Твердотільний лазер своїми руками. Як зробити потужний лазер
Сьогодні ми поговоримо про те, як зробити самостійно потужний зелений або синій лазер в домашніх умовах з підручних матеріалів своїми руками. Також розглянемо креслення, схеми і пристрій саморобних лазерних вказівок з підпалюють променем і дальністю до 20 км
Основою пристрою лазера служить оптичний квантовий генератор, який, використовуючи електричну, теплову, хімічну або іншу енергію, виробляє лазерний промінь.
В основі роботи лазера служить явище вимушеного (індукованого) випромінювання. Випромінювання лазера може бути безперервним, з постійною потужністю, або імпульсним, що досягає гранично великих пікових потужностей. Суть явища полягає в тому, що збуджений атом здатний випромінювати фотон під дією іншого фотона без його поглинання, якщо енергія останнього дорівнює різниці енергій рівнів атома до і після випромінювання. При цьому ізлучённий фотон когерентний фотону, який викликав випромінювання, тобто є його точною копією. Таким чином відбувається посилення світла. Цим явище відрізняється від спонтанного випромінювання, в якому випромінюються фотони мають випадкові напрямку поширення, поляризацію і фазу
Імовірність того, що випадковий фотон викличе вимушене випромінювання збудженого атома, в точності дорівнює ймовірності поглинання цього фотона атомом, що знаходяться в збудженому стані. Тому для посилення світла необхідно, щоб збуджених атомів в середовищі було більше, ніж збудженому. У стані рівноваги ця умова не виконується, тому використовуються різні системи накачування активного середовища лазера (оптичні, електричні, хімічні та ін.). У деяких схемах робочий елемент лазера використовується в якості оптичного підсилювача для випромінювання від іншого джерела.
У квантовому генераторі немає зовнішнього потоку фотонів, інверсна заселеність створюється всередині нього за допомогою різних джерел накачування. Залежно від джерел існують різні способи накачування:
оптичний - потужна лампа-спалах;
газовий розряд в робочому речовині (активному середовищі);
інжекція (перенесення) носіїв струму в напівпровіднику в зоні
р-п переходах;
електронне збудження (опромінення в вакуумі чистого напівпровідника потоком електронів);
теплової (нагрівання газу з подальшим його різким охолодженням;
хімічний (використання енергії хімічних реакцій) І деякі інші.
Першоджерелом генерації є процес спонтанного випромінювання, тому для забезпечення наступності поколінь фотонів необхідне існування позитивного зворотного зв'язку, за рахунок якої ізлучённие фотони викликають наступні акти індукованого випромінювання. Для цього активне середовище лазера поміщається в оптичний резонатор. У найпростішому випадку він являє собою два дзеркала, одне з яких напівпрозоре - через нього промінь лазера частково виходить з резонатора.
Відбиваючись від дзеркал, пучок випромінювання багаторазово проходить по резонатору, викликаючи в ньому індуковані переходи. Випромінювання може бути як безперервним, так і імпульсним. При цьому, використовуючи різні прилади для швидкого вмикання та вимикання зворотного зв'язку і зменшення тим самим періоду імпульсів, можливо створити умови для генерації випромінювання дуже великої потужності - це так звані гігантські імпульси. Цей режим роботи лазера називають режимом модульованої добротності.
Лазерний промінь являє собою когерентний, монохромний, поляризований вузькоспрямований світловий потік. Одним словом, це промінь світла, що випускається мало того, що синхронними джерелами, так ще й в дуже вузькому діапазоні, причому направлено. Такий собі надзвичайно сконцентрований світловий потік.
Генерується лазером випромінювання є монохроматичним, ймовірність випромінювання фотона певної довжини хвилі більше, ніж близько розташованої, пов'язаної з розширенням спектральної лінії і ймовірність індукованих переходів на цій частоті теж має максимум. Тому поступово в процесі генерації фотони даної довжини хвилі будуть домінувати над усіма іншими фотонами. Крім цього, через особливої \u200b\u200bприхильності дзеркал в лазерному промені зберігаються лише ті фотони, які поширюються в напрямку, паралельному оптичної осі резонатора на невеликій відстані від неї, інші фотони швидко покидають обсяг резонатора. Таким чином промінь лазера має дуже малий кут розходження. Нарешті, промінь лазера має строго певну поляризацію. Для цього в резонатор вводять різні поляризатори, наприклад, ними можуть служити плоскі скляні пластинки, встановлені під кутом Брюстера до напрямку поширення променя лазера.
Від того, яке робоче тіло використано в лазері, залежить робоча довжина його хвилі, а також інші властивості. Робоче тіло піддається "накачування" енергією, щоб отримати ефект інверсії електронних населенностей, який викликає вимушене випромінювання фотонів і ефект оптичного посилення. Найпростішою формою оптичного резонатора є два паралельних дзеркала (їх також може бути чотири і більше), розташованих навколо робочого тіла лазера. Вимушене випромінювання робочого тіла відбивається дзеркалами назад і знову посилюється. До моменту виходу назовні хвиля може відображатися багаторазово.
Отже, сформулюємо коротко умови, необхідні для створення джерела когерентного світла:
потрібно робоча речовина з інверсної населеністю. Тільки тоді можна отримати посилення світла за рахунок вимушених переходів;
робоча речовина слід помістити між дзеркалами, які здійснюють зворотний зв'язок;
посилення, що дається робочою речовиною, а значить, число збуджених атомів або молекул в робочій речовині має бути більше порогового значення, що залежить від коефіцієнта відбиття вихідного дзеркала.
У конструкції лазерів можуть бути використані наступні типи робочих тел:
Рідина. Застосовується в якості робочого тіла, наприклад, в лазерах на барвниках. До складу входять органічний розчинник (метанол, етанол або етиленгліколь), в якому розчинені хімічні барвники (кумарин або родамін). Робоча довжина хвилі рідинних лазерів визначається конфігурацією молекул використовуваного барвника.
Гази. Зокрема, вуглекислий газ, аргон, криптон або газові суміші, Як в гелій-неонових лазерах. "Накачування" енергією цих лазерів найчастіше здійснюється за допомогою електричних розрядів.
Тверді тіла (кристали і скла). Суцільний матеріал таких робочих тел активується (легується) за допомогою додавання невеликої кількості іонів хрому, неодиму, ербію або титану. Зазвичай використовуються такі кристали: алюмо-ітрієві гранат, літієво-ітрієві фторид, сапфір (оксид алюмінію) і силікатне скло. Твердотільні лазери зазвичай "накачуються" імпульсною лампою або іншим лазером.
Напівпровідники. Матеріал, в якому перехід електронів між енергетичними рівнями може супроводжуватися випромінюванням. Напівпровідникові лазери дуже компактні, "накачуються" електричним струмом, Що дозволяє використовувати їх в побутових пристроях, Таких як програвачі компакт-дисків.
Щоб перетворити підсилювач в генератор, необхідно організувати зворотний зв'язок. У лазерах вона досягається при приміщенні активної речовини між відбивають світло (дзеркалами), що утворюють так званий "відкритий резонатор" за рахунок того, що частина випромінювань активною речовиною енергії відбивається від дзеркал і знову повертається в активну речовину
В лазера використовуються оптичні резонатори різних типів - з плоскими дзеркалами, сферичними, комбінаціями плоских і сферичних і ін. В оптичних резонаторах, що забезпечують зворотний зв'язок в лазер, можуть порушуватися лише деякі певні типи коливань електромагнітного поля, Які називаються власними коливаннями або модами резонатора.
Моди характеризуються частотою і формою, т. Е. Просторовим розподілом коливань. У резонаторі з плоскими дзеркалами переважно порушуються типи коливань, відповідні плоским хвилям, що поширюються уздовж осі резонатора. Система з двох паралельних дзеркал резонує тільки на певних частотах - і виконує в лазері ще й ту роль, яку в звичайних низькочастотних генераторах грає коливальний контур.
Використання саме відкритого резонатора (а не закритого - замкнутої металевої порожнини - характерного для СВЧ діапазону) принципово, так як в оптичному діапазоні резонатор з розмірами L \u003d? (L - характерний розмір резонатора ,? - довжина хвилі) просто не може бути виготовлений, а при L \u003e\u003e? закритий резонатор втрачає резонансні властивості, оскільки число можливих типів коливань стає настільки великим, що вони перекриваються.
Відсутність бічних стінок значно зменшує число можливих типів коливань (мод) за рахунок того, що хвилі, що поширюються під кутом до осі резонатора, швидко йдуть за його межі, і дозволяє зберегти резонансні властивості резонатора при L \u003e\u003e?. Однак резонатор в лазері не тільки забезпечує зворотний зв'язок за рахунок повернення відбитого від дзеркал випромінювання в активну речовину, а й визначає спектр випромінювання лазера, його енергетичні характеристики, спрямованість випромінювання.
У найпростішому наближенні плоскої хвилі умова резонансу в резонаторі з плоскими дзеркалами полягає в тому, що на довжині резонатора укладається ціле число півхвиль: L \u003d q (? / 2) (q - ціле число), що призводить до вираження для частоти типу коливань з індексом q:? q \u003d q (C / 2L). В результаті спектр випромінювання Л., як правило, являє собою набір вузьких спектральних ліній, інтервали між якими однакові і рівні c / 2L. Число ліній (компонент) при заданій довжині L залежить від властивостей активного середовища, т. Е. Від спектра спонтанного випромінювання на використовуваному квантовому переході і може досягати декількох десятків і сотень. При певних умовах виявляється можливим виділити одну спектральну компоненту, т. Е. Здійснити одномодовий режим генерації. Спектральна ширина кожної з компонент визначається втратами енергії в резонаторі і, в першу чергу, пропусканням і поглинанням світла дзеркалами.
Частотний профіль коефіцієнта посилення в робочій речовині (він визначається шириною і формою лінії робочої речовини) і набір власних частот відкритого резонатора. Для використовуваних в лазерах відкритих резонаторів з високою добротністю смуга пропускання резонатора ?? p, яка визначає ширину резонансних кривих окремих мод, І навіть відстань між сусідніми модами ?? h виявляються менше, ніж ширина лінії посилення ?? h, причому навіть в газових лазерах, де розширення ліній найменше. Тому в контур посилення потрапляє кілька типів коливань резонатора.
Таким чином, лазер не обов'язково генерує на одній частоті, частіше навпаки, генерація відбувається одночасно на декількох типах коливань, для яких посилення? більше втрат в резонаторі. Для того щоб лазер працював на одній частоті (в одночастотному режимі), необхідно, як правило, приймати спеціальні заходи (наприклад, збільшити втрати, як це показано на малюнку 3) або змінити відстань між дзеркалами так, щоб і в контур посилення потрапляла тільки одна мода. Оскільки в оптиці, як зазначено вище,? H\u003e? P і частота генерації в лазері визначається в основному частотою резонатора, то, щоб тримати стабільною частоту генерації, необхідно стабілізувати резонатор. Отже, якщо коефіцієнт посилення в робочій речовині перекриває втрати в резонаторі для певних типів коливань, на них виникає генерація. Запалом для її виникнення є, як і в будь-якому генераторі, шуми, що представляють в лазерах спонтанне випромінювання.
Для того, щоб активне середовище випромінювала когерентний монохроматичний світло, необхідно ввести зворотний зв'язок, т. Е. Частина излученного цим середовищем світлового потоку направити назад в середу для здійснення вимушеного випромінювання. Позитивний зворотний зв'язок здійснюється за допомогою оптичних резонаторів, які в елементарному варіанті являють собою два співвісно (паралельно і по одній осі) розташованих дзеркала, одне з яких напівпрозоре, а інше - «глухе», т. Е. Повністю відображає світловий потік. Робоча речовина (активна середу), в якому створена інверсна заселеність, розташовують між дзеркалами. Вимушене випромінювання проходить через активне середовище, посилюється, відбивається від дзеркала, знову проходить через середовище і ще більш посилюється. Через напівпрозоре дзеркало частина випромінювання випускається під зовнішнє середовище, А частина відбивається назад в середу і знову посилюється. При певних умовах потік фотонів всередині робочої речовини почне лавиноподібно наростати, почнеться генерація монохроматичного когерентного світла.
Принцип роботи оптичного резонатора, переважна кількість частинок робочої речовини, представлені світлими кружками, знаходяться в основному стані, т. Е. На нижньому енергетичному рівні. Лише невелика кількість частинок, представлені темними кружками, знаходяться в електронно-збудженому стані. При впливі на робочу речовину джерелом накачування основна кількість частинок переходить в збуджений стан (зросла кількість темних гуртків), створена інверсна заселеність. Далі (рис. 2в) відбувається спонтанне випромінювання деяких частинок, що знаходяться в електронно-збудженому стані. Випромінювання, спрямоване під кутом до осі резонатора, покине робоче речовина і резонатор. Випромінювання, яке направлено уздовж осі резонатора, підійде до дзеркальної поверхні.
У напівпрозорого дзеркала частина випромінювання пройде крізь нього в навколишнє середовище, А частина відіб'ється і знову попрямує в робочу речовину, залучаючи до процесу вимушеного випромінювання частинки, що знаходяться в збудженому стані.
У «глухого» дзеркала весь променевої потік відіб'ється і знову пройде робоча речовина, індукуючи випромінювання всіх, хто лишився збуджених частинок, де відображена ситуація, коли всі порушені частинки віддали свою накопичену енергію, а на виході резонатора, на стороні напівпрозорого дзеркала утворився потужний потік індукованого випромінювання.
Основні конструктивні елементи лазерів включають в себе робочу речовину з певними енергетичними рівнями складових їх атомів і молекул, джерело накачування, що створює инверсную заселеність в робочому речовині, і оптичний резонатор. Існує велика кількість різних лазерів, проте всі вони мають одну і ту ж і притому просту принципову схему пристрою, яка представлена \u200b\u200bна рис. 3.
Виняток становлять напівпровідникові лазери через свою специфічність, оскільки у них все особливе: і фізика процесів, і методи накачування, і конструкція. Напівпровідники являють собою кристалічні освіти. В окремому атомі енергія електрона приймає строго певні дискретні значення, і тому енергетичні стану електрона в атомі описуються на мові рівнів. У кристалі напівпровідника енергетичні рівні утворюють енергетичні зони. У чистому, що не містить будь-яких домішок полупроводнике є дві зони: так звана валентна зона і розташована над нею (за шкалою енергій) зона провідності.
Між ними є проміжок заборонених значень енергії, який називається забороненою зоною. При температурі напівпровідника, що дорівнює абсолютного нуля, валентна зона повинна бути повністю заповнена електронами, а зона провідності повинна бути порожньою. В реальних умовах температура завжди вище абсолютного нуля. Але підвищення температури призводить до теплового порушення електронів, частина з них перескакує з валентної зони в зону провідності.
В результаті цього процесу в зоні провідності з'являється деякий (відносно невелика) кількість електронів, а у валентній зоні до її повного заповнення буде не вистачати відповідної кількості електронів. Електронна вакансія в валентної зоні представляється позитивно зарядженою часткою, яка іменується діркою. Квантовий перехід електрона через заборонену зону від низу до верху розглядається як процес генерації електронно-діркової пари, при цьому електрони зосереджені у нижнього краю зони провідності, а дірки - у верхнього краю валентної зони. Переходи через заборонену зону можливі не тільки знизу вгору, але і зверху вниз. Такий процес називається рекомбінацією електрона і дірки.
При опроміненні чистого напівпровідника світлом, енергія фотонів якого трохи перевищує ширину забороненої зони, в кристалі напівпровідника можуть відбуватися три типу взаємодії світла с.веществом: поглинання, спонтанне випущення і вимушене випускання світла. Перший тип взаємодії можливий при поглинанні фотона електроном, що знаходяться поблизу верхнього краю валентної зони. При цьому енергетична потужність електрона стане достатньою для подолання забороненої зони, і він зробить квантовий перехід в зону провідності. Спонтанне випущення світла можливо при мимовільному поверненні електрона із зони провідності в валентну зону з випусканням кванта енергії - фотона. Зовнішнє випромінювання може ініціювати перехід в валентну зону електрона, що знаходиться поблизу нижнього краю зони провідності. Результатом цього, третього типу взаємодії світла з речовиною напівпровідника буде народження вторинного фотона, ідентичного за своїми параметрами і напрямку руху фотона, який ініціював перехід.
Для генерації лазерного випромінювання необхідно створити в напівпровіднику инверсную заселеність «робочих рівнів» - створити досить високу концентрацію електронів у нижнього краю зони провідності і відповідно високу концентрацію дірок у краю валентної зони. Для цих цілей в чистих напівпровідникових лазерах зазвичай застосовують накачування потоком електронів.
Дзеркалами резонатора є відполіровані грані кристала напівпровідника. Недоліком таких лазерів є те, що багато напівпровідникові матеріали генерують лазерне випромінювання лише при дуже низьких температурах, а бомбардування кристалів напівпровідників потоком електронів викликає його сильне нагрівання. Це вимагає наявності додаткових охолоджувальних пристроїв, що ускладнює конструкцію апарату і збільшує його габарити.
Властивості напівпровідників з домішками істотно відрізняються від властивостей бездомішкових, чистих напівпровідників. Це обумовлено тим, що атоми одних домішок легко віддають в зону провідності по одному зі своїх електронів. Ці домішки називаються донорними, а напівпровідник з такими домішками - п-полупро- водників. Атоми інших домішок, навпаки, захоплюють по одному електрону з валентної зони, і такі домішки є акцепторними, а напівпровідник з такими домішками - р-напів провідником. Енергетичний рівень домішкових атомів розташовується всередині забороненої зони: у «-полупроводніков - недалеко від нижнього краю зони провідності, у / ^ - напівпровідників - поблизу верхнього краю валентної зони.
Якщо в цій області створити електричну напругу так, щоб з боку р-напівпровідника був позитивний полюс, а з боку п-напівпровідника негативний, то під дією електричного поля електрони з п-напівпровідника і дірки з / ^ - напівпровідника будуть переміщатися (інжектовані) в область р-п - переходу.
При рекомбінації електронів і дірок будуть випускатися фотони, а при наявності оптичного резонатора можлива генерація лазерного випромінювання.
Дзеркалами оптичного резонатора є відполіровані грані кристала напівпровідника, орієнтовані перпендикулярно площині р-п - \u200b\u200bпереходу. Такі лазери відрізняються мініатюрністю, оскільки розміри напівпровідникового активного елементу можуть становити близько 1 мм.
Залежно від розглянутого ознаки все лазери підрозділяються в такий спосіб).
Перша ознака. Прийнято розрізняти лазерні підсилювачі та генератори. У підсилювачах на вході подається слабке лазерне випромінювання, а на виході воно відповіднопосилюється. В генераторах немає зовнішнього випромінювання, воно виникає в робочому речовині за рахунок її порушення за допомогою різних джерел накачування. всі медичні лазерні апарати є генераторами.
Друга ознака - фізичний стан робочої речовини. Відповідно до цього лазери підрозділяються на твердотільні (рубінові, сапфірові і ін.), Газові (гелій-неонові, гелій кадмієві, аргонові, вуглекислотні і ін.), Жидкосной (рідкий діелектрик з домішковими робочими атомами рідкісноземельних металів) і напівпровідникові (арсенід -галліевие, арсенід-фосфід- галієві, селенід-свинцеві і ін.).
Спосіб збудження робочої речовини є третім відмітною ознакою лазерів. Залежно від джерела збудження розрізняють лазери з оптичним накачуванням, з накачуванням за рахунок газового розряду, електронного збудження, інжекції носіїв заряду, з тепловою, хімічною накачуванням і деякі інші.
Спектр випромінювання лазера є наступним ознакою класифікації. Якщо випромінювання зосереджено у вузькому інтервалі довжин хвиль, то прийнято вважати лазер монохроматичності і в його технічних даних вказується конкретна довжина хвилі; якщо в широкому інтервалі, то слід вважати лазер широкосмуговим і вказується діапазон довжин хвиль.
За характером випромінюваної енергії розрізняють імпульсні лазери і лазери з безперервним випромінюванням. Не слід змішувати поняття імпульсний лазер і лазер з частотною модуляцією безперервного випромінювання, оскільки в другому випадку ми отримуємо по суті справи переривчасте випромінювання різної частоти. Імпульсні лазери мають велику потужність в одиночному імпульсі, що досягають 10 Вт, тоді як їх среднеімпульсная потужність, яка визначається за відповідними формулами, порівняно невелика. У безперервних лазерів з частотною модуляцією потужність в так званому імпульсі нижча за потужність безперервного випромінювання.
За середньої вихідної потужності випромінювання (наступний ознака класифікації) лазери підрозділяються на:
· Високоенергетичні (створювана щільність потоку потужність випромінювання на поверхні об'єкта або біооб'єкту - понад 10 Вт / см2);
· Среднеенергетіческіе (створювана щільність потоку потужність випромінювання - від 0,4 до 10 Вт / см2);
· Низькоенергетичні (створювана щільність потоку потужність випромінювання - менше 0,4 Вт / см2).
· М'яке (створювана енергетична опромінення - Е або щільність потоку потужності на опромінюваної поверхні - до 4 мВт / см2);
· Середнє (Е - від 4 до 30 мВт / см2);
· Жорстке (Е - більше 30 мВт / см2).
Відповідно до «Санітарними нормами і правилами пристрої і експлуатації лазерів № 5804-91» за ступенем небезпеки генерованого випромінювання для обслуговуючого персоналу лазери підрозділяються на чотири класи.
До лазерів першого класу відносяться такі технічні пристрої, Вихідна коллімінірованное (укладену в обмеженому тілесному куті) випромінювання яких не становить небезпеку при опроміненні очей і шкіри людини.
Лазери другого класу - це пристрої, вихідний випромінювання яких становить небезпеку при опроміненні очей прямим і дзеркально відбитим випромінюванням.
Лазери третього класу - це пристрої, вихідний випромінювання яких становить небезпеку при опроміненні очей прямим і дзеркально відбитим, а також дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні, і (або) при опроміненні шкіри прямим і дзеркально відбитим випромінюванням.
Лазери четвертого класу - це пристрої, вихідний випромінювання яких становить небезпеку при опроміненні шкіри дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні.
Зробити потужний пропалює лазер своїми руками - нескладне завдання, однак, крім уміння користуватися паяльником, буде потрібно уважність і акуратність підходу. Відразу варто відзначити, що глибокі пізнання з області електротехніки тут не потрібні, а змайструвати пристрій можна навіть в домашніх умовах. Головне при роботі - це дотримання запобіжних заходів, так як вплив лазерного променя згубно для очей і шкіри.
Лазер - небезпечна іграшка, яка може завдати шкоди здоров'ю при його неакуратному використанні. Забороняється направляти лазер на людей і тварин!
Що потрібно?
Будь-лазер можна розбити на кілька складових:
- випромінювач світлового потоку;
- оптика;
- джерело живлення;
- стабілізатор живлення по струму (драйвер).
Щоб зробити потужний саморобний лазер, потрібно розглянути всі ці складові окремо. Найбільш практичним і простим в збірці є лазер на основі лазерного діода, його і розглянемо в даній статті.
Звідки взяти діод для лазера?
Робочий орган будь-якого лазера - це лазерний діод. Його можна купити майже в будь-якому магазині радіотехніці, або дістати з неробочого приводу для компакт-дисків. Справа в тому, що непрацездатність приводу рідко пов'язана з виходом з ладу лазерного діода. Маючи в наявності зламаний привід можна без зайвих витрат дістати потрібний елемент. Але потрібно врахувати, що його тип і властивості залежать від модифікації приводу.
Найслабший лазер, що працює в інфрачервоному діапазоні, встановлений в CD-ROM дисководах. Його потужності вистачає тільки для зчитування CD дисків, а промінь майже невидимий і не здатний пропалювати предмети. У CD-RW вбудований більш потужний лазерний діод, придатний для запису і розрахований на ту ж довжину хвилі. Він вважається найбільш небезпечним, так як випромінює промінь в невидимою для ока зоні спектра.
Дисковод DVD-ROM оснащений двома слабкими лазерними діодами, енергії яких вистачає лише для читання CD і DVD дисків. У приводі, що пише DVD-RW встановлений червоний лазер великої потужності. Його промінь видно при будь-якому освітленні і може легко запалювати деякі предмети.
В BD-ROM варто фіолетовий або синій лазер, який за параметрами схожий з аналогом з DVD-ROM. З пишуть BD-RE можна дістати найбільш потужний лазерний діод з красивим фіолетовим або синім променем, здатним до прожига. Однак знайти для розбирання такий привід досить складно, а робоче пристрій коштує дорого.
Найбільш підходящим є лазерний діод, взятий з пишучого приводу DVD-RW дисків. Найбільш якісні лазерні діоди встановлені в LG, Sony і Samsung приводах.
Чим вище швидкість запису DVD приводу, тим потужніше встановлений в ньому лазерний діод.
Розбір приводу
Маючи перед собою привід, насамперед знімають верхню кришку, відкрутивши 4 гвинта. Потім витягають рухливий механізм, який знаходиться в центрі і з'єднаний з друкованою платою гнучким шлейфом. Наступна мета - лазерний діод, надійно впресований в радіаторі з алюмінієвого або алюмінієвого сплаву. Перед його демонтажем рекомендується забезпечити захист від статичної електрики. Для цього висновки лазерного діода споюють або обмотують тонкою мідним дротом.
Далі можливі два варіанти. Перший має на увазі експлуатацію готового лазера у вигляді стаціонарної установки разом зі штатним радіатором. Другий варіант - це збірка пристрою в корпусі переносного ліхтарика або лазерної указки. В цьому випадку доведеться докласти силу, щоб розкусити або розпиляти радіатор, не пошкодивши випромінюючий елемент.
драйвер
До харчування лазера необхідно поставитися відповідально. Як і для світлодіодів, це повинен бути джерело стабілізованого струму. В інтернеті зустрічається безліч схем з живленням від батарейки чи акумулятора через обмежувальний резистор. Достатність такого рішення сумнівна, так як напруга на акумуляторі або батарейки змінюється в залежності від рівня заряду. Відповідно струм, що протікає через випромінюючий діод лазера, буде сильно відхилятися від номінального значення. В результаті на малих токах пристрій буде працювати неефективно, а на великих - призведе до швидкого зниження інтенсивності його випромінювання.
Оптимальним варіантом вважається використання найпростішого стабілізатора струму, побудованого на базі. Дана мікросхема відноситься до розряду універсальних інтегральних стабілізаторів з можливістю самостійного завдання струму і напруги на виході. Працює мікросхема в широкому діапазоні вхідних напруг: від 3 до 40 вольт.
Аналогом LM317 є вітчизняна мікросхема КР142ЕН12.
Для першого лабораторного експерименту підійде схема, наведена нижче. Розрахунок єдиного в схемі резистора виробляють за формулою: R \u003d I / 1,25, де I - номінальний струм лазера (довідкове значення).
Іноді на виході стабілізатора паралельно діоду встановлюють полярний конденсатор на 2200 мкФх16 В і неполярний конденсатор на 0,1 мкФ. Їх участь виправдано в разі подачі напруги на вхід від стаціонарного блоку живлення, який може пропустити незначну змінну складову і імпульсну заваду. Одна з таких схем, розрахована на живлення від батарейки «Крона» або невеликого акумулятора, представлена \u200b\u200bнижче. 
На схемі вказано приблизне значення резистора R1. Для його точного розрахунку необхідно скористатися вищенаведеної формулою.
зібравши електричну схему, Можна зробити попереднє включення і як доказ працездатності схеми, спостерігати яскраво-червоний розсіяне світло випромінює діода. Вимірявши його реальний струм і температуру корпусу, варто задуматися про необхідність установки радіатора. Якщо лазер буде використовуватися в стаціонарній установці на великих токах тривалий час, то потрібно обов'язково передбачити пасивне охолодження. Тепер для досягнення мети залишилося зовсім небагато: провести фокусування і отримати вузькоспрямований промінь великої потужності.
Оптика
Висловлюючись по-науковому, прийшов час спорудити простий коллиматор, пристрій для отримання пучків паралельних світлових променів. ідеальним варіантом для цієї мети буде штатна лінза, взята з приводу. З її допомогою можна отримати досить тонкий промінь лазера діаметром близько 1 мм. Кількості енергії такого променя досить, щоб наскрізь марнувати папір, тканину і картон в лічені секунди, плавити пластик і випалювати по дереву. Якщо сфокусувати більш тонкий промінь, то даним лазером можна різати фанеру і оргскло. Але налаштувати і надійно закріпити лінзу від приводу досить складно через її малого фокусної відстані.
Набагато простіше спорудити коллиматор на основі лазерної указки. До того ж в її корпусі можна помістити драйвер і невеликий акумулятор. На виході вийде промінь в діаметрі близько 1,5 мм меншого пропалює дії. У туманну погоду або при рясному снігопаді можна спостерігати неймовірні світлові ефекти, направивши світловий потік в небо.
Через інтернет-магазин можна придбати готовий коллиматор, спеціально призначений для кріплення і настройки лазера. Його корпус послужить радіатором. Знаючи розміри всіх складових частин пристрою, можна купити дешевий світлодіодний ліхтарик і скористатися його корпусом.
На закінчення хочеться додати кілька фраз про небезпеку лазерного випромінювання. По-перше, ніколи не направляйте промінь лазера в очі людей і тварин. Це призводить до серйозних порушень зору. По-друге, під час експериментів з червоним лазером надягайте зелені окуляри. Вони перешкоджають проходженню більшої частини червоної складової спектра. Кількість світла, що пройшло крізь окуляри, залежить від довжини хвилі випромінювання. Дивитися з боку на промінь лазера без захисних засобів допускається лише короткочасно. В іншому випадку може з'явитися біль в очах.
Читайте також
Зроблений своїми руками, стане в нагоді в кожному будинку.
Звичайно ж, саморобний прилад не зможе здобути більшу потужність, яку мають виробничі апарати, але все ж деяку користь в побуті від нього можна буде отримати.
Найцікавіше, що виготовити лазерний різак можна за допомогою старих непотрібних предметів.
Наприклад, своїми руками виготовити лазерний прилад дозволить застосування старої лазерної указки.
Щоб процес по створенню різака просувався якомога швидше, необхідно підготувати наступні предмети і інструменти:
указка лазерного типу;
ліхтарик на акумуляторних батареях;
старий CD / DVD-RW пише, можна вийшов з ладу, - з нього знадобиться привід з лазером;
електропаяльник і комплект викруток.
Процес по виготовленню різака своїми руками починається з розбирання приводу, звідки необхідно дістати прилад.
Витяг потрібно зробити по максимуму акуратним, при цьому доведеться проявити терпіння і бути уважним. У пристрої є багато різних проводів з практично однаковою структурою.
Вибираючи DVD привід, потрібно враховувати, щоб він був пишучим, так як саме такий варіант дозволяє робити записи за допомогою лазера.
Запис виконується в ході випаровування тонкого металевого шару з диска.
У процесі читання, лазер функціонує наполовину своїх технічних можливостей, Злегка висвітлюючи диск.
В процесі демонтажу верхнього кріплення погляд впаде на каретку з лазером, який може пересуватися в кількох напрямках.
Каретку необхідно дбайливо витягти, акуратно зняти роз'єми і шурупи.
Потім можна перейти до зняття червоного діода, за рахунок нього відбувається прожиг диска - це легко можна зробити своїми руками за допомогою електропаяльника. Витягнутий елемент не варто струшувати, а тим більше кидати.
Після того як основна деталь майбутнього різака знаходиться на поверхні, потрібно зробити ретельно продуманий план збирання лазерного різака.
При цьому необхідно врахувати наступні моменти: як краще помістити діод, як під'єднати його до джерела живлення, адже для діода пише пристрою потрібно більше електроенергії, ніж для основного елемента указки.
Дане питання можна вирішити кількома способами.
Щоб зробити ручний різак з більш-менш високою потужністю, необхідно дістати знаходиться в вказівкою діод, після чого поміняти його на елемент, витягнутий з DVD приводу.
Тому лазерну указку розбирають також обережно, як і привід пише DVD пристрої.
Предмет розкручують, потім розділяють його корпус на дві половини. Відразу ж на поверхні можна буде побачити деталь, яку і потрібно замінити своїми руками.
Для цього рідної діод з указки знімається і акуратно замінюється більш потужним, його надійне кріплення можна виконати з використанням клею.
Можливо, зняти старий доданий елемент відразу не вийде, тому його можна підколупнути дбайливо кінчиком ножа, потім злегка струснути корпус указки.
На наступному етапі виготовлення лазерного різака потрібно зробити для нього корпус.
Для цієї мети знадобиться ліхтарик з акумуляторними батареями, що дозволить лазерному різака отримати електроподпітку, придбати естетичний вигляд, і зручність використання.
Для цього в корпус ліхтарика своїми руками необхідно впровадити модифіковану верхню частину колишньої указки.
Потім потрібно підключити до діода зарядку, через розташовану в ліхтарику акумуляторної батареї. Дуже важливо в процесі підключення точно встановити полярність.
До того як ліхтарик буде зібраний, необхідно зняти скло та інші зайві елементи указки, які можуть стати на заваді променю лазера.
На завершальному етапі проводиться підготовка лазерного різака до використання.
для комфортної ручної роботи всі етапи роботи над приладом необхідно строго дотримуватися.
З цією метою потрібно проконтролювати надійність фіксації всіх впроваджених елементів, правильність полярності і рівність установки лазера.
Отже, якщо всі вищевикладені в статті умови складання були точно дотримані, різак готовий до застосування.
Але так як саморобний ручний прилад наділений невисокою потужністю, то навряд чи з нього вийде повноцінний лазерний різак по металу.
Що ідеально зможе виконувати різак, так це зробити отвори в папері або поліетиленовій плівці.
А ось наводити на людину лазерне пристосування, зроблене своїми руками можна, тут його потужності буде достатньо, щоб нашкодити здоров'ю організму.
Як можна посилити саморобний лазер?
Щоб зробити своїми руками більш потужний лазерний різак для роботи по металу, потрібно використовувати прилади з наступного списку:
DVD-RW привід, немає різниці робочий чи ні;
100 пФ і мФ - конденсатори;
2-5 Ом резистор;
3 шт. акумуляторні батареї;
паяльник, проводи;
сталевий ліхтар на світлодіодних елементах.
Збірка лазерного різака для ручної роботи відбувається за такою схемою.
Із застосуванням зазначених приладів відбувається збірка драйвера, згодом він за допомогою плати зможе забезпечувати лазерному різака певну потужність.
При цьому до діода ні в якому разі не можна приєднувати електроживлення безпосередньо, так як діод згорить. Також потрібно взяти до уваги, що діод повинен брати підживлення немає від напруги, а від струму.
Як коллиматора використовується корпус, оснащений оптичною лінзою, за рахунок якої будуть накопичуватися промені.
Дану деталь легко відшукати в спеціальному магазині, головне, що в ній присутній паз для установки діода лазера. Ціна даного пристрою невелика, приблизно становить 3-7 $.
До речі, лазер збирається так само, як і вишерассмотренние модель різака.
Як антистатического вироби також може застосовуватися дріт, нею обмотують діод. Після чого можна приступати до компонування драйверного пристрою.
Перш ніж перейти до повної ручному складанні лазерного різака, потрібно перевірити працездатність драйвера.
Сила струму вимірюється за допомогою мультимера, для цього беруть залишився діод і проводять вимірювання своїми руками.
З урахуванням швидкості течії, підбирають його потужність для лазерного різака. Наприклад, у одних варіантів лазерних пристроїв сила струму може дорівнювати 300-350 мА.
У інших, більш інтенсивних моделей, вона становить 500 мА, за умови використання іншого драйверного пристрою.
Щоб саморобний лазер виглядав більш естетично, і їм можна було зручно користуватися, для нього потрібен корпус, в якості якого цілком може використовуватися сталевий ліхтарик, що функціонує на світлодіодах.
Як правило, згаданий прилад наділений компактними розмірами, які дозволять поміститися йому в кишені. Але щоб уникнути забруднень лінзи, заздалегідь потрібно придбати або пошити своїми руками чохол.
Особливості виробничих лазерних різаків
Не кожному по кишені ціна лазерного різака по металу виробничого типу.
Таке обладнання застосовують для обробки і оброблення металевих матеріалів.
Принцип дії лазерного різака будується на виробленні інструментом потужного випромінювання, наділеного властивістю випаровувати або видувати металевий розплавлений шар.
Така виробнича технологія при роботі з різними типами металу здатна забезпечити високу якість зрізу.
Глибина обробки матеріалів залежить від виду лазерної установки і характеристик оброблюваних матеріалів.
На сьогоднішній день використовується три види лазерів: твердотільні, волоконні і газові.
Пристрій твердотільних випромінювачів грунтується на використанні в якості робочого середовища конкретних сортів скла або кристалів.
Тут в приклад можна привести недорогі установки, експлуатовані на напівпровідникових лазерах.
Волоконні - їх активне середовище функціонує за рахунок застосування оптичних волокон.
Даний тип пристрою є модифікацією твердотільних випромінювачів, але як стверджують фахівці, волоконний лазер успішно витісняє свої аналоги з області металообробки.
При цьому оптичні волокна є основою не тільки різака, але і гравіювального верстата.
Газові - робоче середовище лазерного пристрою поєднує вуглекислий, азотний і гелевий гази.
Так як ККД розглянутих випромінювачів не вище 20%, їх використовують для різання і зварювання полімерних, гумових та скляних матеріалів, а також металу з високим ступенем теплопровідності.
Тут в приклад можна взяти різак по металу випускається компанією Ханса, застосування лазерного пристрою дозволяє різати мідь, латунь і алюміній, в даному випадку мінімальна потужність верстатів тільки виграє у своїх аналогів.
Схема роботи приводу
Експлуатуватися від приводу може лише настільний лазер, даний тип устрою є портально-консольну машину.
За напрямних рейках пристрою лазерний блок може переміщатися як вертикально, так і горизонтально.
В якості альтернативи портальному пристрою була виготовлена \u200b\u200bпланшетні модель механізму, її різак переміщається тільки по горизонталі.
інші існуючі варіанти лазерних верстатів мають робочий стіл, оснащений приводним механізмом і наділений властивістю переміщатися в різних площинах.
На даний момент є два варіанти управління приводним механізмом.
Перший забезпечує переміщення заготовки за рахунок експлуатації приводу столу, або переміщення різака виконується за рахунок функціонування лазера.
Другий варіант передбачає одночасне переміщення столу і різака.
При цьому перша модель управління в порівнянні з другим варіантом вважається набагато простіше. Але друга модель все-таки відрізняється високою продуктивністю.
загальною технічною характеристикою розглянутих випадків є необхідність впровадження в пристрій блоку ЧПУ, але тоді ціна для збірки приладу для ручної роботи стане вище.
Хто в дитинстві не мріяв про лазері? Деякі чоловіки мріють досі. Звичайні лазерні указки з маленькою потужністю вже давно не актуальні, так як їх потужність залишає бажати кращого. Залишається 2 шляхи: купити дорогий лазер або зробити його в домашніх умовах з підручних засобів.
Існують наступні способи виготовлення лазера своїми руками:
- Зі старого або зламаного DVD приводу
- З комп'ютерної миші та ліхтарика
- З комплекту деталей, куплених в магазині електроніки
Як зробити лазер в домашніх умовах з старогоDVD приводу
Як зробити лазер з комп'ютерної миші
Потужність лазера, зробленого з комп'ютерної мишки буде набагато менше, ніж потужність лазера, виготовленого попереднім способом. Процедура виготовлення не сильно різниться.
- Насамперед знайдіть стару або непотрібну миша з видимим лазером будь-якого кольору. Мишки з невидимим світінням не підійдуть зі зрозумілих причин.
- Далі акуратно розберіть її. Усередині помітите лазер, який доведеться отпаивать за допомогою паяльника
- Тепер повторіть пункти 3-5 з вищеописаної інструкції. Різниця таких лазерів, повторимося, тільки в потужності.
Попередження!
У статті описано виготовлення потужного лазера ( 300мВт ~ потужність 500 китайських вказівок), Який може завдати шкоди вашому здоров'ю і здоров'ю оточуючих! Будьте гранично обережні! Використовуйте спеціальні захисні окуляри і не спрямовуйте промінь лазера на людей і тварин!Дізнаємося.
На Хабре всього пару раз проскакували статті про портативних лазерах Dragon Lasers, таких, як Hulk. У цій статті я розповім, як можна зробити лазер, який не поступається за потужністю продаваним в цьому магазині більшості моделей.Готуємо.
Для початку потрібно підготувати всі комплектуючі:- неробочий (або робочий) DVD-RW привід зі швидкість запису 16х або вище;
- конденсатори 100 пФ і 100 мФ;
- резистор 2-5 Ом;
- три акумулятора ААА;
- паяльник і дроти;
- коліматор (або китайська указка);
- сталевий світлодіодний ліхтар.
Це необхідний мінімум для виготовлення простої моделі драйвера. Драйвер - це, власне, плата яка буде виводити наш лазерний діод на потрібну потужність. Підключати безпосередньо джерело живлення до лазерного діода не варто - вийде з ладу. Лазерний діод потрібно живити струмом, а не напругою.
Коліматор - це, власне, модуль з лінзою, яка зводить все випромінювання у вузький промінь. Готові коліматори можна купити в радіомагазинах. У таких вже відразу є зручне місце для установки лазерного діода, а вартість становить 200-500 рублів.
Можна використовувати і коліматор з китайської указки, однак, лазерний діод буде складно закріпити, а сам корпус коллиматора, напевно, буде зроблений з металізованого пластика. А значить наш діод буде погано охолоджуватися. Але і це можливо. Саме такий варіант можна подивитися в кінці статті.
Робимо.
Спочатку необхідно добути сам лазерний діод. Це дуже тендітна і маленька деталь нашого DVD-RW приводу - будьте обережні. Потужний червоний лазерний діод знаходиться в каретці нашого приводу. Відрізнити його від слабкого можна по радіатора більшого розміру, ніж у звичайного ІК-діода.Рекомендується використовувати антистатичний браслет, так як лазерний діод дуже чутливий до статичної напруги. Якщо браслета немає, то можна обмотати висновки діода тонким дротиком, поки він буде чекати установки в корпус.
За цією схемою потрібно спаяти драйвер.
Чи не переплутайте полярність! Лазерний діод також вийде з ладу миттєво при неправильній полярності підводиться харчування.
На схемі вказано конденсатор 200 мФ, однак, для портативності цілком вистачить і 50-100 мФ.
Пробуємо.
Перш ніж встановлювати лазерний діод і збирати все в корпус, перевірте працездатність драйвера. Підключіть інший лазерний діод (неробочий або другий, що з приводу) і заміряйте силу струму мультиметром. Залежно від швидкісних характеристик силу струму потрібно вибирати правильно. Для 16х моделей цілком підійде 300-350мА. Для найшвидших 22х можна подати навіть 500мА, але вже зовсім іншим драйвером, виготовлення якого я планую описати в іншій статті.
Виглядає жахливо, але працює!
Естетика.
Зібраним у висячому положенні лазером похвалитися можна тільки перед такими ж божевільними техно-маніяками, але для краси і зручності краще зібрати в зручний корпус. Тут вже краще вибрати самому, як сподобається. Я ж змонтував всю схему в звичайний світлодіодний ліхтар. Його розміри не перевищують 10х4см. Однак, не раджу носити його з собою: хіба мало які претензії можуть пред'явити відповідні органи. А зберігати краще в спеціальному чохлі, щоб не запилилася чутлива лінза.Це варіант з мінімальними витратами - використовується коліматор від китайської указки:
Використання фабрично-виготовленого модуля дозволить отримати ось такі результати:
Промінь лазера видно ввечері:
І, зрозуміло, в темряві: