Veľa ľudí vie o možnostiach laserové technológie a o ich výhodách. Používajú sa nielen v priemysle, ale aj v kozmeteológii, medicíne, každodennom živote, umení a iných odvetviach. ľudský život. Nie každý však vie, ako si vyrobiť laser doma. Dá sa však postaviť zo šrotu. K tomu budete potrebovať nefunkčnú DVD mechaniku, zapaľovač alebo baterku.

Pred začatím doma musíte zhromaždiť všetky potrebné prvky. Najprv musíte rozobrať jednotku DVD. Za týmto účelom odskrutkujte všetky skrutky, ktoré držia horný a spodný kryt zariadenia. Ďalej sa odpojí hlavný kábel a odskrutkuje sa doska. Musí byť porušená ochrana diód a optiky. Ďalším krokom je odstránenie diódy, čo sa zvyčajne vykonáva pomocou klieští. Aby statická elektrina nepoškodila diódu, jej nohy musia byť zviazané drôtom. Diódu musíte odstrániť opatrne, aby ste nezlomili nohy.

Ďalej, pred výrobou lasera doma, musíte urobiť ovládač pre laser, ktorý predstavuje malý obvod, ktorý reguluje napájanie diódy. Faktom je, že ak je výkon nastavený nesprávne, dióda môže rýchlo zlyhať. Môže byť použitý ako zdroj energie AA batérie alebo batérie z mobilného telefónu.

Predtým, ako si doma vyrobíte laser, musíte vziať do úvahy skutočnosť, že efekt horenia zabezpečuje optika. Ak tam nie je, laser bude jednoducho svietiť. Ako optiku môžete použiť špeciálnu šošovku z rovnakej mechaniky, z ktorej bola odobratá dióda. Pre správne nastavenie zaostrenia je potrebné použiť laserové ukazovátko.

Na vytvorenie bežného vreckového lasera môžete použiť bežný zapaľovač. Predtým, než si však vyrobíte laser zo zapaľovača, musíte poznať technológiu konštrukcie. Najlepšie je zaobstarať si kvalitný zápalný prvok. Treba to rozobrať, no diely by sa nemali vyhadzovať, lebo sa ešte budú hodiť pri návrhu. Ak v zapaľovači zostal plyn, treba ho uvoľniť. Potom sa vnútorné strany musia vyklopiť pomocou vŕtačky so špeciálnymi nástavcami. Vo vnútri tela zapaľovača sa nachádza dióda z pohonu, niekoľko rezistorov, vypínač a batéria. Všetky prvky zapaľovača je potrebné nainštalovať na svoje miesta, potom tlačidlo, ktoré predtým zapálilo plameň, zapne laser.

Na konštrukciu zariadenia však môžete použiť nielen zapaľovač, ale aj baterku. Pred vytvorením lasera z baterky musíte z jednotky CD vybrať laserový blok. V zásade sa štruktúra domáceho lasera v baterke nelíši od štruktúry lasera v zapaľovači. Len treba počítať s napájaním, ktoré takmer nikdy nepresiahne 3 V a tiež je vhodné zabudovať dodatočný stabilizátor napätia. Zvýši sa životnosť Je veľmi dôležité brať do úvahy polaritu diódy a stabilizátora.

Všetka zložená náplň musí byť umiestnená v tele demontovanej baterky. Najprv sa z baterky odstráni nielen vnútorná časť, ale aj sklo. Po inštalácii laserovej jednotky sa sklo nainštaluje na miesto.

Vytvorenie výkonného horiaceho lasera vlastnými rukami nie je náročná úloha, avšak okrem schopnosti používať spájkovačku budete musieť byť pri svojom prístupe pozorní a opatrní. Okamžite stojí za zmienku, že tu nie sú potrebné hlboké znalosti z oblasti elektrotechniky a zariadenie si môžete vyrobiť aj doma. Hlavnou vecou pri práci je dodržiavať bezpečnostné opatrenia od nárazu laserový lúčškodlivé pre oči a pokožku.

Laser je nebezpečná hračka, ktorá môže pri neopatrnom používaní poškodiť zdravie. Nemierte laserom na ľudí alebo zvieratá!

Čo budete potrebovať?

Každý laser možno rozdeliť do niekoľkých komponentov:

• žiarič svetelného toku;
• optika;
• Zdroj;
• stabilizátor napájania prúdu (ovládač).

Ak chcete vyrobiť výkonný domáci laser, budete musieť zvážiť všetky tieto komponenty samostatne. Najpraktickejší a najjednoduchší na zostavenie je laser založený na laserovej dióde, o ktorej budeme v tomto článku uvažovať.

Kde môžem získať diódu pre laser?

Pracovným prvkom každého lasera je laserová dióda. Môžete si ho kúpiť takmer v každom obchode s rádiami alebo ho získať z nefunkčnej jednotky CD. Faktom je, že nefunkčnosť pohonu je zriedka spojená so zlyhaním laserovej diódy. Ak máte pokazený disk, môžete dodatočné náklady získať požadovaný prvok. Treba ale počítať s tým, že jeho typ a vlastnosti závisia od úpravy disku.

Najslabší laser, pracujúci v infračervenom rozsahu, je inštalovaný v CD-ROM mechanikách. Jeho výkon je dostatočný len na čítanie CD a lúč je takmer neviditeľný a nie je schopný spaľovať predmety. CD-RW má zabudovanú výkonnejšiu laserovú diódu, vhodnú na napaľovanie a určenú pre rovnakú vlnovú dĺžku. Považuje sa za najnebezpečnejší, pretože vyžaruje lúč v zóne spektra neviditeľnej pre oči.

DVD-ROM mechanika je vybavená dvoma slabými laserovými diódami, ktorých energia stačí len na čítanie CD a DVD. Napaľovačka DVD-RW obsahuje vysokovýkonný červený laser. Jeho lúč je viditeľný v akomkoľvek svetle a môže ľahko zapáliť určité predmety.

BD-ROM obsahuje fialový alebo modrý laser, ktorý je parametrami podobný analógu z DVD-ROM. Z napaľovačiek BD-RE môžete získať najvýkonnejšiu laserovú diódu s krásnym fialovým alebo modrým lúčom schopným horieť. Nájsť takýto pohon na demontáž je však dosť ťažké a fungujúce zariadenie je drahé.

Najvhodnejšia je laserová dióda prevzatá z DVD-RW mechaniky. Najkvalitnejšie laserové diódy sú nainštalované v mechanikách LG, Sony a Samsung.

Čím vyššia je rýchlosť DVD nahrávanie pohon, tým výkonnejšia je v ňom nainštalovaná laserová dióda.

Demontáž pohonu

Keď máte pred sebou jednotku, najskôr odstráňte horný kryt odskrutkovaním 4 skrutiek. Potom odstráňte pohyblivý mechanizmus, ktorý sa nachádza v strede a je pripojený vytlačená obvodová doska flexibilný kábel. Ďalším cieľom je laserová dióda, bezpečne zalisovaná do radiátora z hliníka alebo duralovej zliatiny. Pred demontážou sa odporúča zabezpečiť ochranu pred statickou elektrinou. Za týmto účelom sú vodiče laserovej diódy spájkované alebo obalené tenkým medeným drôtom.

Ďalej sú dve možné možnosti. Prvý zahŕňa prevádzku hotového lasera vo forme stacionárnej inštalácie spolu so štandardným žiaričom. Druhou možnosťou je zostavenie zariadenia do tela prenosnej baterky alebo laserového ukazovátka. V tomto prípade budete musieť použiť silu na prerezanie alebo pílenie radiátora bez poškodenia vyžarovacieho prvku.

Vodič

S laserovým napájaním sa musí zaobchádzať zodpovedne. Rovnako ako u LED diód musí ísť o stabilizovaný zdroj prúdu. Na internete existuje veľa obvodov napájaných batériou alebo akumulátorom cez obmedzovací odpor. Dostatočnosť tohto riešenia je otázna, keďže napätie na batérii alebo batérii sa mení v závislosti od úrovne nabitia. V súlade s tým sa prúd pretekajúci laserovou emitujúcou diódou bude značne líšiť od nominálnej hodnoty. Výsledkom je, že zariadenie nebude pracovať efektívne pri nízkych prúdoch a pri vysokých prúdoch to povedie k rýchly pokles intenzitu jeho žiarenia.

Najlepšou možnosťou je použiť jednoduchý stabilizátor prúdu postavený na základe. Tento mikroobvod patrí do kategórie univerzálnych integrálne stabilizátory s príležitosťou samostatná úloha výstupný prúd a napätie. Mikroobvod pracuje v širokom rozsahu vstupných napätí: od 3 do 40 voltov.

Analógom LM317 je domáci čip KR142EN12.

Pre prvý laboratórny experiment je vhodná schéma uvedená nižšie. Jediný odpor v obvode sa vypočíta podľa vzorca: R=I/1,25, kde I je menovitý prúd lasera (referenčná hodnota).

Niekedy je na výstupe stabilizátora paralelne s diódou inštalovaný polárny kondenzátor 2200 μFx16 V a nepolárny kondenzátor 0,1 μF. Ich účasť je opodstatnená v prípade privádzania napätia na vstup zo stacionárneho zdroja, ktorému môže chýbať nepodstatná striedavá zložka a impulzný šum. Jeden z týchto obvodov napájaný batériou Krona alebo malou batériou je uvedený nižšie.

Diagram ukazuje približnú hodnotu odporu R1. Ak to chcete presne vypočítať, musíte použiť vyššie uvedený vzorec.

Po zhromaždení elektrická schéma, môžete vykonať predbežné zapnutie a ako dôkaz funkčnosti okruhu spozorovať jasne červenú difúzne svetlo emitujúca dióda. Po zmeraní skutočného prúdu a teploty puzdra stojí za to premýšľať o potrebe inštalácie radiátora. Ak sa laser bude používať v stacionárnej inštalácii pri vysokých prúdoch dlho, potom je potrebné zabezpečiť pasívne chladenie. Teraz zostáva len veľmi málo na dosiahnutie cieľa: zaostriť a získať úzky lúč vysokej sily.

Optika

Z vedeckého hľadiska je čas postaviť jednoduchý kolimátor, zariadenie na vytváranie lúčov paralelných svetelných lúčov. Ideálna možnosť Na tento účel bude z mechaniky odobratý štandardný objektív. S jeho pomocou môžete získať pomerne tenký laserový lúč s priemerom asi 1 mm. Množstvo energie takéhoto lúča stačí na to, aby v priebehu niekoľkých sekúnd prepálil papier, látku a lepenku, roztavil plast a prepálil drevo. Ak zaostríte tenší lúč, tento laser dokáže rezať preglejku a plexisklo. Ale nastavenie a bezpečné pripevnenie objektívu k mechanike je dosť náročné kvôli jeho malej ohniskovej vzdialenosti.

Oveľa jednoduchšie je postaviť kolimátor na základe laserového ukazovátka. Do jeho puzdra sa navyše zmestí vodič a malá batéria. Výstupom bude lúč s priemerom cca 1,5mm a menším horiacim efektom. V hmlistom počasí alebo hustom snežení môžete nasmerovaním svetelného prúdu na oblohu pozorovať neuveriteľné svetelné efekty.

Prostredníctvom internetového obchodu si môžete zakúpiť hotový kolimátor, špeciálne určený na montáž a ladenie lasera. Jeho telo bude slúžiť ako radiátor. Poznať veľkosti každého komponentov zariadenia, môžete si kúpiť lacný led baterka a používať jeho telo.

Na záver by som chcel pridať pár fráz o nebezpečenstve laserového žiarenia. Po prvé, nikdy nesmerujte laserový lúč do očí ľudí alebo zvierat. To vedie k vážnemu poškodeniu zraku. Po druhé, pri experimentovaní s červeným laserom noste zelené okuliare. Blokujú prechod väčšiny červenej časti spektra. Množstvo svetla prepusteného cez okuliare závisí od vlnovej dĺžky žiarenia. Pozrite sa zboku na laserový lúč bez ochranné vybavenie povolené len na krátky čas. V opačnom prípade môže dôjsť k bolestiam očí.

Prečítajte si tiež

Dnes budeme hovoriť o tom, ako si vyrobiť výkonný zelený alebo modrý laser doma zo šrotu vlastnými rukami. Zvážime aj nákresy, schémy a dizajn domácich laserových ukazovátok so zapaľovacím lúčom a dosahom až 20 km

Základom laserového zariadenia je optický kvantový generátor, ktorý pomocou elektrickej, tepelnej, chemickej alebo inej energie vytvára laserový lúč.

Laserová operácia je založená na fenoméne vynúteného (indukovaného) žiarenia. Laserové žiarenie môže byť nepretržité, s konštantným výkonom alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. Podstata javu spočíva v tom, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie, čiže je jeho presnou kópiou. Týmto spôsobom je svetlo zosilnené. Tento jav sa líši od spontánneho žiarenia, pri ktorom majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizáciu a fázu
Pravdepodobnosť, že náhodný fotón spôsobí stimulovanú emisiu z excitovaného atómu, sa presne rovná pravdepodobnosti absorpcie tohto fotónu atómom v neexcitovanom stave. Preto je na zosilnenie svetla potrebné, aby v médiu bolo viac excitovaných atómov ako tých neexcitovaných. V rovnovážnom stave táto podmienka nie je splnená, preto používame rôzne systémyčerpanie aktívneho média lasera (optického, elektrického, chemického atď.). V niektorých schémach sa laserový pracovný prvok používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.

V kvantovom generátore sa nevytvára žiadny vonkajší tok fotónov rôznych zdrojovčerpanie. V závislosti od zdrojov, ktoré existujú rôznymi spôsobmičerpanie:
optická - výkonná záblesková lampa;
výboj plynu v pracovnej látke (aktívne médium);
vstrekovanie (prenos) prúdových nosičov v polovodiči v zóne
p-n prechody;
elektronické budenie (ožarovanie čistého polovodiča vo vákuu prúdom elektrónov);
tepelné (ohrievanie plynu s následným rýchlym ochladením;
chemické (spotreba energie chemické reakcie) a niektoré ďalšie.

Primárnym zdrojom generovania je proces spontánnej emisie, preto na zabezpečenie kontinuity generácií fotónov je potrebná existencia pozitívnej spätnej väzby, vďaka ktorej emitované fotóny spôsobujú následné akty indukovanej emisie. Na tento účel sa aktívne médium lasera umiestni do optickej dutiny. V najjednoduchšom prípade pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno je priesvitné - cez neho laserový lúč čiastočne vychádza z rezonátora.

Odrážajúc sa od zrkadiel, lúč žiarenia opakovane prechádza cez rezonátor a spôsobuje v ňom indukované prechody. Žiarenie môže byť buď nepretržité alebo pulzné. Súčasne pomocou rôznych zariadení na rýchle vypnutie a zapnutie spätnej väzby a tým skrátenie periódy impulzov je možné vytvoriť podmienky na generovanie žiarenia s veľmi vysokým výkonom - ide o takzvané obrie impulzy. Tento režim prevádzky lasera sa nazýva Q-spínaný režim.
Laserový lúč je koherentný, monochromatický, polarizovaný, úzko smerovaný svetelný tok. Jedným slovom je to lúč svetla vyžarovaný nielen synchrónnymi zdrojmi, ale aj vo veľmi úzkom rozsahu a smerovo. Akýsi extrémne koncentrovaný svetelný tok.

Žiarenie generované laserom je monochromatické, pravdepodobnosť emisie fotónu určitej vlnovej dĺžky je väčšia ako pravdepodobnosť emisie blízko umiestneného, ​​spojená s rozšírením spektrálnej čiary a pravdepodobnosť indukovaných prechodov pri tejto frekvencii má tiež maximálne. Preto postupne počas procesu generovania budú fotóny danej vlnovej dĺžky dominovať nad všetkými ostatnými fotónmi. Navyše, vďaka špeciálnemu usporiadaniu zrkadiel, len tie fotóny, ktoré sa šíria v smere rovnobežnom s optickou osou rezonátora v krátkej vzdialenosti od nej, zostávajú v laserovom lúči rýchlo opustené. Laserový lúč má teda veľmi malý uhol divergencie. Nakoniec má laserový lúč presne definovanú polarizáciu. Na tento účel sa do rezonátora zavedú rôzne polarizátory, môžu to byť napríklad ploché sklenené dosky inštalované v Brewsterovom uhle k smeru šírenia laserového lúča;

Pracovná vlnová dĺžka lasera, ako aj ďalšie vlastnosti závisia od toho, aká pracovná tekutina sa v laseri používa. Pracovná tekutina je „pumpovaná“ energiou, aby sa dosiahol efekt inverzie populácie elektrónov, čo spôsobuje stimulovanú emisiu fotónov a efekt optického zosilnenia. Najjednoduchšia forma Optický rezonátor pozostáva z dvoch paralelných zrkadiel (môžu ich byť aj štyri alebo viac) umiestnených okolo pracovnej tekutiny lasera. Stimulované žiarenie pracovnej tekutiny sa odráža späť od zrkadiel a opäť sa zosilňuje. Kým nevyjde, vlna sa môže mnohokrát odrážať.

Stručne teda sformulujme podmienky potrebné na vytvorenie zdroja koherentného svetla:

potrebujete pracovnú látku s prevrátenou populáciou. Len potom možno dosiahnuť zosilnenie svetla pomocou nútených prechodov;
pracovná látka by mala byť umiestnená medzi zrkadlá, ktoré poskytujú spätnú väzbu;
zisk daný pracovnou látkou, čo znamená, že počet excitovaných atómov alebo molekúl v pracovnej látke musí byť väčší ako prahová hodnota v závislosti od koeficientu odrazu výstupného zrkadla.

Pri konštrukcii laserov možno použiť nasledujúce typy pracovných kvapalín:

Kvapalina. Používa sa ako pracovná kvapalina napríklad v farbiacich laseroch. Zahŕňa: organické rozpúšťadlo(metanol, etanol alebo etylénglykol), v ktorých sú rozpustené chemické farbivá (kumarín alebo rodamín). Pracovná vlnová dĺžka kvapalinových laserov je určená konfiguráciou použitých molekúl farbiva.

Plyny. najmä oxid uhličitý, argón, kryptón alebo zmesi plynov, ako v hélium-neónových laseroch. „Pumpovanie“ energiou týchto laserov sa najčastejšie vykonáva pomocou elektrických výbojov.
Pevné látky (kryštály a sklá). Pevný materiál takýchto pracovných kvapalín sa aktivuje (dopuje) pridaním malého množstva iónov chrómu, neodýmu, erbia alebo titánu. Bežne používané kryštály sú ytrium-hliníkový granát, lítiumytriumfluorid, zafír (oxid hlinitý) a silikátové sklo. Pevné lasery sú zvyčajne „pumpované“ zábleskovou lampou alebo iným laserom.

Polovodiče. Materiál, v ktorom môže byť prechod elektrónov medzi energetickými hladinami sprevádzaný žiarením. Polovodičové lasery sú veľmi kompaktné a sú „pumpované“ elektrickým prúdom, čo umožňuje ich použitie v spotrebiteľských zariadeniach, ako sú CD prehrávače.

Na premenu zosilňovača na oscilátor je potrebné zorganizovať spätnú väzbu. V laseroch sa to dosiahne umiestnením účinnej látky medzi odrazové plochy (zrkadlá), čím sa vytvorí takzvaný „otvorený rezonátor“, pretože časť energie vyžarovanej účinnou látkou sa odráža od zrkadiel a opäť sa vracia do účinná látka

Laser využíva optické rezonátory rôzne druhy- s plochými zrkadlami, sférické, kombinácie plochých a sférických atď. V optických rezonátoroch, ktoré poskytujú spätnú väzbu v laseri, môžu byť vybudené iba určité typy kmitov elektromagnetického poľa, ktoré sa nazývajú prirodzené kmity alebo režimy rezonátora.

Módy sú charakterizované frekvenciou a tvarom, t.j. priestorovým rozložením vibrácií. V rezonátore s plochými zrkadlami sú prevažne excitované typy kmitov zodpovedajúce rovinným vlnám šíriacim sa pozdĺž osi rezonátora. Systém dvoch paralelných zrkadiel rezonuje len pri určitých frekvenciách – a v laseri hrá rolu aj oscilačný obvod v bežných nízkofrekvenčných generátoroch.

Použitie otvoreného rezonátora (a nie uzavretého - uzavretá kovová dutina - charakteristika mikrovlnného rozsahu) je zásadné, pretože v optickom rozsahu rezonátor s rozmermi L = ? (L je charakteristická veľkosť rezonátora, ? je vlnová dĺžka) sa jednoducho nedá vyrobiť a pri L >> ? uzavretý rezonátor stráca svoje rezonančné vlastnosti, keďže počet možné typy oscilácie sú také veľké, že sa prekrývajú.

Absencia bočných stien výrazne znižuje počet možných typov kmitov (módov) v dôsledku skutočnosti, že vlny šíriace sa pod uhlom k osi rezonátora rýchlo prekračujú jeho hranice a umožňuje zachovať rezonančné vlastnosti rezonátora pri L. >> ?. Rezonátor v laseri však poskytuje nielen spätnú väzbu tým, že vracia žiarenie odrazené od zrkadiel do aktívnej látky, ale určuje aj spektrum laserového žiarenia, jeho energetické charakteristiky a smer žiarenia.
V najjednoduchšej aproximácii rovinnej vlny je podmienkou rezonancie v rezonátore s plochými zrkadlami, aby sa po dĺžke rezonátora zmestil celý počet polvln: L=q(?/2) (q je celé číslo) , čo vedie k výrazu pre frekvenciu typu kmitania s indexom q: ?q=q(C/2L). Výsledkom je, že spektrum žiarenia svetla je spravidla súborom úzkych spektrálnych čiar, ktorých intervaly sú rovnaké a rovné c/2L. Počet čiar (komponentov) pre danú dĺžku L závisí od vlastností aktívneho prostredia, t.j. od spektra spontánnej emisie pri použitom kvantovom prechode a môže dosiahnuť niekoľko desiatok a stoviek. Za určitých podmienok sa ukazuje, že je možné izolovať jednu spektrálnu zložku, t.j. implementovať režim jednovidového lasovania. Spektrálna šírka každého komponentu je určená energetickými stratami v rezonátore a predovšetkým priepustnosťou a absorpciou svetla zrkadlami.

Frekvenčný profil zosilnenia v pracovnej látke (je určený šírkou a tvarom čiary pracovnej látky) a súborom vlastných frekvencií otvoreného rezonátora. Pri otvorených rezonátoroch s vysokým faktorom kvality používaným v laseroch je priepustné pásmo rezonátora ??p, ktoré určuje šírku rezonančných kriviek jednotlivých módov a dokonca aj vzdialenosť medzi susednými módmi ??h, menšie ako šírka čiary zisku. a dokonca aj v plynových laseroch, kde je rozšírenie čiary najmenšie. Preto do zosilňovacieho obvodu vstupuje niekoľko druhov kmitov rezonátora.

Laser teda nemusí nutne generovať na jednej frekvencii častejšie, naopak, ku generovaniu dochádza súčasne pri viacerých typoch kmitov, pre ktoré je zosilnenie? viac strát v rezonátore. Aby laser pracoval na jednej frekvencii (v jednofrekvenčnom režime), je spravidla potrebné prijať špeciálne opatrenia (napríklad zvýšiť straty, ako je znázornené na obrázku 3) alebo zmeniť vzdialenosť medzi zrkadlami. aby sa do obvodu zosilnenia dostal len jeden. Pretože v optike, ako je uvedené vyššie, ?h > ?p a generačná frekvencia v laseri je určená hlavne frekvenciou rezonátora, aby bola generačná frekvencia stabilná, je potrebné stabilizovať rezonátor. Takže ak zisk v pracovnej látke pokrýva straty v rezonátore pri určitých typoch kmitov, dochádza na nich ku generovaniu. Zárodkom jeho vzniku je ako v každom generátore hluk, ktorý v laseroch predstavuje spontánnu emisiu.
Aby aktívne médium emitovalo koherentné monochromatické svetlo, je potrebné zaviesť spätnú väzbu, t.j. časť svetelného toku emitovaného týmto médiom smeruje späť do média, aby sa vytvorila stimulovaná emisia. Pozitívny Spätná väzba sa vykonáva pomocou optických rezonátorov, čo sú v elementárnej verzii dve koaxiálne (paralelné a pozdĺž rovnakej osi) zrkadlá, z ktorých jedno je priesvitné a druhé je „hluché“, t.j. úplne odráža svetelný tok. Pracovná látka (aktívne médium), v ktorej sa vytvára inverzná populácia, je umiestnená medzi zrkadlá. Stimulované žiarenie prechádza aktívnym prostredím, je zosilnené, odrazené od zrkadla, opäť prechádza prostredím a ďalej sa zosilňuje. Cez priesvitné zrkadlo sa časť žiarenia vyžaruje do vonkajšieho prostredia a časť sa odráža späť do okolia a opäť sa zosilňuje. Za určitých podmienok sa tok fotónov vo vnútri pracovnej látky začne lavínovo zvyšovať a začne sa generovať monochromatické koherentné svetlo.

Princíp činnosti optického rezonátora, prevažujúci počet častíc pracovnej látky, reprezentovaný otvorenými kruhmi, je v základnom stave, t.j. na nižšej energetickej úrovni. Proste nie veľké množstvočastice, reprezentované tmavými kruhmi, sú v elektronicky excitovanom stave. Keď je pracovná látka vystavená čerpaciemu zdroju, väčšina častíc prejde do excitovaného stavu (počet tmavých kruhov sa zvýšil) a vytvorí sa inverzná populácia. Ďalej (obr. 2c) nastáva spontánna emisia niektorých častíc vyskytujúcich sa v elektronicky excitovanom stave. Žiarenie smerujúce pod uhlom k osi rezonátora opustí pracovnú látku a rezonátor. Žiarenie, ktoré smeruje pozdĺž osi rezonátora, sa priblíži zrkadlový povrch.

Pre priesvitné zrkadlo prejde časť žiarenia cez neho životné prostredie a jeho časť sa odrazí a opäť nasmeruje do pracovnej látky, pričom častice v excitovanom stave sa zapoja do procesu stimulovanej emisie.

Na „hluchom“ zrkadle sa celý tok žiarenia odrazí a opäť prejde cez pracovnú látku, pričom sa indukuje žiarenie zo všetkých zostávajúcich excitovaných častíc, čo odráža situáciu, keď všetky excitované častice odovzdali svoju nahromadenú energiu, a na výstupe rezonátor, na strane priesvitného zrkadla sa vytvoril silný tok indukovaného žiarenia.

Základné konštrukčné prvky lasery zahŕňajú pracovnú látku s určitými energetickými hladinami ich základných atómov a molekúl, zdroj pumpy, ktorý vytvára inverznú populáciu v pracovnej látke, a optický rezonátor. Existuje veľké množstvo rôznych laserov, ale všetky majú rovnaké a jednoduché schematický diagram zariadenie, ktoré je znázornené na obr. 3.

Výnimkou sú polovodičové lasery kvôli ich špecifickosti, pretože všetko je na nich špeciálne: fyzika procesov, čerpacie metódy a dizajn. Polovodiče sú kryštalické útvary. Energia elektrónu v jednotlivom atóme nadobúda prísne definované diskrétne hodnoty, a preto sú energetické stavy elektrónu v atóme opísané v reči úrovní. V polovodičovom kryštáli tvoria energetické hladiny energetické pásy. V čistom polovodiči, ktorý neobsahuje žiadne nečistoty, sú dva pásy: takzvaný valenčný pás a pás vodivosti umiestnený nad ním (na energetickej stupnici).

Medzi nimi je medzera zakázaných energetických hodnôt, ktorá sa nazýva bandgap. Pri teplote polovodiča rovnej absolútnej nule by mal byť valenčný pás úplne naplnený elektrónmi a vodivý pás by mal byť prázdny. V reálnych podmienkach je teplota vždy vyššia absolútna nula. Ale zvýšenie teploty vedie k tepelnej excitácii elektrónov, niektoré z nich preskočia z valenčného pásma do vodivého pásma.

V dôsledku tohto procesu sa vo vodivom pásme objaví určitý (relatívne malý) počet elektrónov a zodpovedajúci počet elektrónov bude vo valenčnom pásme chýbať, kým sa úplne nenaplní. Prázdne miesto elektrónov vo valenčnom pásme predstavuje kladne nabitá častica, ktorá sa nazýva diera. Kvantový prechod elektrónu cez pásovú medzeru zdola nahor sa považuje za proces generovania páru elektrón-diera s elektrónmi sústredenými na spodnom okraji vodivého pásma a otvormi na hornom okraji valenčného pásma. Prechody cez zakázanú zónu sú možné nielen zdola nahor, ale aj zhora nadol. Tento proces sa nazýva rekombinácia elektrón-diera.

Keď je čistý polovodič ožiarený svetlom, ktorého energia fotónu mierne presahuje zakázané pásmo, môžu v polovodičovom kryštáli nastať tri typy interakcie svetla s hmotou: absorpcia, spontánna emisia a stimulovaná emisia svetla. Prvý typ interakcie je možný, keď je fotón absorbovaný elektrónom umiestneným blízko horného okraja valenčného pásma. V tomto prípade bude energetická sila elektrónu dostatočná na prekonanie zakázaného pásma a kvantový prechod do vodivého pásma. Spontánna emisia svetla je možná, keď sa elektrón spontánne vráti z vodivého pásma do valenčného pásma s emisiou energetického kvanta - fotónu. Vonkajšie žiarenie môže iniciovať prechod do valenčného pásma elektrónu umiestneného blízko spodného okraja vodivého pásma. Výsledkom tohto tretieho typu interakcie svetla s polovodičovou látkou bude zrodenie sekundárneho fotónu, identického svojimi parametrami a smerom pohybu s fotónom, ktorý prechod inicioval.

Na generovanie laserového žiarenia je potrebné vytvoriť inverznú populáciu „pracovných úrovní“ v polovodiči – aby sa vytvorila dostatočne vysoká koncentrácia elektrónov na spodnom okraji vodivého pásma a zodpovedajúca vysoká koncentrácia otvorov na okraji vodivého pásma. valenčné pásmo. Na tieto účely sú čisté polovodičové lasery zvyčajne čerpané prúdom elektrónov.

Zrkadlá rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu. Nevýhodou takýchto laserov je, že mnohé polovodičové materiály generujú laserové žiarenie len pri veľmi vysokej úrovni nízke teploty a bombardovanie polovodičových kryštálov prúdom elektrónov spôsobuje jeho veľké zahrievanie. To si vyžaduje dodatočné chladiace zariadenia, čo komplikuje konštrukciu zariadenia a zväčšuje jeho rozmery.

Vlastnosti polovodičov s prímesami sa výrazne líšia od vlastností nečistých, čistých polovodičov. Je to spôsobené tým, že atómy niektorých nečistôt ľahko darujú jeden zo svojich elektrónov do vodivého pásma. Tieto nečistoty sa nazývajú donorové nečistoty a polovodič s takýmito nečistotami sa nazýva n-polovodič. Atómy iných nečistôt naopak zachytia jeden elektrón z valenčného pásma a takéto nečistoty sú akceptorom a polovodič s takýmito nečistotami je p-polovodič. Energetická hladina atómov nečistôt sa nachádza vo vnútri zakázaného pásma: pre n-polovodiče - blízko spodného okraja vodivého pásma, pre /-polovodiče - blízko horného okraja valenčného pásma.

Ak v tejto oblasti tvoríte elektrické napätie tak, že na strane p-polovodiča je kladný pól a na strane n-polovodiča je záporný, potom vplyvom elektrického poľa elektróny z n-polovodiča a diery z / ^-polovodič sa presunie (vstrekne) do oblasť p-n— prechod.

Keď sa elektróny a diery rekombinujú, budú emitované fotóny a v prítomnosti optického rezonátora sa môže generovať laserové žiarenie.

Zrkadlá optického rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu, orientované kolmo na rovinu pn prechodu. Takéto lasery sú miniatúrne, pretože veľkosť polovodičového aktívneho prvku môže byť približne 1 mm.

V závislosti od uvažovanej charakteristiky sú všetky lasery rozdelené nasledovne).

Prvý znak. Je zvykom rozlišovať medzi laserovými zosilňovačmi a generátormi. V zosilňovačoch sa na vstup privádza slabé laserové žiarenie a na výstupe sa príslušne zosilňuje. V generátoroch nie je žiadne vonkajšie žiarenie, vzniká v pracovnej látke jej budením pomocou rôznych čerpacích zdrojov. Všetky lekárske laserové zariadenia sú generátory.

Druhým znakom je fyzikálny stav pracovnej látky. V súlade s tým sa lasery delia na pevné (rubín, zafír atď.), plynové (hélium-neón, hélium-kadmium, argón, oxid uhličitý atď.), kvapalné (kvapalné dielektrikum s nečistotami pracujúcimi atómami vzácnych kovy zemín) a polovodičové (arzenid -gálium, fosfid arzenidu gália, selenid olovnatý atď.).

Metóda budenia pracovnej látky je treťou charakteristickou črtou laserov. V závislosti od zdroja budenia sa lasery rozlišujú: opticky čerpané, čerpané plynovým výbojom, elektronické budenie, vstrekovanie nosičov náboja, tepelne čerpané, chemicky čerpané a niektoré ďalšie.

Ďalším klasifikačným znakom je laserové emisné spektrum. Ak je žiarenie sústredené v úzkom rozsahu vlnových dĺžok, potom sa laser považuje za monochromatický a jeho technické údaje označujú špecifickú vlnovú dĺžku; ak je v širokom rozsahu, potom by sa laser mal považovať za širokopásmový a je uvedený rozsah vlnových dĺžok.

Na základe charakteru vyžarovanej energie sa rozlišujú pulzné lasery a lasery s kontinuálnym žiarením. Netreba si zamieňať pojmy pulzný laser a laser s frekvenčnou moduláciou kontinuálneho žiarenia, keďže v druhom prípade dostávame v podstate prerušované žiarenie rôznych frekvencií. Pulzné lasery majú vysoký výkon v jedinom pulze, dosahujúci 10 W, pričom ich priemerný pulzný výkon, určený zodpovedajúcimi vzorcami, je relatívne malý. Pre kontinuálne frekvenčne modulované lasery je výkon v takzvanom impulze nižší ako výkon kontinuálneho žiarenia.

Na základe priemerného výkonu žiarenia (ďalší klasifikačný znak) sa lasery delia na:

· vysokoenergetické (hustota toku generovaného výkonu žiarenia na povrchu objektu alebo biologického objektu je vyššia ako 10 W/cm2);

· stredná energia (hustota toku generovaného výkonu žiarenia - od 0,4 do 10 W/cm2);

· nízkoenergetický (hustota generovaného výkonu žiarenia je menšia ako 0,4 W/cm2).

· mäkké (generovaná energia ožiarenia - E alebo hustota toku energie na ožarovanom povrchu - do 4 mW/cm2);

· priemer (E - od 4 do 30 mW/cm2);

· tvrdý (E - viac ako 30 mW/cm2).

V súlade s " Sanitárne normy a pravidlá pre návrh a prevádzku laserov č. 5804-91“, podľa stupňa nebezpečenstva vznikajúceho žiarenia pre obsluhujúci personál sa lasery delia do štyroch tried.

Lasery prvej triedy zahŕňajú: technické zariadenia, ktorého výstupné kolimované (uzavreté v obmedzenom priestorovom uhle) žiarenie nepredstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní ľudských očí a kože.

Lasery druhej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným žiarením.

Lasery tretej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným, ako aj difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne reflexného povrchu a (alebo) pri ožarovaní pokožky priame a zrkadlovo odrazené žiarenie.

Lasery triedy 4 sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo, keď je pokožka ožarovaná difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne odrážajúceho povrchu.

Chceli ste niekedy vyrobiť skutočný laser? V skutočnosti to nie je také ťažké, ako by sa mohlo zdať. Všetko, čo potrebujete, je DVD mechanika a nejaké materiály.

Poďme zistiť, ako urobiť laser doma. Čo k tomu budete potrebovať?

• DVD mechanika s funkciou prepisovania;
• laserové ukazovátko;
• kolimátor na získanie rovnomerného lúča svetla;
• niekoľko skrutkovačov;
• kancelársky nôž;
• kovové nožnice;
• spájkovačka

Postup

Jednotku DVD rozoberieme a odstránime z nej horný panel. Zaujíma vás poloha vozňa, pretože tam sa nachádzajú sprievodcovia. Odskrutkujte skrutky a vyberte vozík. Nezabudnite odpojiť všetky konektory!

Začneme proces demontáže vozíka. Bude mať 2 diódy. Jedna slúži na čítanie, druhá na vypaľovanie stôp – je červená. Potrebujeme presne to druhé.

Zvyčajne je táto dióda priskrutkovaná k doske pomocou skrutiek, ktoré by sa mali opatrne odskrutkovať pomocou malého skrutkovača. Skontrolujte jeho funkčnosť pripojením k batérii. Opatrne vyberte diódu z puzdra. Vezmeme zakúpený kolimátor a rozoberieme ho. Vo vnútri je laserová dióda. Odstránime ho a na jeho miesto vložíme ten, ktorý bol odstránený z jednotky.

Na demontáž môžete použiť skrutkovač. Ak sa prvok stane tvrdohlavým, oplatí sa použiť ostrý nôž. Táto časť by sa mala odstrániť opatrne, pričom dávajte pozor, aby ste nepoškodili ostatné komponenty dosky.

Ďalším krokom je inštalácia diódy do krytu. Musí sa lepiť pomocou tepelne odolné lepidlo. Je dôležité ho nainštalovať v rovnakej polohe ako predchádzajúca. Vezmeme spájkovačku a pripájame drôty k prvku, pričom dodržiavame polaritu.

Teraz je čas spracovať laserové ukazovátko. Odskrutkujte veko a vyberte komponenty. Možno bude potrebné upraviť reflektor. Pomocou pilníka urobte jeho okraje hladké. Nezabudnite odstrániť plexisklo.

Vyberte batérie a vložte predtým zostavenú konštrukciu na miesto vysielača. Ďalej zostavíme laserové ukazovátko v opačnom poradí, ale bez použitia plastovej šošovky.

Dokončovacie úpravy

Teraz je potrebné vrátiť batérie na pôvodné miesto a skontrolovať vytvorené zariadenie. Nikdy nemierte laserom na seba, ľudí alebo zvieratá okolo vás. Nie je veľmi výkonný, ale ľahko roztopí igelitové vrecko alebo iný materiál podobnej hrúbky. Dĺžka lúča presiahne 100 m, s jeho pomocou môžete na túto vzdialenosť zapáliť zápalku.

Nie je ťažké zostaviť laser sami, špeciálne nástroje alebo na to nie sú potrebné veci. Je dôležité nezabudnúť na to ako na hračku táto vec nepoužiteľné. Je nebezpečné nasmerovať ho na zrkadlá alebo iné reflexné povrchy. Ak radi experimentujete, tak toto skvelý spôsob vytvoriť zaujímavú vec.

Slovo „laser“ alebo „laser“ je skratka pre „zosilnenie svetla stimulovanou emisiou žiarenia“. V ruštine: - „zosilnenie svetla stimulovanou emisiou“ alebo optický kvantový generátor. Prvý laser, ktorý používal ako rezonátor strieborný rubínový valec, bol vyvinutý v roku 1960 v Hughes Research Laboratories v Kalifornii. .Dnes sa lasery používajú na rôzne účely, od merania rôznych veličín až po čítanie zakódovaných údajov. Existuje niekoľko spôsobov, ako vyrobiť laser, v závislosti od vášho rozpočtu a schopností.

Kroky

Časť 1

Pochopenie toho, ako funguje laser

Laser potrebuje na svoju činnosť zdroj energie. Lasery fungujú tak, že vzrušujú elektróny v aktívnom médiu lasera s vonkajším zdrojom energie a stimulujú ich, aby vyžarovali svetlo špecifickej vlnovej dĺžky. Tento proces prvýkrát navrhol v roku 1917 Albert Einstein. Aby elektróny (v atómoch aktívneho prostredia lasera) mohli vyžarovať svetlo, musia najprv absorbovať energiu pohybom na vyššiu obežnú dráhu a potom túto energiu uvoľniť vo forme častice svetla pri návrate do pôvodnej polohy. obežná dráha. Tento spôsob zavádzania energie do aktívneho média lasera sa nazýva „pumpovanie“.

Kanálový prechod energie cez aktívne (zosilňujúce) médium. Zosilňovacie médium alebo aktívne laserové médium zvyšuje intenzitu svetla v dôsledku indukovaného (stimulovaného) žiarenia emitovaného elektrónmi. Zosilňujúcim médiom môže byť ktorákoľvek z nasledujúcich štruktúr alebo látok:

Inštalácia zrkadiel na zachytenie svetla vo vnútri lasera. Zrkadlá alebo rezonátory udržujú svetlo vo vnútri pracovná komora laserom, kým sa nenaakumuluje požadovaná úroveň energie pre žiarenie malá diera v jednom zo zrkadiel alebo cez šošovku.

• Najjednoduchší rezonátor alebo "lineárny rezonátor" používa dve zrkadlá umiestnené na protiľahlé strany laserová pracovná komora generujúca jeden výstupný lúč.
• Zložitejší "kruhový rezonátor" používa tri alebo viac zrkadiel. Môže generovať viac lúčov alebo jeden lúč pomocou optického izolátora.

1. Použitie zaostrovacej šošovky na nasmerovanie svetla cez zosilňujúce médium. Spolu so zrkadlami šošovka pomáha sústrediť a nasmerovať svetlo tak, aby zosilňujúce médium dostalo čo najviac svetla.

   Časť 2

   Stavba lasera

   Prvý spôsob: Výroba lasera zo súpravy

   1. Nákup. Môžete si ho kúpiť v obchode s elektronikou alebo online „laser kit“, „laser kit“, „ laserový modul" alebo "laserová dióda". Laserová súprava musí obsahovať:

      • Okruh vodiča. Niekedy sa predávajú oddelene od ostatných komponentov. Vyberte obvod ovládača, ktorý vám umožní regulovať prúd.
      • Laserová dióda.
      • Regulačná šošovka môže byť vyrobená zo skla alebo plastu. Typicky sú dióda a šošovka zostavené dohromady v malej trubici. Tieto komponenty sa niekedy predávajú samostatne bez ovládača.

   2. Zostavenie obvodu vodiča. Mnoho laserových súprav sa predáva s nezmontovaným ovládačom. Tieto súpravy zahŕňajú vytlačená obvodová doska a príslušné časti a musíte ich prispájkovať podľa priloženej schémy. Niektoré súpravy môžu mať zostavený ovládač.

      Pripojte riadiacu jednotku k laserovej dióde. Ak máte digitálny multimeter, môžete ho pridať do obvodu diódy na sledovanie prúdu. Väčšina laserových diód má prúd v rozsahu od 30 do 250 miliampérov (mA). Dostatočný bude prúdový rozsah 100 až 150 mA výkonný lúč.

      • Môžete použiť väčší prúd na laserovú diódu, aby ste vytvorili silnejší lúč, ale dodatočný prúd skráti životnosť alebo dokonca spáli diódu.

   3. Pripojte napájací zdroj alebo batériu k obvodu ovládača. Laserová dióda by mala jasne svietiť.

   4. Otočením šošovky zaostrite laserový lúč. Nasmerujte ho na stenu a zaostrujte, kým sa neobjaví pekný jasný bod.

      • Po nastavení šošovky týmto spôsobom umiestnite zápalku na čiaru lúča a otáčajte šošovkou, kým neuvidíte, že hlavička zápalky začína dymiť. Môžete tiež skúsiť prasknúť Balóny alebo vypáliť diery do papiera.

   Metóda dva: Zostrojenie diódového lasera zo starej jednotky DVD alebo Blu-Ray

   1. Vezmite si starý DVD alebo Blu-Ray rekordér alebo mechaniku. Vyberte si zariadenia s rýchlosťou zápisu 16x alebo vyššou. Tieto zariadenia majú laserové diódy s výstupným výkonom 150 mW alebo viac.

      • DVD mechanika má červenú laserovú diódu s vlnovou dĺžkou 650 nm.
      • Blu-Ray mechanika má modrú laserovú diódu s vlnovou dĺžkou 405nm.
      • Jednotka DVD musí stačiť dobrý stav napaľovať disky, aj keď nie nevyhnutne úspešne. Inými slovami, jeho dióda musí byť dobrá.
      • Nepokúšajte sa použiť DVD čítačku alebo CD čítačku a napaľovačku namiesto DVD napaľovačky. DVD čítačka má červenú diódu, ale nie je taká výkonná ako napaľovačka DVD. Laserová dióda v napaľovačke CD je pomerne výkonná, ale vyžaruje svetlo v infračervenom rozsahu a získate lúč, ktorý je pre oko neviditeľný.

   2. Odstránenie laserovej diódy z mechaniky. Prevráťte pohon dno hore. Uvidíte skrutky, ktoré bude potrebné odstrániť, než budete môcť oddeliť mechanizmus pohonu a vytiahnuť diódu.

      • Po rozobraní disku uvidíte dvojicu kovových vodidiel, ktoré sú pripevnené skrutkami. Podporujú laserovú súpravu. Odskrutkujte vodidlá, aby ste ich odstránili. Odstráňte laserovú súpravu.
      • Laserová dióda je menšia ako cent. Má tri kovové kontakty vo forme nožičiek. Možno umiestniť do kovovej škrupiny s ochranou priehľadné okno alebo bez okna, alebo možno ničím nezavreté.
      • Musíte vytiahnuť diódu z laserovej hlavy. Pred odstránením diódy môže byť jednoduchšie najskôr odstrániť chladič zo zostavy. Ak máte antistatický remienok na zápästie, použite ho pri odstraňovaní diódy.
      • S laserovou diódou zaobchádzajte opatrne, najmä ak ide o nechránenú diódu. Ak máte antistatickú nádobu, umiestnite do nej diódu, kým nezačnete zostavovať laser.

   3. Pripravte zaostrovaciu šošovku. Aby ste ju mohli použiť ako laser, budete musieť prejsť lúč z diódy cez zaostrovaciu šošovku. Môžete to urobiť jedným z dvoch spôsobov:

      • Použitie lupy ako zaostrovacej šošovky. Nájdite otočením objektívu Správne miesto na vytvorenie zaostreného laserového lúča. V prípade potreby sa to bude musieť vykonať vždy pred použitím lasera.
      • Kúpte si laserovú diódu s nízkym výkonom, napríklad 5 mW laserovú diódu s kompletnou šošovkou a trubicou. Potom ju vymeňte za laserovú diódu z DVD napaľovačky.