник энергии называется «насос».
- Небольшие лазеры, такие как в проигрывателях компакт-дисков и DVD и лазерные указки, используют электрическую цепь для подачи электрического тока на диод, который действует как накачка.
- Лазер на диоксиде углерода накачивается электрическим током, чтобы стимулировать электроны.
- Эксимерные лазеры получают энергию в результате химических реакций.
- В лазерах из хрусталя или стекла используется мощный источник света, например дуговая лампа или импульсная лампа.
Шаг 2. Направьте энергию через усиливающую среду
Усиливающая среда, или активная лазерная среда, усиливает энергию, выделяемую лучом за счет стимулированных электронов. Армирующая среда может быть одной из следующих:
- Полупроводники из таких материалов, как арсенид галлия, арсенид алюминия-галлия или арсенид индия-галлия.
- Рубиновый цилиндрический кристалл, использованный в первом лазере, созданном Hughes Laboratories. Также использовались сапфиры и гранаты, а также оптическое стекловолокно. Стекло и кристаллы обрабатываются ионами редкоземельных металлов.
- Керамика, также предварительно обработанная ионами редкоземельных металлов.
- Жидкости, обычно красители, хотя инфракрасные лазеры производятся с использованием джин-тоника в качестве усиливающей среды. Желатиновый десерт (Jell-O) также успешно используется как укрепляющая среда.
- Газы, такие как диоксид углерода, азот, пары ртути или смесь гелия с неоном.
- Химическая реакция.
- Электронный прожектор.
- Ядерное дело. Первый урановый лазер был создан в ноябре 1960 года, через шесть месяцев после создания первого рубинового лазера.
Шаг 3. Отрегулируйте зеркала так, чтобы они соответствовали свету
Зеркало или резонатор удерживает луч в лазерной камере до тех пор, пока он не достигнет желаемого уровня энергии для разряда, либо через небольшое отверстие в одном из зеркал, либо через линзу.
- В простейшей резонаторной установке - линейном резонаторе - используются два зеркала, расположенные друг напротив друга в лазерной камере. Этот параметр дает единый луч света.
- В более сложной конструкции, кольцевом резонаторе, используются три или более зеркала. Такая конструкция может создавать одиночный луч с помощью оптического изолятора или двойной луч.
Шаг 4. Используйте фокусирующую линзу, чтобы направить луч через усиливающую среду
Вместе с зеркалом линза помогает фокусировать и направлять свет, чтобы усиливающая среда получала как можно больше света.
Часть 2 из 2: изготовление лазеров
Метод первый: изготовление лазера из лазерного устройства
Шаг 1. Найдите магазин, в котором продаются лазерные устройства
Вы можете пойти в магазин электротоваров или поискать в Интернете «лазерное устройство», «лазерный модуль» или «лазерный диод». В состав лазерного устройства должны входить:
- схема контроллера. (Эта часть иногда продается отдельно от других компонентов.) Найдите схему управления, которая позволит вам регулировать силу тока.
- Лазерные диоды.
- Линза стеклянная или пластиковая, регулируемая. Обычно диод и линза упакованы вместе в небольшую трубку. (Эти компоненты иногда продаются отдельно от схемы контроллера.)
Шаг 2. Соберите схему контроллера
Многие лазерные устройства требуют, чтобы вы построили свою собственную схему контроллера. Этот тип устройства включает в себя печатную плату и связанные с ней детали, и вы должны спаять их вместе в соответствии со схемой, прилагаемой к устройству. Однако есть и другие устройства, которые имеют встроенную схему управления.
- Вы также можете спроектировать схему контроллера самостоятельно, если у вас есть для этого опыт в области электроники. Схема контроллера LM317 - отличный шаблон для разработки вашей собственной схемы. Убедитесь, что вы используете схему резистор-конденсатор, чтобы генерируемая энергия не испускала чрезмерных импульсов.
- После построения схемы контроллера проверьте ее, подключив к светодиоду (LED). Если светодиод не загорается сразу, отрегулируйте потенциометр. Если проблема не исчезнет, еще раз проверьте цепь и убедитесь, что все части правильно подключены.
Шаг 3. Подключите схему контроллера к диоду
Если у вас есть цифровой мультиметр, подключите его к цепи, чтобы контролировать ток, принимаемый диодом. Большинство диодов могут работать в диапазоне 30–250 мА, в то время как диапазон 100–150 мА дает довольно сильный луч.
Хотя более сильный луч от диода будет производить более мощный лазер, дополнительный ток, необходимый для создания луча, сгорит и быстрее повредит диод
Шаг 4. Подключите источник питания (аккумулятор) к цепи контроллера
Диод теперь должен ярко светиться.
Шаг 5. Настройте линзу для фокусировки лазерного луча
Если вы хотите выделить стену, корректируйте ее, пока не появится красивое яркое пятно.
После правильной установки линзы поместите спичку в лазерный тракт и регулируйте линзу, пока спичечная головка не начнет дымиться. Вы также можете попробовать надуть воздушные шары или проделать дыры в бумаге с помощью лазера
Метод второй: изготовление лазеров из использованных диодов
Шаг 1. Возьмите подержанный пишущий DVD или Blu-Ray
Найдите устройство со скоростью записи 16x или выше. Устройство оснащено диодом с выходной мощностью 150 милливатт (мВт) или больше.
- Устройство записи DVD имеет красный диод с длиной волны 650 нанометров (нм).
- Пишущий Blu-Ray имеет синий диод с длиной волны 405 нм.
- Записывающее устройство DVD должно быть достаточно способным записывать диски, хотя это не обязательно должно быть успешным. (Другими словами, диод должен работать).
- Не используйте устройство чтения DVD, устройство записи компакт-дисков или устройство чтения компакт-дисков вместо устройства записи DVD. У DVD-ридеров есть красные диоды, но они не такие мощные, как DVD-ридеры. Диоды записи компакт-дисков довольно мощные, но излучают свет в инфракрасном диапазоне, поэтому вам нужно искать лучи, которые вы не видите.
Шаг 2. Снимите диод с записывающего устройства DVD / Blu-Ray
Переверните устройство. Перед открытием устройства и снятием диода необходимо удалить четыре или более винта.
- Как только устройство будет открыто, на месте будет пара металлических рамок, удерживаемых винтами. Рама удерживает компоненты лазера. После удаления винтов вы можете снять раму и удалить компоненты лазера.
- Диоды меньше монет. Диод имеет три металлических ножки и может быть заключен в металлический слой, с прозрачным защитным окном или без него, или он может быть открытым.
- Вы должны вынуть диод из лазерного компонента. Чтобы упростить задачу, сначала снимите радиатор с лазерного компонента, прежде чем пытаться удалить диод. Если у вас есть антистатический браслет, надевайте его, когда берете диод в руки.
- Обращайтесь с диодом осторожно, еще более осторожно, если это открытый диод. Подготовьте антистатический футляр для хранения диодов до момента изготовления лазера.
Шаг 3. Достаньте фокусирующую линзу
Луч диода должен пройти через фокусирующую линзу, чтобы получить лазер. Вы можете сделать это одним из следующих двух способов:
- Используйте увеличительное стекло в качестве фокусировки. Перемещайте увеличительное стекло, пока не найдете нужное место для излучения лазерного луча, и это следует делать каждый раз, когда вы хотите использовать лазер.
- Приобретите комплект линз с лазерным диодом малой мощности, например 5 мВт, и замените диод диодом от записывающего устройства DVD.
Шаг 4. Получите или соберите схему контроллера
Шаг 5. Подключите диод к цепи контроллера
Подключите положительный вывод диода к положительному выводу цепи контроллера, а отрицательный вывод к отрицательному выводу. Расположение контактов диода зависит от того, используете ли вы красный диод записывающего устройства DVD или синий диод записывающего устройства Blu-Ray.
- Держите диод ножками к себе, вращая его так, чтобы основания ножек образовали треугольник, направленный вправо. На обоих диодах верхняя ножка является плюсовой.
- На красном диоде записывающего устройства DVD ножка посередине, которая образует вершину треугольника, является отрицательной ножкой.
- На синем диоде записывающего устройства Blu-Ray голень - это отрицательная ножка.
Шаг 6. Подключите источник питания к цепи контроллера
Шаг 7. Настройте линзу для фокусировки лазерного луча
подсказки
- Чем меньше вы сфокусируете лазерный луч, тем мощнее будет лазер, но он будет эффективен только на этом фокусном расстоянии. При фокусировке на расстоянии 1 м лазер эффективен только на расстоянии 1 м. Если вы не хотите использовать лазер, рассредоточьте фокус линзы до тех пор, пока лазерный луч не станет диаметром примерно с мяч для пинг-понга.
- Чтобы защитить лазерное устройство, храните его в розетке, например в светодиодном фонарике или держателе батареи, в зависимости от того, насколько мала ваша схема контроллера.
Предупреждение
- Не направляйте лазер на поверхность, отражающую свет. Лазеры - это лучи света, и они могут отражаться так же, как несфокусированные лучи, только с большими последствиями.
- Всегда носите очки, соответствующие длине волны лазерного луча, с которым вы работаете (в данном случае - длине волны лазерного диода). Лазерные очки производятся в цветах, которые уравновешивают цвет лазерного луча: зеленый для красного лазера 650 нм, красно-оранжевый для синего лазера 405 нм. Не используйте сварочные маски, очки с ребристой кромкой или солнцезащитные очки вместо лазерных очков.
- Не смотрите на источник лазерного луча и не направляйте лазер в глаза людям. Лазеры класса IIIb, тип лазера, обсуждаемый в этой статье, могут повредить глаз даже при использовании лазерных очков. Без разбора светить лазерным лучом также является нарушением закона.
