Banyak orang tahu tentang kemungkinan teknologi laser dan manfaatnya. Mereka digunakan tidak hanya dalam industri, tetapi juga dalam tata rias, kedokteran, kehidupan sehari-hari, seni dan industri lainnya. kehidupan manusia... Namun, tidak semua orang tahu cara membuat laser di rumah. Tapi itu bisa dibangun dari bahan bekas. Ini akan membutuhkan drive DVD yang tidak berfungsi, pemantik api, atau senter.

Sebelum pulang, Anda perlu mengumpulkan semua barang yang diperlukan. Pertama-tama, Anda perlu membongkar drive DVD. Untuk melakukan ini, buka semua sekrup yang menahan penutup atas dan bawah perangkat. Selanjutnya, loop utama terputus dan papan dibuka. Perlindungan dioda dan optik harus dipecahkan. Langkah selanjutnya adalah melepas dioda, yang biasanya dilakukan dengan tang. Untuk mencegah listrik statis merusak dioda, kaki-kakinya harus diikat dengan kawat. Lepaskan dioda dengan hati-hati agar tidak mematahkan kaki.

Selanjutnya, sebelum membuat laser di rumah, Anda perlu membuat driver untuk laser, yang diwakili oleh sirkuit kecil yang mengatur catu daya dioda. Faktanya adalah bahwa jika catu daya tidak diatur dengan benar, maka dioda dapat dengan cepat gagal. Sebagai sumber daya, Anda dapat menggunakan baterai jari atau baterai ponsel.

Sebelum membuat laser di rumah, Anda perlu mempertimbangkan fakta bahwa efek pembakaran disediakan oleh optik. Jika tidak ada, maka laser hanya akan bersinar. Sebagai optik, Anda dapat menggunakan lensa khusus dari drive yang sama dari mana dioda diambil. Untuk mendapatkan fokus dengan benar, Anda perlu menerapkan laser penunjuk.

Untuk membuat laser saku biasa, Anda dapat menggunakan korek api biasa. Namun, sebelum Anda dapat membuat laser dari korek api, Anda perlu mengetahui teknologi konstruksinya. Yang terbaik adalah membeli elemen pembakar berkualitas tinggi. Itu perlu dibongkar, tetapi bagian-bagiannya tidak boleh dibuang, karena masih berguna dalam desain. Jika gas tetap berada di pemantik, itu harus dilepaskan. Kemudian bagian dalam harus diukir menggunakan bor dengan lampiran khusus. Di dalam bodi yang lebih ringan ada dioda dari drive, beberapa resistor, sakelar, dan baterai. Semua elemen pemantik harus dipasang di tempatnya, setelah itu tombol yang sebelumnya menyalakan api akan menyalakan laser.

Namun, untuk konstruksi perangkat, Anda tidak hanya dapat menggunakan korek api, tetapi juga senter. Sebelum membuat laser dari senter, Anda perlu mengambil unit laser dari drive CD. Pada dasarnya, struktur laser buatan sendiri pada senter tidak berbeda dengan laser pada korek api. Hanya perlu memperhitungkan catu daya, yang hampir tidak pernah melebihi 3 V, dan juga diinginkan untuk membangun penstabil tegangan tambahan. Ini akan meningkatkan kehidupan Sangat penting untuk memperhitungkan polaritas dioda dan stabilizer.

Semua isian yang dirakit harus ditempatkan di badan senter yang dibongkar. Sebelumnya, tidak hanya bagian dalam, tetapi juga kaca yang dikeluarkan dari senter. Setelah memasang unit laser, kaca diganti.

Membuat laser pembakaran yang kuat dengan tangan Anda sendiri bukanlah tugas yang sulit, namun, selain kemampuan untuk menggunakan besi solder, Anda akan membutuhkan perawatan dan akurasi pendekatan. Perlu segera dicatat bahwa pengetahuan mendalam tentang teknik elektro tidak diperlukan di sini, dan Anda bahkan dapat membuat perangkat di rumah. Hal utama selama bekerja adalah mengamati tindakan pencegahan, karena dampaknya sinar laser merusak mata dan kulit.

Laser merupakan mainan berbahaya yang dapat membahayakan kesehatan jika digunakan secara sembarangan. Jangan arahkan laser ke orang atau hewan!

Apa yang dibutuhkan?

Setiap laser dapat dipecah menjadi beberapa komponen:

• pemancar fluks bercahaya;
• optik;
• Sumber Daya listrik;
• stabilizer suplai saat ini (driver).

Untuk membuat laser buatan sendiri yang kuat, Anda perlu mempertimbangkan semua komponen ini secara terpisah. Yang paling praktis dan termudah untuk dirakit adalah laser berdasarkan dioda laser, dan kami akan mempertimbangkannya dalam artikel ini.

Di mana mendapatkan dioda untuk laser?

Tubuh kerja laser apa pun adalah dioda laser. Anda dapat membelinya di hampir semua toko radio, atau Anda bisa mendapatkannya dari drive CD yang tidak berfungsi. Faktanya adalah bahwa ketidakmampuan drive jarang dikaitkan dengan kegagalan dioda laser. Dengan drive yang rusak, Anda dapat biaya tambahan mendapatkan barang yang Anda inginkan. Tetapi harus diperhitungkan bahwa jenis dan propertinya tergantung pada modifikasi drive.

Operasi laser terlemah dalam jangkauan inframerah dipasang di drive CD-ROM. Kekuatannya hanya cukup untuk membaca CD, dan sinarnya hampir tidak terlihat dan tidak mampu membakar benda. CD-RW memiliki dioda laser built-in yang lebih kuat, cocok untuk dibakar dan dirancang untuk panjang gelombang yang sama. Ini dianggap yang paling berbahaya, karena memancarkan sinar dalam spektrum yang tidak terlihat oleh mata.

Drive DVD-ROM dilengkapi dengan dua dioda laser yang lemah, yang hanya memiliki daya yang cukup untuk membaca CD dan DVD. Pembakar DVD-RW memiliki laser merah berdaya tinggi. Sinarnya terlihat dalam cahaya apa pun dan dapat dengan mudah menyalakan beberapa objek.

BD-ROM berisi laser ungu atau biru, yang parameternya mirip dengan rekanan DVD-ROM-nya. Penulis BD-RE menyediakan dioda laser paling kuat dengan sinar ungu atau biru yang indah yang menyala. Namun, agak sulit untuk menemukan drive untuk pembongkaran seperti itu, dan perangkat yang berfungsi mahal.

Yang paling cocok adalah dioda laser yang diambil dari pembakar DVD-RW. Dioda laser kualitas tertinggi ditemukan di drive LG, Sony dan Samsung.

Semakin tinggi kecepatan tulis DVD drive, semakin kuat dioda laser yang dipasang di dalamnya.

Mengurai drive

Dengan drive di depan Anda, langkah pertama adalah melepas penutup atas dengan membuka 4 sekrup. Kemudian mekanisme bergerak dihapus, yang terletak di tengah dan terhubung ke papan sirkuit tercetak kereta fleksibel. Target berikutnya adalah dioda laser, yang ditekan dengan aman ke dalam radiator yang terbuat dari aluminium atau paduan duralumin. Anda disarankan untuk melindungi dari listrik statis sebelum melepasnya. Untuk ini, ujung dioda laser disolder atau dibungkus dengan kawat tembaga tipis.

Selanjutnya, dua opsi dimungkinkan. Yang pertama menyiratkan pengoperasian laser jadi dalam bentuk instalasi stasioner bersama dengan radiator standar. Opsi kedua adalah merakit perangkat dalam senter portabel atau rumah penunjuk laser. Dalam hal ini, Anda harus menggunakan tenaga untuk menggigit atau memotong radiator tanpa merusak elemen yang memancar.

Pengemudi

Catu daya laser harus diambil secara bertanggung jawab. Seperti halnya LED, ini harus menjadi sumber arus konstan. Ada banyak sirkuit di Internet yang ditenagai oleh baterai atau akumulator melalui resistor pembatas. Kecukupan solusi semacam itu dipertanyakan, karena tegangan pada baterai atau baterai berubah tergantung pada tingkat pengisian daya. Dengan demikian, arus yang mengalir melalui dioda pemancar laser akan sangat menyimpang dari nilai nominalnya. Akibatnya, perangkat tidak akan bekerja secara efisien pada arus rendah, tetapi pada arus tinggi akan menyebabkan penurunan intensitas radiasi yang cepat.

Pilihan terbaik adalah menggunakan stabilizer arus paling sederhana yang dibangun di atas pangkalan. Sirkuit mikro ini termasuk dalam kategori stabilisator terintegrasi universal dengan kemampuan tugas mandiri arus dan tegangan pada keluaran. Sirkuit mikro beroperasi dalam berbagai tegangan input: dari 3 hingga 40 volt.

Analog dari LM317 adalah sirkuit mikro domestik KR142EN12.

Untuk percobaan laboratorium pertama, diagram di bawah ini cocok. Perhitungan satu-satunya resistor dalam rangkaian dibuat sesuai dengan rumus: R = I / 1,25, di mana I adalah arus laser nominal (nilai referensi).

Terkadang pada output stabilizer, kapasitor polar 2200 Fx16 V dan kapasitor non-polar 0,1 F dipasang secara paralel dengan dioda. Partisipasi mereka dibenarkan jika tegangan diterapkan ke input dari catu daya stasioner, yang dapat melewatkan komponen AC kecil dan kebisingan impuls. Salah satu skema tersebut, yang dirancang untuk ditenagai oleh baterai Krona atau baterai kecil, disajikan di bawah ini.

Diagram menunjukkan nilai perkiraan resistor R1. Untuk menghitungnya secara akurat, Anda harus menggunakan rumus di atas.

Dengan mengumpulkan sirkuit listrik, Anda dapat membuat koneksi awal dan, sebagai bukti efisiensi sirkuit, amati warna merah terang cahaya menyebar dioda pemancar. Setelah mengukur arus sebenarnya dan suhu kasing, Anda harus memikirkan perlunya memasang radiator. Jika laser akan digunakan dalam instalasi stasioner pada arus tinggi untuk waktu yang lama, maka pendinginan pasif harus disediakan. Sekarang, untuk mencapai tujuan, hanya ada sedikit yang tersisa: untuk fokus dan mendapatkan pancaran daya tinggi yang diarahkan secara sempit.

Optik

Secara ilmiah, sudah waktunya untuk membangun kolimator sederhana, perangkat untuk menghasilkan berkas sinar paralel. Pilihan ideal untuk tujuan ini akan ada lensa standar yang diambil dari drive. Dengan bantuannya, Anda bisa mendapatkan sinar laser yang cukup tipis dengan diameter sekitar 1 mm. Jumlah energi balok semacam itu cukup untuk membakar kertas, kain, dan karton dalam hitungan detik, melelehkan plastik, dan membakar kayu. Jika Anda memfokuskan sinar yang lebih tipis, maka laser ini dapat memotong kayu lapis dan kaca plexiglass. Namun agak sulit untuk menyesuaikan dan memasang lensa dengan aman dari drive karena panjang fokusnya yang kecil.

Jauh lebih mudah untuk membangun kolimator berdasarkan laser pointer. Selain itu, driver dan baterai kecil dapat ditempatkan di kasingnya. Outputnya akan menjadi balok dengan diameter sekitar 1,5 mm dengan aksi pembakaran yang lebih kecil. Dalam cuaca berkabut atau dengan hujan salju lebat, efek pencahayaan yang luar biasa dapat diamati dengan mengarahkan fluks cahaya ke langit.

Anda dapat membeli kolimator siap pakai yang dirancang khusus untuk memasang dan menyesuaikan laser melalui toko online. Tubuhnya akan berfungsi sebagai radiator. Mengetahui ukuran semua bagian komponen perangkat, Anda dapat membeli dengan murah Senter LED dan menggunakan tubuhnya.

Sebagai kesimpulan, saya ingin menambahkan beberapa frasa tentang bahaya radiasi laser. Pertama, jangan pernah mengarahkan sinar laser ke mata orang atau hewan. Hal ini menyebabkan gangguan penglihatan yang serius. Kedua, kenakan kacamata hijau saat bereksperimen dengan laser merah. Mereka mencegah lewatnya sebagian besar spektrum merah. Jumlah cahaya yang melewati kacamata tergantung pada panjang gelombang radiasi. Melihat sinar laser dari samping tanpa alat pelindung hanya diperbolehkan untuk waktu yang singkat. Jika tidak, sakit mata mungkin muncul.

Baca sama

Hari ini kita akan berbicara tentang cara membuat laser hijau atau biru yang kuat di rumah dari bahan improvisasi dengan tangan Anda sendiri. Kami juga akan mempertimbangkan gambar, diagram, dan perangkat penunjuk laser buatan sendiri dengan sinar pembakar dan jangkauan hingga 20 km

Dasar dari perangkat laser adalah generator kuantum optik, yang, menggunakan energi listrik, termal, kimia atau lainnya, menghasilkan sinar laser.

Pengoperasian laser didasarkan pada fenomena radiasi yang dirangsang (diinduksi). Radiasi laser dapat terus menerus, dengan kekuatan konstan, atau berdenyut, mencapai kekuatan puncak yang sangat tinggi. Inti dari fenomena ini adalah bahwa atom yang tereksitasi mampu memancarkan foton di bawah aksi foton lain tanpa menyerapnya, jika energi yang terakhir sama dengan perbedaan antara energi tingkat atom sebelum dan sesudah radiasi. . Dalam hal ini, foton yang dipancarkan koheren dengan foton yang menyebabkan radiasi, yaitu salinan persisnya. Dengan demikian, cahaya diperkuat. Ini berbeda dari emisi spontan, di mana foton yang dipancarkan memiliki arah propagasi, polarisasi, dan fase yang acak
Probabilitas bahwa foton acak akan menyebabkan emisi terinduksi dari atom tereksitasi persis sama dengan probabilitas bahwa foton ini akan diserap oleh atom dalam keadaan tidak tereksitasi. Oleh karena itu, untuk memperkuat cahaya, perlu ada lebih banyak atom tereksitasi dalam medium daripada yang tidak tereksitasi. Dalam keadaan setimbang, kondisi ini tidak terpenuhi; oleh karena itu, kami menggunakan berbagai sistem memompa media aktif laser (optik, listrik, kimia, dll.). Dalam beberapa skema, elemen kerja laser digunakan sebagai penguat optik untuk radiasi dari sumber lain.

Tidak ada fluks foton eksternal dalam generator kuantum; populasi terbalik dibuat di dalamnya dengan bantuan berbagai sumber pemompaan. Tergantung pada sumbernya, ada cara yang berbeda pemompaan:
optik - lampu flash yang kuat;
pelepasan gas dalam zat kerja (media aktif);
injeksi (transfer) pembawa arus dalam semikonduktor di
p — n transisi;
eksitasi elektronik (iradiasi dalam ruang hampa semikonduktor murni dengan aliran elektron);
termal (pemanasan gas diikuti dengan pendinginan yang tajam;
kimia (menggunakan energi reaksi kimia) dan beberapa lainnya.

Sumber utama pembangkitan adalah proses emisi spontan, oleh karena itu, untuk memastikan kelangsungan generasi foton, keberadaan umpan balik positif diperlukan, karena foton yang dipancarkan menyebabkan tindakan emisi induksi berikutnya. Untuk ini, media aktif laser ditempatkan di rongga optik. Dalam kasus paling sederhana, itu terdiri dari dua cermin, salah satunya semitransparan - melaluinya, sinar laser sebagian meninggalkan resonator.

Memantulkan dari cermin, sinar radiasi berulang kali melewati resonator, menyebabkan transisi yang diinduksi di dalamnya. Radiasi dapat berupa terus menerus atau berdenyut. Pada saat yang sama, menggunakan berbagai perangkat untuk mematikan dan menghidupkan umpan balik dengan cepat dan dengan demikian mengurangi periode pulsa, dimungkinkan untuk menciptakan kondisi untuk menghasilkan radiasi daya yang sangat tinggi - inilah yang disebut pulsa raksasa. Mode operasi laser ini disebut mode Q-switched.
Sinar laser adalah fluks bercahaya sinar sempit yang koheren, monokrom, terpolarisasi. Singkatnya, ini adalah seberkas cahaya yang dipancarkan tidak hanya oleh sumber sinkron, tetapi juga dalam rentang yang sangat sempit, dan terarah. Semacam fluks bercahaya yang sangat terkonsentrasi.

Radiasi yang dihasilkan oleh laser adalah monokromatik, probabilitas emisi foton dari panjang gelombang tertentu lebih besar daripada yang terletak dekat, terkait dengan perluasan garis spektral, dan probabilitas transisi yang diinduksi pada frekuensi ini juga memiliki maksimum. Oleh karena itu, secara bertahap dalam proses pembangkitan, foton dengan panjang gelombang tertentu akan mendominasi semua foton lainnya. Selain itu, karena pengaturan khusus cermin, hanya foton yang dipertahankan dalam sinar laser yang merambat ke arah yang sejajar dengan sumbu optik resonator pada jarak pendek darinya, sisa foton dengan cepat meninggalkan resonator. volume. Dengan demikian, sinar laser memiliki sudut divergensi yang sangat kecil. Akhirnya, sinar laser memiliki polarisasi yang ditentukan secara ketat. Untuk ini, berbagai polarizer dimasukkan ke dalam resonator, misalnya, mereka dapat berupa pelat kaca datar yang dipasang pada sudut Brewster ke arah perambatan sinar laser.

Panjang gelombang kerja laser, serta sifat-sifat lainnya, bergantung pada fluida kerja apa yang digunakan dalam laser. Fluida kerja "dipompa" dengan energi untuk mendapatkan efek inversi populasi elektronik, yang menyebabkan emisi foton terstimulasi dan efek amplifikasi optik. Bentuk paling sederhana dari resonator optik adalah dua cermin paralel (bisa juga empat atau lebih), terletak di sekitar badan kerja laser. Radiasi terstimulasi dari media kerja dipantulkan kembali oleh cermin dan diperkuat lagi. Hingga saat keluar, gelombang tersebut bisa dipantulkan berkali-kali.

Jadi, mari kita rumuskan secara singkat kondisi yang diperlukan untuk menciptakan sumber cahaya yang koheren:

Anda membutuhkan zat yang bekerja dengan populasi terbalik. Hanya dengan demikian amplifikasi cahaya dapat diperoleh karena transisi paksa;
zat kerja harus ditempatkan di antara cermin yang memberikan umpan balik;
keuntungan yang diberikan oleh zat yang bekerja, yang berarti bahwa jumlah atom atau molekul yang tereksitasi dalam zat yang bekerja harus lebih besar dari nilai ambang batas, yang tergantung pada koefisien refleksi cermin keluaran.

Jenis benda kerja berikut dapat digunakan dalam desain laser:

Cairan. Ini digunakan sebagai media kerja, misalnya, dalam laser pewarna. Komposisinya meliputi: pelarut organik(metanol, etanol atau etilen glikol) di mana pewarna kimia (kumarin atau rhodamin) dilarutkan. Panjang gelombang operasi laser cair ditentukan oleh konfigurasi molekul pewarna yang digunakan.

Gas. Secara khusus, karbon dioksida, argon, kripton atau campuran gas seperti pada laser helium-neon. Laser ini paling sering "dipompa" dengan energi melalui pelepasan listrik.
Padatan (kristal dan gelas). Bahan padat dari benda kerja tersebut diaktifkan (didoping) dengan menambahkan sejumlah kecil ion kromium, neodimium, erbium atau titanium. Kristal yang biasa digunakan adalah: yttrium aluminium garnet, yttrium lithium fluoride, sapphire (alumina) dan kaca silikat. Laser solid state biasanya "dipompa" oleh lampu flash atau laser lainnya.

Semikonduktor. Bahan di mana transisi elektron antara tingkat energi dapat disertai dengan radiasi. Laser semikonduktor sangat kompak, "dipompa" dengan arus listrik, membuatnya cocok untuk peralatan rumah tangga seperti pemutar CD.

Untuk mengubah penguat menjadi osilator, perlu untuk memberikan umpan balik. Dalam laser, itu dicapai dengan menempatkan zat aktif di antara permukaan reflektif (cermin), membentuk apa yang disebut "resonator terbuka" karena fakta bahwa sebagian energi yang dipancarkan oleh zat aktif dipantulkan dari cermin dan kembali ke zat aktif

Laser menggunakan berbagai jenis resonator optik - dengan cermin datar, bola, kombinasi datar dan bola, dll. Dalam resonator optik yang memberikan umpan balik di Laser, hanya jenis osilasi medan elektromagnetik tertentu yang dapat dieksitasi, yang disebut osilasi alami atau mode resonator.

Mode dicirikan oleh frekuensi dan bentuk, yaitu distribusi spasial dari getaran. Dalam resonator dengan cermin datar, jenis osilasi yang sesuai dengan gelombang bidang yang merambat sepanjang sumbu resonator sebagian besar tereksitasi. Sistem dua cermin paralel beresonansi hanya pada frekuensi tertentu - dan juga memainkan peran dalam laser yang dimainkan oleh rangkaian osilasi pada generator frekuensi rendah konvensional.

Penggunaan resonator terbuka (dan bukan rongga logam tertutup - tertutup - karakteristik rentang gelombang mikro) sangat mendasar, karena dalam rentang optik resonator dengan dimensi L =? (L adalah ukuran karakteristik resonator,? Apakah panjang gelombang) tidak dapat dibuat, dan untuk L >>? resonator tertutup kehilangan sifat resonansinya, karena bilangan kemungkinan jenis fluktuasi menjadi begitu besar sehingga tumpang tindih.

Tidak adanya dinding samping secara signifikan mengurangi jumlah kemungkinan jenis osilasi (mode) karena fakta bahwa gelombang yang merambat pada sudut sumbu resonator dengan cepat meninggalkan batasnya, dan memungkinkan mempertahankan sifat resonansi resonator pada L > >?. Namun, rongga dalam laser tidak hanya memberikan umpan balik karena kembalinya radiasi yang dipantulkan dari cermin ke zat aktif, tetapi juga menentukan spektrum radiasi laser, karakteristik energinya, dan arah radiasi.
Dalam pendekatan gelombang bidang yang paling sederhana, kondisi resonansi dalam resonator dengan cermin datar adalah bahwa bilangan bulat dari setengah gelombang cocok dengan panjang resonator: L = q (λ / 2) (q adalah bilangan bulat), yang mengarah ke ekspresi untuk frekuensi jenis getaran dengan indeks q:?q = q (C / 2L). Akibatnya, spektrum radiasi laser, sebagai suatu peraturan, adalah seperangkat garis spektral sempit, interval di antaranya sama dan sama dengan c / 2L. Jumlah garis (komponen) pada panjang tertentu L tergantung pada sifat-sifat medium aktif, yaitu, pada spektrum emisi spontan pada transisi kuantum yang digunakan dan dapat mencapai beberapa puluh dan ratusan. Dalam kondisi tertentu, ternyata dimungkinkan untuk mengisolasi satu komponen spektral, yaitu, untuk menerapkan rezim generasi mode tunggal. Lebar spektral masing-masing komponen ditentukan oleh kehilangan energi dalam rongga dan, pertama-tama, oleh transmisi dan penyerapan cahaya oleh cermin.

Profil frekuensi gain di media kerja (ditentukan oleh lebar dan bentuk garis media kerja) dan himpunan frekuensi alami resonator terbuka. Untuk resonator terbuka dengan faktor Q tinggi yang digunakan dalam laser, pita sandi resonator p, yang menentukan lebar kurva resonansi masing-masing mode, dan bahkan jarak antara mode yang berdekatan h ternyata kurang dari lebar garis penguatan h, dan bahkan di laser gas, di mana pelebaran garis adalah yang terkecil. Oleh karena itu, beberapa jenis osilasi resonator termasuk dalam rangkaian amplifikasi.

Dengan demikian, laser tidak selalu menghasilkan pada frekuensi yang sama; lebih sering, sebaliknya, pembangkitan terjadi secara bersamaan pada beberapa jenis osilasi, yang keuntungannya? lebih banyak kerugian di resonator. Agar laser beroperasi pada frekuensi yang sama (dalam mode frekuensi tunggal), biasanya perlu untuk mengambil tindakan khusus (misalnya, untuk meningkatkan kerugian, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 3) atau untuk mengubah jarak antara cermin sehingga hanya satu mode. Karena dalam optik, seperti disebutkan di atas, h> p dan frekuensi penguat dalam laser ditentukan terutama oleh frekuensi resonator, untuk menjaga frekuensi penguat yang stabil, perlu untuk menstabilkan resonator. Jadi, jika keuntungan dalam zat kerja tumpang tindih dengan kerugian di resonator untuk jenis osilasi tertentu, pembangkitan terjadi pada mereka. Benih untuk kemunculannya adalah, seperti pada generator apa pun, kebisingan, yang merupakan emisi spontan dalam laser.
Agar media aktif memancarkan cahaya monokromatik yang koheren, perlu untuk memberikan umpan balik, yaitu, untuk mengarahkan bagian dari fluks cahaya yang dipancarkan oleh media ini kembali ke media untuk emisi terstimulasi. Umpan balik positif dilakukan menggunakan resonator optik, yang dalam versi dasar adalah dua cermin koaksial (paralel dan sepanjang sumbu yang sama), salah satunya semitransparan, dan yang lainnya "kusam", yaitu, sepenuhnya memantulkan fluks cahaya. Substansi kerja (media aktif), di mana populasi terbalik dibuat, ditempatkan di antara cermin. Radiasi yang dirangsang melewati media aktif, diperkuat, dipantulkan dari cermin, melewati media lagi, dan menjadi lebih diperkuat. Melalui cermin semitransparan, sebagian radiasi dipancarkan ke media luar, dan sebagian dipantulkan kembali ke media dan diperkuat lagi. Dalam kondisi tertentu, fluks foton di dalam zat kerja akan mulai tumbuh seperti longsoran salju, dan generasi cahaya koheren monokromatik akan dimulai.

Prinsip pengoperasian resonator optik, jumlah partikel yang dominan dari zat yang bekerja, diwakili oleh lingkaran terbuka, berada dalam keadaan dasar, yaitu pada tingkat energi yang lebih rendah. Tidak hanya sejumlah besar partikel, yang diwakili oleh lingkaran hitam, berada dalam keadaan tereksitasi secara elektronik. Ketika zat yang bekerja terkena sumber pemompaan, jumlah utama partikel masuk ke keadaan tereksitasi (jumlah lingkaran hitam meningkat), dan populasi terbalik dibuat. Selanjutnya (Gbr. 2c), ada emisi spontan dari beberapa partikel dalam keadaan tereksitasi secara elektronik. Radiasi yang diarahkan pada sudut sumbu resonator akan meninggalkan zat kerja dan resonator. Radiasi yang diarahkan sepanjang sumbu resonator akan mendekati permukaan cermin.

Dalam cermin semitransparan, sebagian radiasi akan melewatinya ke lingkungan, dan sebagian lagi akan dipantulkan dan diarahkan lagi ke zat kerja, melibatkan partikel dalam keadaan tereksitasi dalam proses radiasi paksa.

Pada cermin "kusam", seluruh fluks sinar akan dipantulkan dan zat yang bekerja akan melewatinya lagi, menginduksi radiasi dari semua partikel tereksitasi yang tersisa, di mana situasinya tercermin ketika semua partikel tereksitasi telah melepaskan energi yang tersimpan, dan di pintu keluar resonator, di sisi cermin semitransparan, fluks radiasi induksi yang kuat terbentuk.

utama elemen struktural laser termasuk zat yang bekerja dengan tingkat energi tertentu dari atom dan molekul penyusunnya, sumber pompa yang menciptakan populasi terbalik dalam zat yang bekerja, dan resonator optik. Ada banyak laser yang berbeda, tetapi semuanya memiliki kesamaan dan, terlebih lagi, sederhana diagram skematik perangkat, yang ditunjukkan pada Gambar. 3.

Pengecualian adalah laser semikonduktor karena kekhususannya, karena mereka memiliki segalanya yang istimewa: fisika proses, dan metode pemompaan, dan desain. Semikonduktor adalah formasi kristal. Dalam atom individu, energi elektron mengambil nilai diskrit yang ditentukan secara ketat, dan oleh karena itu keadaan energi elektron dalam atom dijelaskan dalam tingkat. Dalam kristal semikonduktor, tingkat energi membentuk pita energi. Dalam semikonduktor murni yang tidak mengandung pengotor, ada dua pita: yang disebut pita valensi dan pita konduksi yang terletak di atasnya (pada skala energi).

Di antara mereka ada celah nilai energi terlarang, yang disebut zona terlarang. Pada suhu semikonduktor sama dengan nol mutlak, pita valensi harus terisi penuh dengan elektron, dan pita konduksi harus kosong. Dalam kondisi nyata, suhu selalu lebih tinggi nol mutlak... Tetapi peningkatan suhu menyebabkan eksitasi termal elektron, beberapa di antaranya melompat dari pita valensi ke pita konduksi.

Sebagai hasil dari proses ini, sejumlah (relatif kecil) elektron muncul di pita konduksi, dan jumlah elektron yang sesuai tidak akan cukup di pita valensi sampai terisi penuh. Kekosongan elektron pada pita valensi diwakili oleh partikel bermuatan positif yang disebut lubang. Transisi kuantum elektron melalui celah pita dari bawah ke atas dianggap sebagai proses menghasilkan pasangan elektron-lubang, dengan elektron terkonsentrasi di tepi bawah pita konduksi, dan hole - di tepi atas pita valensi . Penyeberangan melalui zona terlarang dimungkinkan tidak hanya dari bawah ke atas, tetapi juga dari atas ke bawah. Proses ini disebut rekombinasi lubang elektron.

Ketika semikonduktor murni disinari dengan cahaya, energi foton yang sedikit melebihi celah pita, tiga jenis interaksi cahaya dengan materi dapat terjadi dalam kristal semikonduktor: penyerapan, emisi spontan, dan emisi paksa cahaya. Jenis interaksi pertama dimungkinkan ketika foton diserap oleh elektron yang terletak di dekat tepi atas pita valensi. Dalam hal ini, kekuatan energi elektron akan menjadi cukup untuk mengatasi zona terlarang, dan itu akan membuat transisi kuantum ke pita konduksi. Emisi cahaya secara spontan dimungkinkan dengan kembalinya elektron secara spontan dari pita konduksi ke pita valensi dengan emisi kuantum energi - foton. Radiasi eksternal dapat memulai transisi ke pita valensi elektron yang terletak di dekat tepi bawah pita konduksi. Hasil dari ini, jenis ketiga dari interaksi cahaya dengan bahan semikonduktor, adalah pembentukan foton sekunder, identik dalam parameter dan arah geraknya dengan foton yang memulai transisi.

Untuk menghasilkan radiasi laser, perlu untuk membuat populasi terbalik dari "tingkat kerja" dalam semikonduktor - untuk membuat konsentrasi elektron yang cukup tinggi di tepi bawah pita konduksi dan, dengan demikian, konsentrasi lubang yang tinggi di tepi dari pita valensi. Untuk tujuan ini, laser semikonduktor murni biasanya dipompa oleh aliran elektron.

Cermin resonator adalah permukaan kristal semikonduktor yang dipoles. Kerugian dari laser tersebut adalah bahwa banyak bahan semikonduktor menghasilkan radiasi laser hanya pada suhu yang sangat rendah, dan pemboman kristal semikonduktor dengan aliran elektron menyebabkannya menjadi sangat panas. Ini membutuhkan perangkat pendingin tambahan, yang memperumit desain peralatan dan meningkatkan dimensinya.

Sifat-sifat semikonduktor dengan pengotor berbeda secara signifikan dari sifat-sifat semikonduktor murni dan murni. Ini disebabkan oleh fakta bahwa atom dari beberapa pengotor dengan mudah menyumbangkan salah satu elektronnya ke pita konduksi. Pengotor ini disebut pengotor donor, dan semikonduktor dengan pengotor semacam itu disebut n-semikonduktor. Atom pengotor lain, sebaliknya, menangkap satu elektron dari pita valensi, dan pengotor semacam itu adalah akseptor, dan semikonduktor dengan pengotor semacam itu adalah semikonduktor-p. Tingkat energi atom pengotor terletak di dalam pita terlarang: untuk n-semikonduktor - di dekat tepi bawah pita konduksi, untuk y-semikonduktor - di dekat tepi atas pita valensi.

Jika Anda membuat di area ini tegangan listrik sehingga terdapat kutub positif pada sisi semikonduktor p, dan kutub negatif pada sisi semikonduktor n, maka di bawah pengaruh medan listrik, elektron dari semikonduktor n dan lubang dari semikonduktor p akan pindahkan (disuntikkan) ke dalam area pn- transisi.

Ketika elektron dan lubang bergabung kembali, foton akan dipancarkan, dan dengan adanya rongga optik, radiasi laser dapat dihasilkan.

Cermin dari resonator optik adalah permukaan kristal semikonduktor yang dipoles yang berorientasi tegak lurus terhadap bidang sambungan pn. Laser semacam itu kecil, karena dimensi elemen aktif semikonduktor bisa sekitar 1 mm.

Semua laser dibagi lagi sebagai berikut, tergantung pada fitur yang dipertimbangkan).

Tanda pertama. Merupakan kebiasaan untuk membedakan antara amplifier laser dan generator. Dalam amplifier, radiasi laser yang lemah disuplai pada input, dan pada outputnya juga diperkuat. Tidak ada radiasi eksternal di generator, itu muncul di zat kerja karena eksitasinya dengan bantuan berbagai sumber pompa. Semua mesin laser medis adalah generator.

Tanda kedua adalah keadaan fisik zat kerja. Sesuai dengan ini, laser dibagi menjadi solid-state (ruby, sapphire, dll.), Gas (helium-neon, helium-cadmium, argon, karbon dioksida, dll.), cair (dielektrik cair dengan atom pengotor yang bekerja langka -logam tanah) dan semikonduktor (arsenida -gallium, arsenida-fosfida-gallium, selenida-timbal, dll.).

Metode menarik zat kerja adalah fitur pembeda ketiga dari laser. Tergantung pada sumber eksitasi, laser dibedakan dengan pemompaan optik, dipompa oleh pelepasan gas, eksitasi elektronik, injeksi pembawa muatan, dengan pemompaan termal, kimia, dan beberapa lainnya.

Spektrum emisi laser adalah fitur klasifikasi berikutnya. Jika radiasi terkonsentrasi dalam rentang panjang gelombang yang sempit, maka laser dianggap monokromatik dan data teknisnya menunjukkan panjang gelombang tertentu; jika dalam rentang yang luas, maka laser harus dianggap broadband dan rentang panjang gelombang ditunjukkan.

Berdasarkan sifat energi yang dipancarkan, laser berdenyut dan laser gelombang kontinu dibedakan. Anda tidak boleh bingung konsep laser berdenyut dan laser dengan modulasi frekuensi radiasi kontinu, karena dalam kasus kedua kami menerima, pada kenyataannya, radiasi intermiten dari frekuensi yang berbeda. Laser berdenyut memiliki daya tinggi dalam satu pulsa, mencapai 10 W, sedangkan daya pulsa rata-ratanya, yang ditentukan oleh rumus yang sesuai, relatif rendah. Untuk laser cw dengan modulasi frekuensi, daya yang disebut pulsa lebih rendah daripada daya cw.

Menurut daya radiasi keluaran rata-rata (fitur klasifikasi berikutnya), laser dibagi menjadi:

· Energi tinggi (kepadatan fluks yang dihasilkan, daya radiasi pada permukaan suatu objek atau objek biologis - lebih dari 10 W / cm2);

· Energi sedang (kepadatan fluks yang dihasilkan, daya radiasi - dari 0,4 hingga 10 W / cm2);

· Energi rendah (densitas fluks yang dihasilkan, daya radiasi - kurang dari 0,4 W / cm2).

· Lunak (pancaran energi yang dihasilkan - E atau kerapatan fluks daya pada permukaan yang disinari - hingga 4 mW / cm2);

Rata-rata (E - dari 4 hingga 30 mW / cm2);

· Keras (E - lebih dari 30 mW / cm2).

Menurut " Standar sanitasi dan aturan untuk desain dan pengoperasian laser No. 5804-91 "sesuai dengan tingkat bahaya radiasi yang dihasilkan untuk personel operasi, laser dibagi menjadi empat kelas.

Laser kelas 1 termasuk: perangkat teknis, keluaran radiasi kolimasi (tertutup dalam sudut padat terbatas) yang tidak menimbulkan bahaya saat menyinari mata dan kulit seseorang.

Laser kelas II adalah perangkat yang radiasi keluarannya berbahaya ketika mata terkena radiasi langsung dan radiasi yang dipantulkan secara specular.

Laser kelas ketiga adalah perangkat yang radiasi keluarannya berbahaya ketika mata disinari dengan pantul langsung dan spekular, serta radiasi pantul difus pada jarak 10 cm dari permukaan pantul difus, dan (atau) ketika kulit disinari. dengan radiasi pantul langsung dan spekular.

Laser kelas keempat adalah perangkat yang radiasi keluarannya berbahaya ketika kulit disinari dengan radiasi pantul difus pada jarak 10 cm dari permukaan pantul difus.

Pernahkah Anda ingin membuat laser nyata? Sebenarnya, ini tidak sesulit kelihatannya. Yang Anda butuhkan hanyalah drive DVD dan beberapa bahan praktis.

Mari kita cari tahu cara membuat laser di rumah. Apa yang dibutuhkan untuk ini?

• DVD-drive dengan fungsi penulisan ulang;
• laser penunjuk;
• kolimator untuk mendapatkan sinar cahaya yang merata;
• beberapa obeng;
• pisau alat tulis;
• gunting untuk logam;
• besi solder.

Tindakan

Kami membongkar drive DVD dan menghapus panel atas darinya. Anda tertarik dengan lokasi gerbong karena di situlah pemandu berada. Buka baut dan lepaskan kereta. Jangan lupa lepaskan semua konektor!

Kami memulai proses pembongkaran kereta. Ini akan memiliki 2 dioda. Satu digunakan untuk membaca, yang lain digunakan untuk membakar trek - berwarna merah. Kami membutuhkan yang terakhir.

Biasanya, dioda ini disekrup ke papan dengan baut, yang harus dibuka dengan hati-hati dengan obeng kecil. Periksa kinerjanya dengan menghubungkan ke baterai. Tarik dioda keluar dari casing dengan hati-hati. Kami mengambil kolimator yang dibeli dan membongkarnya. Ada dioda laser di dalamnya. Kami menghapusnya, sebagai gantinya kami menempatkan yang telah dihapus dari drive.

Anda dapat menggunakan obeng untuk membongkarnya. Jika elemennya keras kepala, ada baiknya diterapkan pisau tajam... Lepaskan bagian ini dengan hati-hati, berhati-hatilah agar tidak merusak komponen papan lainnya.

Langkah selanjutnya adalah memasang dioda ke dalam casing. Itu harus direkatkan menggunakan lem tahan panas. Penting untuk mengaturnya di posisi yang sama dengan yang sebelumnya. Kami mengambil besi solder, menyolder kabel ke elemen dengan kepatuhan wajib terhadap polaritas.

Sekarang giliran pemrosesan laser pointer. Kami membuka tutupnya, lepaskan komponennya. Modifikasi reflektor mungkin diperlukan. Ratakan tepinya dengan file. Jangan lupa untuk melepas kaca plexiglass.

Keluarkan baterai, lalu masukkan struktur yang telah dirakit sebelumnya ke tempat emitor. Selanjutnya, kami merakit penunjuk laser dalam urutan terbalik, tetapi tanpa menggunakan lensa plastik.

Sentuhan akhir

Sekarang Anda perlu mengembalikan baterai ke tempat asalnya dan memeriksa perangkat yang dibuat. Jangan pernah mengarahkan laser ke diri sendiri atau orang atau hewan di sekitar Anda. Ini tidak terlalu kuat, tetapi akan dengan mudah melelehkan kantong plastik atau bahan lain dengan ketebalan yang sama. Panjang balok akan melebihi 100 m, dengan bantuannya pada jarak ini Anda dapat menyalakan korek api.

Mudah untuk merakit laser dengan tangan Anda sendiri, alat khusus atau hal-hal yang tidak diperlukan untuk ini. Penting untuk tidak lupa bahwa benda ini tidak berlaku sebagai mainan. Berbahaya untuk mengarahkannya ke cermin atau permukaan reflektif lainnya. Jika Anda suka bereksperimen, maka ini adalah cara yang bagus untuk membuat sesuatu yang menarik.

Kata "laser" atau "laser" adalah singkatan dari "amplifikasi cahaya dengan emisi radiasi yang dirangsang." Dalam bahasa Rusia: - "amplifikasi cahaya dengan emisi terstimulasi", atau generator kuantum optik. Laser pertama yang menggunakan silinder ruby ​​berlapis perak sebagai resonator dikembangkan pada tahun 1960 oleh Hughes Research Laboratories, California. Laser digunakan saat ini untuk berbagai tujuan, mulai dari mengukur berbagai kuantitas hingga membaca data yang dikodekan. Ada beberapa cara untuk membuat laser, tergantung pada anggaran dan keterampilan Anda.

Langkah

Bagian 1

Memahami cara kerja laser

Sumber energi diperlukan untuk mengoperasikan laser. Laser bekerja dengan menarik elektron dalam media aktif laser dengan sumber energi eksternal dan merangsang mereka untuk memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Proses ini pertama kali diusulkan pada tahun 1917 oleh Albert Einstein. Agar elektron (dalam atom media aktif laser) memancarkan cahaya, mereka harus terlebih dahulu menyerap energi dengan pindah ke orbit yang lebih tinggi, dan kemudian melepaskan energi ini dalam bentuk partikel cahaya ketika kembali ke orbit semula. . Metode menyuntikkan energi ke media aktif laser ini disebut "pemompaan". ”

Menyalurkan energi melalui media aktif (penguat). Media penguatan atau media laser aktif meningkatkan intensitas cahaya karena radiasi induksi (terstimulasi) yang dipancarkan oleh elektron. Media peningkatan dapat berupa salah satu dari berikut ini:

Memasang cermin untuk menjaga cahaya tetap berada di dalam laser. Cermin, atau resonator, menjaga cahaya tetap di dalam ruang kerja laser sampai tingkat energi yang diinginkan terakumulasi untuk radiasi melalui lubang kecil di salah satu cermin atau melalui lensa.

• Resonator paling sederhana atau "resonator linier" menggunakan dua cermin yang ditempatkan pada sisi yang berlawanan ruang kerja laser menghasilkan satu sinar keluaran.
• Sebuah "ring resonator" yang lebih kompleks menggunakan tiga atau lebih cermin. Itu dapat menghasilkan beberapa balok atau satu balok menggunakan isolator optik.

1. Menggunakan lensa pemfokusan untuk mengarahkan cahaya melalui media penguat. Bersama dengan cermin, lensa membantu memusatkan dan mengarahkan cahaya sehingga media penguatan menerima cahaya sebanyak mungkin.

   Bagian 2

   Membangun Laser

   Metode Satu: Bangun Laser dari Kit

   1. Pembelian. Anda dapat membeli di toko elektronik atau membeli secara online "kit laser", "kit laser", "modul laser" atau "dioda laser". Kit laser harus mencakup yang berikut:

      • Sirkuit pengemudi. Terkadang dijual terpisah dari komponen lain. Pilih rangkaian driver yang akan mengatur arus.
      • dioda laser.
      • Lensa pengatur dapat berupa kaca atau plastik. Biasanya, dioda dan lensa dirakit bersama dalam tabung kecil. Komponen ini terkadang dijual terpisah tanpa driver.

   2. Merakit sirkuit driver. Banyak kit laser dijual dengan driver yang belum dirakit. Kit ini termasuk: papan sirkuit tercetak dan bagian yang sesuai, dan Anda harus menyoldernya, mengikuti diagram terlampir. Beberapa kit mungkin memiliki driver yang sudah dirakit sebelumnya.

      Hubungkan kotak kontrol ke dioda laser. Jika Anda memiliki multimeter digital, Anda dapat menghubungkannya ke rangkaian dioda untuk memantau arus. Kebanyakan dioda laser memiliki arus berkisar antara 30 hingga 250 miliampere (mA). Rentang arus 100 hingga 150 mA akan memberikan cukup sinar yang kuat.

      • Dimungkinkan untuk menerapkan arus yang lebih tinggi ke dioda laser untuk mendapatkan sinar yang lebih kuat, tetapi arus tambahan akan mempersingkat masa pakai dioda atau bahkan membakarnya.

   3. Hubungkan catu daya atau baterai ke sirkuit driver. Dioda laser harus bersinar terang.

   4. Fokuskan sinar laser dengan memutar lensa. Arahkan ke dinding dan fokus hingga muncul titik terang yang bagus.

      • Setelah Anda menyesuaikan lensa dengan cara ini, tempatkan korek api pada garis balok dan putar lensa sampai Anda melihat kepala korek api mulai mengeluarkan asap. Anda juga dapat mencoba pop balon atau membakar lubang di kertas.

   Metode Dua: Buat Laser Dioda dari DVD Lama atau Drive Blu-Ray

   1. Dapatkan DVD atau Blu-ray burner atau drive lama. Pilih perangkat dengan kecepatan tulis 16x atau lebih cepat. Perangkat ini memiliki dioda laser dengan daya keluaran 150mW atau lebih.

      • Drive DVD memiliki dioda laser merah 650nm.
      • Drive Blu-ray memiliki dioda laser biru 405nm.
      • Drive DVD harus cukup untuk keadaan baik untuk membakar cakram, meskipun belum tentu berhasil. Dengan kata lain, diodanya harus berfungsi.
      • Jangan mencoba menggunakan pembaca DVD, pembaca CD, dan penulis daripada penulis DVD. Penulis DVD memiliki dioda merah, tetapi tidak sekuat penulis DVD. Dioda laser dalam pembakar CD cukup kuat, tetapi memancarkan cahaya dalam kisaran inframerah, dan Anda mendapatkan sinar yang tidak terlihat oleh mata.

   2. Melepaskan dioda laser dari drive. Balikkan drive bawah ke atas. Anda akan melihat sekrup yang perlu dilepas sebelum Anda dapat memisahkan mekanisme drive dan mengeluarkan dioda.

      • Setelah Anda membongkar drive, Anda akan melihat sepasang rel logam ditahan di tempatnya dengan sekrup. Mereka mendukung kit laser. Lepaskan panduan untuk menghapusnya. Lepaskan perangkat laser.
      • Dioda laser lebih kecil dari satu sen. Ini memiliki tiga pin logam dalam bentuk kaki. Dapat ditempatkan di selubung logam dengan pelindung jendela transparan atau tanpa jendela, atau mungkin tidak tertutup oleh apapun.
      • Anda harus menarik dioda keluar dari kepala laser. Mungkin lebih mudah untuk melepas unit pendingin dari rakitan terlebih dahulu sebelum mencoba melepaskan dioda. Jika Anda memiliki tali pergelangan tangan ESD, gunakan saat melepas dioda.
      • Tangani dioda laser dengan hati-hati, terutama jika dioda tidak terlindungi. Jika Anda memiliki wadah ESD, letakkan dioda di dalamnya sampai Anda mulai merakit laser.

   3. Siapkan lensa fokus. Anda harus melewatkan sinar dari dioda melalui lensa pemfokusan untuk menggunakannya sebagai laser. Anda dapat melakukan ini dengan salah satu dari dua cara:

      • Menggunakan kaca pembesar sebagai lensa pemfokusan. Putar lensa untuk menemukan Tempat yang benar untuk mendapatkan sinar laser terfokus. Jika perlu, ini harus dilakukan setiap kali sebelum menggunakan laser.
      • Beli dioda laser berdaya rendah seperti 5mW lengkap dengan lensa dan tabungnya. Kemudian ganti dengan dioda laser dari penulis DVD.