Много хора знаят за възможностите лазерни технологиии за ползите от тях. Те се използват не само в индустрията, но и в козметологията, медицината, бита, изкуството и други индустрии. човешки живот. Въпреки това, не всеки знае как да направи лазер у дома. Но може да се изгради от скрап материали. За да направите това, ще ви трябва неработещо DVD устройство, запалка или фенерче.

Преди да започнете у дома, трябва да съберете всички необходими елементи. На първо място, трябва да разглобите DVD устройството. За да направите това, развийте всички винтове, които държат горния и долния капак на устройството. След това основният кабел се изключва и платката се развива. Трябва да се счупи защитата на диодите и оптиката. Следващата стъпка е премахване на диода, което обикновено става с клещи. За да предотвратите повреда на диода от статично електричество, краката му трябва да бъдат вързани с тел. Трябва внимателно да извадите диода, за да не счупите краката.

След това, преди да направите лазер у дома, трябва да направите драйвер за лазера, който е представен от малка верига, която регулира захранването на диода. Факт е, че ако мощността е зададена неправилно, диодът може бързо да се повреди. Може да се използва като източник на енергия АА батерииили батерия от мобилен телефон.

Преди да направите лазер у дома, трябва да вземете предвид факта, че ефектът на изгаряне се осигурява от оптика. Ако не е там, тогава лазерът просто ще свети. Като оптика можете да използвате специална леща от същото устройство, от което е взет диодът. За да зададете правилно фокуса, трябва да приложите лазерна показалка.

За да изградите обикновен джобен лазер, можете да използвате обикновена запалка. Въпреки това, преди да направите лазер от запалка, трябва да знаете строителната технология. Най-добре е да закупите висококачествен запалителен елемент. Трябва да се разглоби, но частите не трябва да се изхвърлят, тъй като те все още ще бъдат полезни при проектирането. Ако има останал газ в запалката, той трябва да се освободи. След това вътрешността трябва да се обърне с бормашина със специални приставки. Вътре в тялото на запалката има диод от задвижването, няколко резистора, превключвател и батерия. Всички елементи на запалката трябва да бъдат монтирани на местата си, след което бутонът, който преди това е запалил пламъка, ще включи лазера.

Въпреки това, за да конструирате устройството, можете да използвате не само запалка, но и фенерче. Преди да направите лазер от фенерче, трябва да вземете лазерния блок от CD устройството. По принцип структурата на домашен лазер във фенерче не се различава от структурата на лазер в запалка. Просто трябва да вземете предвид захранването, което почти никога не надвишава 3 V, а също така е препоръчително да изградите допълнителен стабилизатор на напрежението. Това ще увеличи живота. Много е важно да се вземе предвид полярността на диода и стабилизатора.

Целият сглобен пълнеж трябва да се постави в тялото на разглобеното фенерче. Първо се отстранява не само вътрешната част, но и стъклото от фенерчето. След инсталирането на лазерния модул стъклото се монтира на място.

Създаването на мощен изгарящ лазер със собствените си ръце не е трудна задача, но в допълнение към способността да използвате поялник, ще трябва да бъдете внимателни и внимателни в подхода си. Заслужава да се отбележи веднага, че тук не са необходими задълбочени познания в областта на електротехниката и можете да направите устройство дори у дома. Основното при работа е да се спазват предпазните мерки, тъй като ударът лазерен лъчвреден за очите и кожата.

Лазерът е опасна играчка, която може да навреди на здравето, ако се използва небрежно. Не насочвайте лазера към хора или животни!

Какво ще ви трябва?

Всеки лазер може да бъде разделен на няколко компонента:

• излъчвател на светлинен поток;
• оптика;
• захранване;
• стабилизатор на захранване с ток (драйвер).

За да направите мощен домашен лазер, ще трябва да разгледате всички тези компоненти поотделно. Най-практичният и най-лесният за сглобяване е лазер, базиран на лазерен диод, който ще разгледаме в тази статия.

От къде мога да взема диод за лазер?

Работният елемент на всеки лазер е лазерен диод. Можете да го купите в почти всеки магазин за радио или да го вземете от неработещо CD устройство. Факт е, че неработоспособността на устройството рядко се свързва с повреда на лазерния диод. Ако имате повреден диск, можете допълнителни разходивземете необходимия елемент. Но трябва да вземете предвид, че неговият тип и свойства зависят от модификацията на устройството.

Най-слабият лазер, работещ в инфрачервения диапазон, е инсталиран в CD-ROM устройства. Мощността му е достатъчна само за четене на компактдискове, а лъчът е почти невидим и не може да гори обекти. CD-RW има вграден по-мощен лазерен диод, подходящ за запис и предназначен за същата дължина на вълната. Счита се за най-опасен, тъй като излъчва лъч в невидима за окото зона от спектъра.

DVD-ROM устройството е оборудвано с два слаби лазерни диода, чиято енергия е достатъчна само за четене на CD и DVD. DVD-RW записващото устройство съдържа мощен червен лазер. Лъчът му се вижда при всякаква светлина и може лесно да възпламени определени предмети.

BD-ROM съдържа виолетов или син лазер, който е подобен по параметри на аналога от DVD-ROM. От BD-RE рекордерите можете да получите най-мощния лазерен диод с красив виолетов или син лъч, способен да гори. Намирането на такова устройство за разглобяване обаче е доста трудно, а работещото устройство е скъпо.

Най-подходящ е лазерен диод, взет от DVD-RW устройство. Най-висококачествените лазерни диоди са инсталирани в дискове LG, Sony и Samsung.

Колкото по-висока е скоростта DVD записустройство, толкова по-мощен е лазерният диод, инсталиран в него.

Разглобяване на задвижване

Като имате устройството пред себе си, първо отстранете горния капак, като развиете 4 винта. След това отстранете подвижния механизъм, който се намира в центъра и е свързан към печатна електронна платкагъвкав кабел. Следващата цел е лазерен диод, надеждно притиснат в радиатор, изработен от алуминиева или дуралуминиева сплав. Препоръчително е да осигурите защита срещу статично електричество преди демонтажа. За да направите това, изводите на лазерния диод са запоени или обвити с тънка медна жица.

След това има две възможни опции. Първият включва работа на готов лазер под формата на стационарна инсталация заедно със стандартен радиатор. Вторият вариант е да сглобите устройството в тялото на преносимо фенерче или лазерна показалка. В този случай ще трябва да приложите сила, за да разрежете или разрежете радиатора, без да повредите излъчващия елемент.

Шофьор

Лазерното захранване трябва да се третира отговорно. Както при светодиодите, това трябва да е стабилизиран източник на ток. В интернет има много схеми, захранвани от батерия или акумулатор чрез ограничителен резистор. Достатъчността на това решение е под въпрос, тъй като напрежението на батерията или батерията се променя в зависимост от нивото на зареждане. Съответно токът, протичащ през лазерно излъчващия диод, ще се отклонява значително от номиналната стойност. В резултат на това устройството няма да работи ефективно при ниски токове, а при високи токове ще доведе до бърз спадинтензивността на неговото излъчване.

Най-добрият вариант е да използвате прост токов стабилизатор, изграден на базата. Тази микросхема принадлежи към категорията на универсалните интегрални стабилизаторис възможност самостоятелна задачаток и напрежение на изхода. Микросхемата работи в широк диапазон от входни напрежения: от 3 до 40 волта.

Аналог на LM317 е домашният чип KR142EN12.

За първия лабораторен експеримент е подходяща диаграмата по-долу. Единственият резистор във веригата се изчислява по формулата: R=I/1,25, където I е номиналният лазерен ток (референтна стойност).

Понякога на изхода на стабилизатора паралелно с диода се инсталира полярен кондензатор от 2200 μFx16 V и неполярен кондензатор от 0,1 μF. Тяхното участие е оправдано в случай на подаване на напрежение към входа от стационарно захранване, което може да пропусне незначителна променлива съставка и импулсен шум. Една от тези вериги, захранвана от батерия Krona или малка батерия, е представена по-долу.

Диаграмата показва приблизителната стойност на резистора R1. За да го изчислите точно, трябва да използвате горната формула.

След като събра електрическа схема, можете да направите предварително включване и като доказателство за работоспособността на веригата да наблюдавате ярко червено дифузна светлинаизлъчващ диод. След измерване на действителния му ток и телесна температура, струва си да помислите за необходимостта от инсталиране на радиатор. Ако лазерът ще се използва в стационарна инсталация при големи токове дълго време, тогава е необходимо да се осигури пасивно охлаждане. Сега остава много малко за постигане на целта: фокусирайте и вземете тесен лъч с висока мощност.

Оптика

Научно казано, време е да се изгради прост колиматор, устройство за производство на лъчи от паралелни светлинни лъчи. Идеален вариантЗа целта ще има стандартен обектив, взет от устройството. С негова помощ можете да получите доста тънък лазерен лъч с диаметър около 1 mm. Количеството енергия на такъв лъч е достатъчно, за да изгори хартия, плат и картон за секунди, да разтопи пластмаса и да изгори дърво. Ако фокусирате по-тънък лъч, този лазер може да реже шперплат и плексиглас. Но настройването и надеждното закрепване на обектива към устройството е доста трудно поради малкото му фокусно разстояние.

Много по-лесно е да се изгради колиматор на базата на лазерна показалка. Освен това кутията му може да побере драйвер и малка батерия. Изходът ще бъде лъч с диаметър около 1,5 мм и по-малък ефект на изгаряне. При мъгливо време или обилен снеговалеж можете да наблюдавате невероятни светлинни ефекти, като насочите светлинния поток към небето.

Чрез онлайн магазина можете да закупите готов колиматор, специално предназначен за монтаж и настройка на лазер. Тялото му ще служи като радиатор. Знаейки размерите на всеки компонентиустройства, можете да си купите евтино led фенерчеи използва тялото му.

В заключение бих искал да добавя няколко фрази за опасностите от лазерното лъчение. Първо, никога не насочвайте лазерния лъч към очите на хора или животни. Това води до сериозно зрително увреждане. Второ, носете зелени очила, когато експериментирате с червения лазер. Те блокират преминаването на по-голямата част от червената част от спектъра. Количеството светлина, предадено през очилата, зависи от дължината на вълната на излъчване. Погледнете отстрани лазерния лъч без предпазни средстваразрешено само за кратко време. В противен случай може да се появи болка в очите.

Прочетете също

Днес ще говорим за това как да направите мощен зелен или син лазер сами у дома от скрап материали със собствените си ръце. Също така ще разгледаме чертежи, диаграми и дизайн на домашни лазерни показалки със запалващ лъч и обхват до 20 км

Основата на лазерното устройство е оптичен квантов генератор, който, използвайки електрическа, топлинна, химическа или друга енергия, произвежда лазерен лъч.

Лазерната работа се основава на явлението принудително (индуцирано) лъчение. Лазерното лъчение може да бъде непрекъснато, с постоянна мощност или импулсно, достигащо изключително високи пикови мощности. Същността на явлението е, че възбуден атом е способен да излъчи фотон под въздействието на друг фотон без неговото поглъщане, ако енергията на последния е равна на разликата в енергиите на нивата на атома преди и след фотона. радиация. В този случай излъченият фотон е кохерентен с фотона, причинил излъчването, тоест той е негово точно копие. По този начин светлината се усилва. Това явление се различава от спонтанното излъчване, при което излъчените фотони имат случайни посоки на разпространение, поляризация и фаза
Вероятността случаен фотон да предизвика стимулирано излъчване от възбуден атом е точно равна на вероятността за поглъщане на този фотон от атом в невъзбудено състояние. Следователно, за да се усили светлината, е необходимо в средата да има повече възбудени атоми, отколкото невъзбудени. В състояние на равновесие това условие не е изпълнено, затова използваме различни системиизпомпване на лазерната активна среда (оптична, електрическа, химическа и др.). В някои схеми лазерният работен елемент се използва като оптичен усилвател за излъчване от друг източник.

В квантовия генератор няма външен поток от фотони; вътре в него се създава обратна популация различни източнициизпомпване. В зависимост от източниците има различни начиниизпомпване:
оптично - мощна флаш лампа;
газоразряд в работното вещество (активна среда);
инжектиране (пренасяне) на токоносители в полупроводник в зоната
p-n преходи;
електронно възбуждане (облъчване на чист полупроводник във вакуум с поток от електрони);
термично (нагряване на газ, последвано от бързо охлаждане);
химически (използване на енергия химична реакция) и някои други.

Основният източник на генериране е процесът на спонтанно излъчване, следователно, за да се осигури непрекъснатостта на генерирането на фотони, е необходимо наличието на положителна обратна връзка, поради която излъчените фотони предизвикват последващи актове на индуцирана емисия. За целта лазерната активна среда се поставя в оптична кухина. В най-простия случай той се състои от две огледала, едното от които е полупрозрачно - през него лазерният лъч частично излиза от резонатора.

Отразявайки се от огледалата, радиационният лъч преминава многократно през резонатора, предизвиквайки индуцирани преходи в него. Излъчването може да бъде непрекъснато или импулсно. В същото време, използвайки различни устройства за бързо изключване и включване на обратната връзка и по този начин намаляване на периода на импулсите, е възможно да се създадат условия за генериране на радиация с много висока мощност - това са така наречените гигантски импулси. Този режим на работа на лазера се нарича Q-switched режим.
Лазерният лъч е кохерентен, монохромен, поляризиран, тясно насочен светлинен поток. С една дума, това е лъч светлина, излъчван не само от синхронни източници, но и в много тесен диапазон и насочено. Един вид изключително концентриран светлинен поток.

Лъчението, генерирано от лазера, е монохроматично, вероятността за излъчване на фотон с определена дължина на вълната е по-голяма от тази на близко разположен, свързано с разширяването на спектралната линия, и вероятността от индуцирани преходи при тази честота също има максимум. Следователно, постепенно по време на процеса на генериране, фотоните с дадена дължина на вълната ще доминират над всички останали фотони. Освен това, поради специалното разположение на огледалата, само онези фотони, които се разпространяват в посока, успоредна на оптичната ос на резонатора на малко разстояние от нея, се задържат в лазерния лъч, останалите фотони бързо напускат обема на резонатора. Така лазерният лъч има много малък ъгъл на отклонение. И накрая, лазерният лъч има строго определена поляризация. За да направите това, в резонатора се въвеждат различни поляризатори; те могат да бъдат например плоски стъклени плочи, монтирани под ъгъл на Брюстър спрямо посоката на разпространение на лазерния лъч.

Работната дължина на вълната на лазера, както и други свойства, зависят от това каква работна течност се използва в лазера. Работният флуид се „изпомпва“ с енергия, за да се получи ефектът на инверсия на електронното население, което предизвиква стимулирано излъчване на фотони и ефект на оптично усилване. Най-простата формаОптичният резонатор се състои от две успоредни огледала (може да има четири или повече от тях), разположени около работната течност на лазера. Стимулираното излъчване на работната течност се отразява обратно от огледалата и отново се усилва. До момента, в който излезе, вълната може да се отразява многократно.

И така, нека формулираме накратко условията, необходими за създаване на източник на кохерентна светлина:

имате нужда от работно вещество с обърната популация. Само тогава може да се постигне усилване на светлината чрез принудителни преходи;
работното вещество трябва да се постави между огледалата, които осигуряват обратна връзка;
усилването, дадено от работното вещество, което означава, че броят на възбудените атоми или молекули в работното вещество трябва да бъде по-голям от прагова стойност в зависимост от коефициента на отражение на изходното огледало.

При проектирането на лазери могат да се използват следните видове работни течности:

Течност. Използва се като работна течност, например в багрилни лазери. Включва: органичен разтворител(метанол, етанол или етилен гликол), в които са разтворени химически багрила (кумарин или родамин). Работната дължина на вълната на течните лазери се определя от конфигурацията на използваните молекули на багрилото.

Газове. В частност, въглероден двуокис, аргон, криптон или газови смеси, както при хелиево-неонови лазери. „Изпомпването“ с енергията на тези лазери най-често се извършва с помощта на електрически разряди.
Твърди вещества (кристали и стъкла). Твърдият материал на такива работни течности се активира (легира) чрез добавяне на малко количество хромови, неодимови, ербиеви или титанови йони. Обичайно използваните кристали са итриев алуминиев гранат, литиев итриев флуорид, сапфир (алуминиев оксид) и силикатно стъкло. Твърдотелните лазери обикновено се „изпомпват“ от светкавица или друг лазер.

полупроводници. Материал, в който преходът на електрони между енергийните нива може да бъде придружен от радиация. Полупроводниковите лазери са много компактни и се „изпомпват“ от електрически ток, което им позволява да се използват в потребителски устройства като CD плейъри.

За да превърнете усилвателя в осцилатор, е необходимо да организирате обратна връзка. При лазерите това се постига чрез поставяне на активното вещество между отразяващи повърхности (огледала), образувайки така наречения „отворен резонатор“, поради факта, че част от енергията, излъчвана от активното вещество, се отразява от огледалата и отново се връща в активно вещество

Лазерът използва оптични резонатори различни видове- с плоски огледала, сферични, комбинации от плоски и сферични и др. В оптичните резонатори, които осигуряват обратна връзка в лазера, могат да бъдат възбудени само определени видове трептения на електромагнитното поле, които се наричат ​​собствени трептения или моди на резонатора.

Режимите се характеризират с честота и форма, т.е. пространствено разпределение на вибрациите. В резонатор с плоски огледала се възбуждат предимно видовете трептения, съответстващи на равнинни вълни, разпространяващи се по оста на резонатора. Система от две успоредни огледала резонира само при определени честоти - и в лазера също играе ролята, която играе осцилаторната верига в конвенционалните нискочестотни генератори.

Използването на отворен резонатор (а не затворен - затворена метална кухина - характерна за микровълновия диапазон) е принципно, тъй като в оптичния диапазон резонатор с размери L = ? (L е характерният размер на резонатора, ? е дължината на вълната) просто не може да бъде произведен и при L >> ? затворен резонатор губи своите резонансни свойства, тъй като броят възможни видоветрептенията стават толкова големи, че се припокриват.

Липсата на странични стени значително намалява броя на възможните видове трептения (режими) поради факта, че вълните, разпространяващи се под ъгъл спрямо оста на резонатора, бързо излизат извън неговите граници и позволява поддържане на резонансните свойства на резонатора при L >>?. Резонаторът в лазера обаче не само осигурява обратна връзка чрез връщане на отразената от огледалата радиация към активното вещество, но също така определя спектъра на лазерното лъчение, енергийните му характеристики и посоката на лъчението.
В най-простото приближение на плоска вълна, условието за резонанс в резонатор с плоски огледала е, че цял брой полувълни пасват по дължината на резонатора: L=q(?/2) (q е цяло число) , което води до израз за честотата на вида трептене с индекс q: ?q=q(C/2L). В резултат на това спектърът на излъчване на светлината като правило е набор от тесни спектрални линии, интервалите между които са еднакви и равни на c/2L. Броят на линиите (компонентите) за дадена дължина L зависи от свойствата на активната среда, т.е. от спектъра на спонтанното излъчване при използвания квантов преход и може да достигне няколко десетки и стотици. При определени условия се оказва възможно да се изолира един спектрален компонент, т.е. да се реализира едномодов режим на генерация. Спектралната ширина на всеки компонент се определя от загубите на енергия в резонатора и на първо място от пропускането и поглъщането на светлината от огледалата.

Честотният профил на усилването в работното вещество (определя се от ширината и формата на линията на работното вещество) и наборът от собствени честоти на отворения резонатор. За отворените резонатори с висок коефициент на качество, използвани в лазерите, лентата на пропускане на резонатора ??p, която определя ширината на резонансните криви на отделните режими, и дори разстоянието между съседните режими ??h се оказват по-малки от широчината на линията на усилване ??h, и дори в газовите лазери, където разширението на линията е най-малко. Следователно няколко вида трептения на резонатора влизат във веригата на усилване.

По този начин не е задължително лазерът да генерира по-често на една честота, напротив, генерирането става едновременно при няколко вида трептения, за които усилването? повече загуби в резонатора. За да може лазерът да работи на една честота (в едночестотен режим), като правило е необходимо да се предприемат специални мерки (например увеличаване на загубите, както е показано на фигура 3) или промяна на разстоянието между огледалата така че само един влиза във веригата на усилване. Тъй като в оптиката, както беше отбелязано по-горе, ?h > ?p и честотата на генериране в лазера се определя главно от честотата на резонатора, за да се поддържа честотата на генериране стабилна, е необходимо да се стабилизира резонаторът. Така че, ако печалбата в работното вещество покрива загубите в резонатора за определени видове трептения, върху тях възниква генериране. Зародишът за неговото възникване е, както във всеки генератор, шумът, който представлява спонтанно излъчване в лазерите.
За да може активната среда да излъчва кохерентна монохроматична светлина, е необходимо да се въведе обратна връзка, т.е. част от светлинния поток, излъчван от тази среда, се насочва обратно в средата, за да се получи стимулирано излъчване. Положителен Обратна връзкасе извършва с помощта на оптични резонатори, които в елементарния вариант са две коаксиални (успоредни и по една и съща ос) огледала, едното от които е полупрозрачно, а другото е „глухо“, т.е. напълно отразява светлинния поток. Между огледалата се поставя работното вещество (активна среда), в което се създава обратна заселеност. Стимулираното лъчение преминава през активната среда, усилва се, отразява се от огледалото, отново преминава през средата и се усилва допълнително. Чрез полупрозрачно огледало част от радиацията се излъчва във външната среда, а част се отразява обратно в околната среда и отново се усилва. При определени условия потокът от фотони вътре в работното вещество ще започне да нараства лавинообразно и ще започне генерирането на монохроматична кохерентна светлина.

Принципът на работа на оптичния резонатор е, че преобладаващият брой частици от работното вещество, представени с отворени кръгове, са в основно състояние, т.е. на по-ниско енергийно ниво. Просто не голям бройчастиците, представени от тъмни кръгове, са в електронно възбудено състояние. Когато работното вещество е изложено на изпомпващ източник, по-голямата част от частиците преминават във възбудено състояние (броят на тъмните кръгове се е увеличил) и се създава обратна популация. След това (фиг. 2в) възниква спонтанно излъчване на някои частици, намиращи се в електронно възбудено състояние. Излъчването, насочено под ъгъл спрямо оста на резонатора, ще напусне работното вещество и резонатора. Излъчването, което е насочено по оста на резонатора, ще се приближи огледална повърхност.

За полупрозрачно огледало част от радиацията ще премине през него заобикаляща среда, като част от него ще се отрази и отново насочи в работното вещество, включвайки частици във възбудено състояние в процеса на стимулирано излъчване.

В „глухото“ огледало целият радиационен поток ще се отрази и отново ще премине през работното вещество, предизвиквайки излъчване от всички останали възбудени частици, което отразява ситуацията, когато всички възбудени частици са се отказали от натрупаната енергия и на изхода на резонатора, от страната на полупрозрачното огледало, се образува мощен поток от индуцирано лъчение.

Основен структурни елементилазерите включват работно вещество с определени енергийни нива на техните съставни атоми и молекули, източник на помпа, който създава обратна популация в работното вещество и оптичен резонатор. Има голям брой различни лазери, но всички те са еднакви и прости схематична диаграмаустройство, което е показано на фиг. 3.

Изключение правят полупроводниковите лазери поради тяхната специфика, тъй като всичко за тях е специално: физика на процесите, методи на изпомпване и дизайн. Полупроводниците са кристални образувания. В отделен атом енергията на електрона приема строго определени дискретни стойности и затова енергийните състояния на електрона в атома се описват на езика на нивата. В полупроводников кристал енергийните нива образуват енергийни ленти. В чист полупроводник, който не съдържа никакви примеси, има две ленти: така наречената валентна зона и зоната на проводимост, разположена над нея (на енергийната скала).

Между тях има празнина от забранени енергийни стойности, която се нарича забранена зона. При температура на полупроводника, равна на абсолютната нула, валентната зона трябва да бъде напълно запълнена с електрони, а зоната на проводимост трябва да е празна. В реални условия температурата винаги е по-висока абсолютна нула. Но повишаването на температурата води до термично възбуждане на електрони, някои от тях прескачат от валентната лента към проводимата зона.

В резултат на този процес в зоната на проводимост се появява определен (сравнително малък) брой електрони и съответен брой електрони ще липсват във валентната зона, докато тя бъде напълно запълнена. Електронна ваканция във валентната зона е представена от положително заредена частица, която се нарича дупка. Квантовият преход на електрона през забранената зона отдолу нагоре се разглежда като процес на генериране на двойка електрон-дупка, с електрони, концентрирани в долния край на проводимата зона, и дупки в горния край на валентната лента. Преходите през забранената зона са възможни не само отдолу нагоре, но и отгоре надолу. Този процес се нарича рекомбинация електрон-дупка.

Когато чист полупроводник се облъчва със светлина, чиято фотонна енергия леко надвишава забранената зона, в полупроводниковия кристал могат да възникнат три вида взаимодействие на светлина с материя: абсорбция, спонтанно излъчване и стимулирано излъчване на светлина. Първият тип взаимодействие е възможен, когато фотонът се абсорбира от електрон, разположен близо до горния ръб на валентната лента. В този случай енергийната мощност на електрона ще стане достатъчна за преодоляване на забранената зона и той ще извърши квантов преход към зоната на проводимост. Спонтанно излъчване на светлина е възможно, когато електрон спонтанно се върне от зоната на проводимост към валентната зона с излъчване на енергиен квант - фотон. Външното лъчение може да инициира прехода към валентната лента на електрон, разположен близо до долния ръб на проводящата лента. Резултатът от този трети тип взаимодействие на светлината с полупроводниковото вещество ще бъде раждането на вторичен фотон, идентичен по своите параметри и посока на движение на фотона, който е инициирал прехода.

За генериране на лазерно лъчение е необходимо да се създаде обратна популация от „работни нива“ в полупроводника - да се създаде достатъчно висока концентрация на електрони в долния край на проводящата лента и съответно висока концентрация на дупки в края на проводника. валентна лента. За тези цели чистите полупроводникови лазери обикновено се изпомпват от електронен поток.

Огледалата на резонатора са полирани ръбове на полупроводниковия кристал. Недостатъкът на такива лазери е, че много полупроводникови материали генерират лазерно лъчение само при много високи ниски температури, а бомбардирането на полупроводникови кристали от поток от електрони го кара да се нагрява силно. Това изисква допълнителни охлаждащи устройства, което усложнява дизайна на устройството и увеличава неговите размери.

Свойствата на полупроводниците с примеси се различават значително от свойствата на безпримесните, чисти полупроводници. Това се дължи на факта, че атомите на някои примеси лесно отдават един от електроните си на зоната на проводимост. Тези примеси се наричат ​​донорни примеси, а полупроводник с такива примеси се нарича n-полупроводник. Атомите на други примеси, напротив, улавят един електрон от валентната лента и такива примеси са акцептори, а полупроводник с такива примеси е p-полупроводник. Енергийното ниво на примесните атоми се намира вътре в забранената зона: за n-полупроводници - близо до долния ръб на проводимата зона, за /-полупроводници - близо до горния ръб на валентната зона.

Ако в тази област създавате електрическо напрежениетака че от страната на p-полупроводника има положителен полюс, а от страната на n-полупроводника има отрицателен, тогава под въздействието на електрическо поле електроните от n-полупроводника и дупките от / ^-полупроводникът ще се премести (инжектира) вътре площ п-н— преход.

Когато електроните и дупките се рекомбинират, ще бъдат излъчени фотони, а при наличието на оптичен резонатор може да се генерира лазерно лъчение.

Огледалата на оптичния резонатор са полирани ръбове на полупроводниковия кристал, ориентирани перпендикулярно на равнината на pn прехода. Такива лазери са миниатюрни, тъй като размерът на полупроводниковия активен елемент може да бъде около 1 mm.

В зависимост от разглежданата характеристика всички лазери се разделят, както следва).

Първи знак. Обичайно е да се прави разлика между лазерни усилватели и генератори. В усилвателите на входа се подава слабо лазерно лъчение, което съответно се усилва на изхода. В генераторите няма външно излъчване, то възниква в работното вещество поради възбуждането му с различни помпени източници. Всички медицински лазерни устройства са генератори.

Вторият признак е агрегатното състояние на работното вещество. В съответствие с това лазерите се разделят на твърдотелни (рубин, сапфир и др.), газови (хелий-неонови, хелиево-кадмиеви, аргонови, въглероден диоксид и др.), течни (течен диелектрик с примесни работни атоми от редки земни метали) и полупроводници (арсенид-галий, галиев арсенид фосфид, оловен селенид и др.).

Методът за възбуждане на работното вещество е третата отличителна черта на лазерите. В зависимост от източника на възбуждане се разграничават лазери: оптично изпомпвани, изпомпвани чрез газов разряд, електронно възбуждане, инжектиране на носители на заряд, термично изпомпвани, химически изпомпвани и някои други.

Спектърът на лазерното излъчване е следващият класификационен признак. Ако лъчението е концентрирано в тесен диапазон от дължини на вълните, тогава лазерът се счита за монохроматичен и неговите технически данни показват конкретна дължина на вълната; ако е в широк диапазон, тогава лазерът трябва да се счита за широколентов и диапазонът на дължината на вълната е посочен.

Въз основа на естеството на излъчваната енергия се разграничават импулсни лазери и лазери с непрекъснато излъчване. Не трябва да се бъркат понятията импулсен лазер и лазер с честотна модулация на непрекъснато излъчване, тъй като във втория случай ние по същество получаваме прекъсващо излъчване с различни честоти. Импулсните лазери имат висока мощност в един импулс, достигаща 10 W, докато средната им импулсна мощност, определена по съответните формули, е сравнително малка. При лазерите с непрекъсната честотна модулация мощността в така наречения импулс е по-ниска от мощността на непрекъснатото излъчване.

Въз основа на средната изходна мощност на излъчване (следващият класификационен признак) лазерите се разделят на:

· високоенергийни (плътността на потока на мощността на генерираното лъчение върху повърхността на обект или биологичен обект е над 10 W/cm2);

· средноенергийни (плътност на потока мощност на генерираното лъчение - от 0,4 до 10 W/cm2);

· нискоенергийни (плътността на потока мощност на генерираното лъчение е по-малка от 0,4 W/cm2).

· мека (генерирана енергия на облъчване - Е или плътност на потока на мощността върху облъчваната повърхност - до 4 mW/cm2);

· средна (E - от 4 до 30 mW/cm2);

· твърд (E - повече от 30 mW/cm2).

В съответствие със " Санитарни нормии правила за устройство и експлоатация на лазери № 5804-91”, според степента на опасност на генерираното лъчение за оперативния персонал лазерите се разделят на четири класа.

Първокласните лазери включват: технически средства, чието изходно колимирано (затворено в ограничен телесен ъгъл) излъчване не представлява опасност при облъчване на очите и кожата на човека.

Лазерите от втори клас са устройства, чиято изходна радиация представлява опасност при облъчване на очите с директно и огледално отразено лъчение.

Лазерите от трети клас са устройства, чието изходно лъчение представлява опасност при облъчване на очите с пряко и огледално отразено, както и дифузно отразено лъчение на разстояние 10 cm от дифузно отразяваща повърхност и (или) при облъчване на кожата с пряка и огледално отразена радиация.

Лазерите от клас 4 са устройства, чиято изходна радиация представлява опасност, когато кожата се облъчва с дифузно отразена радиация на разстояние 10 cm от дифузно отразяваща повърхност.

Искали ли сте някога да направите истински лазер? В действителност не е толкова трудно, колкото може да изглежда. Всичко, от което се нуждаете, е DVD устройство и някои материали.

Нека да разберем как да си направим лазер у дома. Какво ще ви трябва за това?

• DVD устройство с функция за презапис;
• лазерна показалка;
• колиматор за получаване на равномерен лъч светлина;
• няколко отвертки;
• канцеларски нож;
• ножици за метал;
• поялник

Курс на действие

Разглобяваме DVD устройството и премахваме горния панел от него. Интересувате се от местоположението на каретата, защото там се намират водачите. Развийте болтовете и извадете каретката. Не забравяйте да изключите всички конектори!

Започваме процеса на разглобяване на каретата. Ще има 2 диода. Едната служи за четене, другата за записване на следи - червена е. Трябва ни точно последното.

Обикновено този диод се завинтва към платката с болтове, които трябва внимателно да се развият с малка отвертка. Проверете функционалността му, като го свържете към батерия. Внимателно извадете диода от корпуса. Взимаме закупения колиматор и го разглобяваме. Вътре има лазерен диод. Премахваме го и на негово място поставяме този, който беше изваден от устройството.

Можете да използвате отвертка за демонтаж. Ако елементът стане упорит, струва си да го приложите остър нож. Тази част трябва да се отстрани внимателно, като се внимава да не се повредят други компоненти на платката.

Следващата стъпка е да инсталирате диода в корпуса. Трябва да се залепи с помощта на топлоустойчиво лепило. Важно е да го инсталирате в същата позиция като предишния. Взимаме поялник и запояваме проводниците към елемента, като спазваме полярността.

Сега е време да обработим лазерната показалка. Развийте капака и извадете компонентите. Рефлекторът може да се нуждае от модификация. Направете ръбовете му гладки с помощта на пила. Не забравяйте да премахнете плексигласа.

Извадете батериите и след това поставете структурата, сглобена по-рано, на мястото на излъчвателя. След това сглобяваме лазерната показалка в обратен ред, но без да използваме пластмасовата леща.

Довършителни работи

Сега трябва да върнете батериите на първоначалното им място и да проверите създаденото устройство. Никога не насочвайте лазера към себе си или към хора или животни около вас. Не е много мощен, но лесно ще разтопи найлонов плик или друг материал с подобна дебелина. Дължината на лъча ще надвишава 100 м, с негова помощ можете да запалите кибрит на това разстояние.

Не е трудно да сглобите лазера сами, специални инструментиили нещата не са необходими за това. Важно е да не забравяме, че като играчка това нещоне е приложимо. Опасно е да го насочвате към огледала или други отразяващи повърхности. Ако обичате да експериментирате, тогава това страхотен начинсъздайте нещо интересно.

Думата „лазер“ или „лазер“ е съкращение за „усилване на светлината чрез стимулирано излъчване на радиация“. На руски: - "усилване на светлината чрез стимулирано излъчване", или оптичен квантов генератор. Първият лазер, който използва рубинен цилиндър със сребърно покритие като резонатор, е разработен през 1960 г. от Hughes Research Laboratories, Калифорния. .Днес лазерите се използват за различни цели, вариращи от измерване на различни количества до четене на кодирани данни. Има няколко начина да направите лазер, в зависимост от вашия бюджет и умения.

стъпки

Част 1

Разбиране как работи лазерът

Лазерът изисква източник на енергия, за да работи.Лазерите работят, като възбуждат електрони в активната среда на лазера с външен източник на енергия и ги стимулират да излъчват светлина с определена дължина на вълната. Този процес е предложен за първи път през 1917 г. от Алберт Айнщайн. За да могат електроните (в атомите на активната среда на лазера) да излъчват светлина, те трябва първо да абсорбират енергия, като се преместят на по-висока орбита, и след това да освободят тази енергия под формата на частица светлина, когато се върнат към първоначалната си орбита. Този метод за въвеждане на енергия в активната среда на лазера се нарича "изпомпване".

Канално преминаване на енергия през активна (усилваща) среда.Усилваща среда или активна лазерна среда увеличава интензитета на светлината поради индуцирано (стимулирано) лъчение, излъчвано от електрони. Подобряващата среда може да бъде всяка от следните структури или вещества:

Инсталиране на огледала за задържане на светлината вътре в лазера.Огледалата или резонаторите задържат светлината вътре работна камералазер, докато се натрупа желаното ниво на енергия за излъчване малка дупкав някое от огледалата или през леща.

• Най-простият резонатор или "линеен резонатор" използва две огледала, поставени върху противоположни странилазерна работна камера, генерираща един изходен лъч.
• По-сложен "пръстенов резонатор" използва три или повече огледала. Той може да генерира множество лъчи или един лъч с помощта на оптичен изолатор.

1. Използването на фокусираща леща за насочване на светлината през усилваща среда.Заедно с огледалата, лещата помага за концентрирането и насочването на светлината, така че усилващата среда да получава възможно най-много светлина.

   Част 2

   Изграждане на лазер

   Първи метод: Създаване на лазер от комплект

   1. Покупка.Можете да го купите в магазин за електроника или да го купите онлайн „лазерен комплект“, „лазерен комплект“, „ лазерен модул" или "лазерен диод". Лазерният комплект трябва да включва следното:

      • Драйверна верига. Понякога се продава отделно от другите компоненти. Изберете схема на драйвер, която ще ви позволи да регулирате тока.
      • Лазерен диод.
      • Регулиращата леща може да бъде изработена от стъкло или пластмаса. Обикновено диодът и лещата са сглобени заедно в малка тръба. Тези компоненти понякога се продават отделно без драйвер.

   2. Сглобяване на веригата на драйвера.Много лазерни комплекти се продават с драйвера в несглобено състояние. Тези комплекти включват печатна електронна платкаи съответните части, като трябва да ги запоите според приложената схема. Някои комплекти може да имат сглобен драйвер.

      Свържете контролния блок към лазерния диод.Ако имате цифров мултиметър, можете да го добавите към диодната верига, за да следите тока. Повечето лазерни диоди имат ток в диапазона от 30 до 250 милиампера (mA). Токов диапазон от 100 до 150 mA ще даде достатъчно мощен лъч.

      • Можете да приложите повече ток към лазерния диод, за да произведете по-мощен лъч, но допълнителният ток ще съкрати продължителността на живота или дори ще изгори диода.

   3. Свържете захранването или батерията към веригата на драйвера.Лазерният диод трябва да свети ярко.

   4. Завъртете обектива, за да фокусирате лазерния лъч.Насочете го към стената и фокусирайте, докато се появи хубава, ярка точка.

      • След като сте нагласили лещата по този начин, поставете кибрит върху линията на лъча и завъртете лещата, докато видите, че главата на кибрита започва да пуши. Можете също да опитате да се спукате Балониили прогорете дупки в хартията.

   Метод втори: Изграждане на диоден лазер от старо DVD или Blu-Ray устройство

   1. Вземете стар DVD или Blu-Ray рекордер или устройство.Изберете устройства със скорост на запис 16x или по-висока. Тези устройства имат лазерни диоди с изходна мощност от 150mW или повече.

      • DVD устройството има червен лазерен диод с дължина на вълната 650 nm.
      • Blu-Ray устройството има син лазерен диод с дължина на вълната 405 nm.
      • DVD устройството трябва да е достатъчно добро състояниеза записване на дискове, макар и не непременно успешно. С други думи, диодът му трябва да е добър.
      • Не се опитвайте да използвате DVD четец или CD четец и записващо устройство вместо DVD записващо устройство. DVD четецът има червен диод, но не е толкова мощен, колкото DVD записващото устройство. Лазерният диод в CD записващото устройство е доста мощен, но излъчва светлина в инфрачервения диапазон и ще получите невидим за окото лъч

   2. Премахване на лазерния диод от устройството.Обърнете устройството отдолунагоре. Ще видите винтове, които трябва да бъдат премахнати, преди да отделите задвижващия механизъм и да издърпате диода.

      • След като разглобите устройството, ще видите чифт метални водачи, закрепени на място с винтове. Те поддържат лазерния комплект. Развийте водачите, за да ги премахнете. Отстранете лазерния комплект.
      • Лазерният диод е по-малък по размер от стотинка. Има три метални контакта под формата на крака. Може да се постави в метален корпус с предпазител прозрачен прозорецили без прозорец, или може би не е затворен от нищо.
      • Трябва да извадите диода от лазерната глава. Може да е по-лесно първо да премахнете радиатора от модула, преди да опитате да премахнете диода. Ако имате антистатична каишка за китка, използвайте я, докато премахвате диода.
      • Работете внимателно с лазерния диод, особено ако е незащитен диод. Ако имате антистатичен контейнер, поставете диода в него, докато започнете да сглобявате лазера.

   3. Подгответе фокусиращата леща.Ще трябва да прекарате лъча от диода през фокусираща леща, за да го използвате като лазер. Можете да направите това по един от двата начина:

      • Използване на лупа като фокусираща леща. Завъртете обектива, за да намерите Правилно мястоза създаване на фокусиран лазерен лъч. Ако е необходимо, това ще трябва да се прави всеки път преди използване на лазера.
      • Купете лазерен диод с ниска мощност, като лазерен диод с мощност 5mW в комплект с леща и тръба. След това го сменете с лазерен диод от DVD записващо устройство.