Šiandien kalbėsime apie tai, kaip savo rankomis iš laužo pasigaminti galingą žalią arba mėlyną lazerį namuose. Taip pat atsižvelgsime į brėžinius, diagramas ir savadarbių lazerinių rodyklių su uždegimo spinduliu ir atstumo iki 20 km dizainą.

Lazerinio įrenginio pagrindas – optinis kvantinis generatorius, kuris, naudodamas elektros, šiluminę, cheminę ar kitokią energiją, gamina lazerio spindulys.

Lazerio veikimas pagrįstas priverstinės (sukeliamosios) spinduliuotės reiškiniu. Lazerio spinduliavimas gali būti nuolatinis, pastovios galios arba impulsinis, pasiekiantis itin dideles didžiausias galias. Reiškinio esmė ta, kad sužadintas atomas gali išspinduliuoti fotoną veikiamas kito fotono jo nesugerdamas, jei pastarojo energija lygi atomo lygių energijų skirtumui prieš ir po fotono. radiacija. Šiuo atveju skleidžiamas fotonas yra koherentiškas su fotonu, kuris sukėlė spinduliuotę, tai yra, tai yra tiksli jo kopija. Tokiu būdu šviesa sustiprinama. Šis reiškinys skiriasi nuo spontaninės spinduliuotės, kai skleidžiami fotonai turi atsitiktines sklidimo kryptis, poliarizaciją ir fazę
Tikimybė, kad atsitiktinis fotonas sukels stimuliuojamą sužadinto atomo emisiją, yra lygiai lygi tikimybei, kad nesužadintos būsenos atomas sugers šį fotoną. Todėl norint sustiprinti šviesą, reikia, kad terpėje būtų daugiau sužadintų atomų nei nesužadintų. Pusiausvyros būsenoje ši sąlyga netenkinama, todėl naudojame įvairios sistemos lazerio aktyviosios terpės siurbimas (optinė, elektrinė, cheminė ir kt.). Kai kuriose schemose lazerio darbo elementas naudojamas kaip optinis stiprintuvas spinduliavimui iš kito šaltinio.

Kvantiniame generatoriuje nėra išorinio fotonų srauto, naudojant jį sukuriama atvirkštinė populiacija įvairių šaltinių siurbimas. Priklausomai nuo šaltinių yra įvairių būdų siurbimas:
optinė - galinga blykstės lempa;
dujų išleidimas darbinėje medžiagoje (aktyviojoje terpėje);
srovės nešiklių įpurškimas (perdavimas) puslaidininkyje zonoje
p-n perėjimai;
elektroninis sužadinimas (grynojo puslaidininkio švitinimas vakuume elektronų srautu);
terminis (dujų šildymas ir greitas aušinimas;
cheminis (energijos naudojimas cheminės reakcijos) ir kai kurie kiti.

Pirminis generacijos šaltinis yra savaiminės emisijos procesas, todėl norint užtikrinti fotonų kartų tęstinumą, būtinas teigiamas grįžtamasis ryšys, dėl kurio skleidžiami fotonai sukelia vėlesnius sukeltos emisijos aktus. Norėdami tai padaryti, lazerio aktyvioji terpė dedama į optinę ertmę. Paprasčiausiu atveju jis susideda iš dviejų veidrodžių, iš kurių vienas yra permatomas – per jį lazerio spindulys dalinai išeina iš rezonatoriaus.

Atsispindėdamas nuo veidrodžių, spinduliuotės spindulys pakartotinai praeina per rezonatorių, sukeldamas jame indukuotus perėjimus. Spinduliuotė gali būti nuolatinė arba impulsinė. Tuo pačiu metu naudojant įvairių įrenginių Norint greitai išjungti ir įjungti grįžtamąjį ryšį ir taip sumažinti impulsų periodą, galima sudaryti sąlygas generuoti labai didelės galios spinduliuotę – tai yra vadinamieji milžiniški impulsai. Šis lazerio veikimo režimas vadinamas Q perjungimo režimu.
Lazerio spindulys yra nuoseklus, monochrominis, poliarizuotas, siaurai nukreiptas šviesos srautas. Žodžiu, tai šviesos spindulys, skleidžiamas ne tik sinchroninių šaltinių, bet ir labai siaurame diapazone, ir kryptingai. Itin koncentruotas šviesos srautas.

Lazerio generuojama spinduliuotė yra monochromatinė, tam tikro bangos ilgio fotono emisijos tikimybė yra didesnė nei arti esančio fotono, susijusio su spektrinės linijos išsiplėtimu, taip pat yra indukuotų perėjimų tokiu dažniu tikimybė. maksimalus. Todėl palaipsniui generavimo proceso metu tam tikro bangos ilgio fotonai dominuos prieš visus kitus fotonus. Be to, dėl specialaus veidrodžių išdėstymo lazerio spindulyje išlaikomi tik tie fotonai, kurie sklinda lygiagrečia rezonatoriaus optinei ašiai nedideliu atstumu nuo jo. Taigi lazerio spindulys turi labai mažą nukrypimo kampą. Galiausiai lazerio spindulys turi griežtai apibrėžtą poliarizaciją. Norėdami tai padaryti, į rezonatorių įvedami įvairūs poliarizatoriai, pavyzdžiui, tai gali būti plokščios stiklo plokštės, sumontuotos Brewster kampu lazerio spindulio sklidimo kryptimi.

Lazerio darbinis bangos ilgis, kaip ir kitos savybės, priklauso nuo to, koks darbinis skystis naudojamas lazeryje. Darbinis skystis „siurbiamas“ energija, kad būtų gautas elektronų populiacijos inversijos efektas, kuris sukelia stimuliuojamą fotonų emisiją ir optinio stiprinimo efektą. Paprasčiausia forma Optinis rezonatorius susideda iš dviejų lygiagrečių veidrodžių (jų taip pat gali būti keturi ar daugiau), esančių aplink lazerio darbinį skystį. Stimuliuota darbinio skysčio spinduliuotė atsispindi veidrodžių ir vėl sustiprinama. Iki to momento, kai ji pasirodo, banga gali daug kartų atsispindėti.

Taigi, trumpai suformuluokime sąlygas, būtinas koherentinės šviesos šaltiniui sukurti:

jums reikia darbinės medžiagos su apversta populiacija. Tik tada šviesos stiprinimas gali būti pasiektas naudojant priverstinius perėjimus;
darbinė medžiaga turėtų būti dedama tarp veidrodžių, kurie suteikia grįžtamąjį ryšį;
darbinės medžiagos suteikiamas padidėjimas, o tai reiškia, kad sužadintų atomų arba molekulių skaičius darbinėje medžiagoje turi būti didesnis nei slenkstis, priklausantis nuo išėjimo veidrodžio atspindžio.

Projektuojant lazerius galima naudoti šių tipų darbinius skysčius:

Skystis. Jis naudojamas kaip darbinis skystis, pavyzdžiui, dažų lazeriuose. Į kompoziciją įeina organinis tirpiklis (metanolis, etanolis arba etilenglikolis), kuriame ištirpinami cheminiai dažikliai (kumarinas arba rodaminas). Skystų lazerių veikimo bangos ilgis nustatomas pagal naudojamų dažų molekulių konfigūraciją.

Dujos. Visų pirma, anglies dvideginio, argono, kriptono ar dujų mišiniai, kaip helio-neono lazeriuose. „Siurbimas“ šių lazerių energija dažniausiai atliekamas naudojant elektros išlydžius.
Kietosios medžiagos (kristalai ir stiklai). Tokių darbinių skysčių kieta medžiaga aktyvuojama (legiruojama) pridedant nedidelį kiekį chromo, neodimio, erbio ar titano jonų. Dažniausiai naudojami kristalai yra: itrio aliuminio granatas, ličio itrio fluoridas, safyras (aliuminio oksidas) ir silikatinis stiklas. Kietojo kūno lazeriai dažniausiai yra „pumpuojami“ blykstės lempa ar kitu lazeriu.

Puslaidininkiai. Medžiaga, kurioje elektronų perėjimą tarp energijos lygių gali lydėti spinduliuotė. Puslaidininkiniai lazeriai yra labai kompaktiški ir „siurbiami“ elektros šokas, kuri leidžia juos naudoti buitiniai prietaisai, pvz., CD grotuvai.

Norint paversti stiprintuvą osciliatoriumi, būtina organizuoti grįžtamąjį ryšį. Lazeriuose tai pasiekiama dedant veikliąją medžiagą tarp atspindinčių paviršių (veidrodžių), suformuojant vadinamąjį „atvirą rezonatorių“ dėl to, kad dalis veikliosios medžiagos skleidžiamos energijos atsispindi nuo veidrodžių ir vėl grįžta į veiklioji medžiaga

Lazeryje naudojami optiniai rezonatoriai įvairių tipų- su plokščiais veidrodžiais, sferiniai, plokščių ir sferinių deriniai ir tt Optiniuose rezonatoriuose, kurie suteikia grįžtamąjį ryšį Lazeryje, gali būti sužadinami tik tam tikros rūšies virpesiai elektromagnetinis laukas, kurie vadinami natūraliais svyravimais arba rezonatoriaus režimais.

Režimai pasižymi dažniu ir forma, t.y., erdviniu vibracijų pasiskirstymu. Rezonatoriuje su plokščiais veidrodžiais daugiausia sužadinami virpesių tipai, atitinkantys plokštumines bangas, sklindančias išilgai rezonatoriaus ašies. Dviejų lygiagrečių veidrodžių sistema rezonuoja tik tam tikrais dažniais, o lazeryje taip pat atlieka tą vaidmenį, kurį įprastuose žemo dažnio generatoriuose atlieka virpesių grandinė.

Labai svarbu naudoti atvirą rezonatorių (o ne uždarą - uždarą metalinę ertmę - būdingą mikrobangų diapazonui), nes optiniame diapazone rezonatorius, kurio matmenys L = ? (L yra būdingas rezonatoriaus dydis, ? yra bangos ilgis) tiesiog negali būti pagamintas, o esant L >> ? uždaras rezonatorius praranda savo rezonansines savybes, nes skaičius galimi tipai svyravimai tampa tokie dideli, kad persidengia.

Šoninių sienelių nebuvimas žymiai sumažina galimų virpesių tipų (režimų) skaičių dėl to, kad bangos, sklindančios kampu į rezonatoriaus ašį, greitai peržengia jos ribas ir leidžia išlaikyti rezonansines rezonatoriaus savybes ties L >> ?. Tačiau lazeryje esantis rezonatorius ne tik suteikia grįžtamąjį ryšį grąžindamas nuo veidrodžių atsispindėjusią spinduliuotę į veikliąją medžiagą, bet ir nustato lazerio spinduliuotės spektrą, jo energetines charakteristikas, spinduliavimo kryptį.
Paprasčiausiu aproksimavimu plokštumos banga rezonanso sąlyga rezonatoriuje su plokščiais veidrodžiais yra tokia, kad sveikasis pusbangių skaičius telpa išilgai rezonatoriaus ilgio: L=q(?/2) (q yra sveikas skaičius), todėl gaunama dažnio išraiška svyravimo tipas su indeksu q: ?q= q(C/2L). Dėl to šviesos spinduliavimo spektras, kaip taisyklė, yra siaurų spektro linijų rinkinys, kurių intervalai yra identiški ir lygūs c/2L. Linijų (komponentų) skaičius tam tikram ilgiui L priklauso nuo aktyviosios terpės savybių, t.y. nuo spontaniškos emisijos spektro naudojamo kvantinio perėjimo metu ir gali siekti kelias dešimtis ir šimtus. Tam tikromis sąlygomis pasirodo, kad įmanoma išskirti vieną spektrinį komponentą, t.y., įgyvendinti vienmodį lazerinį režimą. Kiekvieno komponento spektrinį plotį lemia energijos nuostoliai rezonatoriuje ir, visų pirma, šviesos pralaidumas ir sugertis veidrodžiais.

Darbinės medžiagos stiprinimo dažnio profilis (jis nustatomas pagal darbinės medžiagos linijos plotį ir formą) ir atvirojo rezonatoriaus natūraliųjų dažnių rinkinys. Atviriems rezonatoriams su aukštu kokybės koeficientu, naudojamu lazeriuose, rezonatoriaus pralaidumas ??p, lemiantis atskirų režimų rezonanso kreivių plotį, ir net atstumas tarp gretimų režimų ??h pasirodo mažesnis už stiprinimo linijos plotį. ??h, ir net dujiniuose lazeriuose, kur linijos išplėtimas yra mažiausias. Todėl į stiprinimo grandinę patenka kelių tipų rezonatoriaus virpesiai.

Taigi lazeris nebūtinai generuoja vienu dažniu, priešingai, generuojama vienu metu esant kelių tipų svyravimams, kuriems stiprinimas? daugiau nuostolių rezonatoriuje. Norint, kad lazeris veiktų vienu dažniu (vieno dažnio režimu), paprastai reikia imtis specialių priemonių (pavyzdžiui, padidinti nuostolius, kaip parodyta 3 pav.) arba pakeisti atstumą tarp veidrodžių. kad tik vienas patektų į stiprinimo grandinę. Kadangi optikoje, kaip pažymėta aukščiau, ?h > ?p, o generavimo dažnį lazeryje daugiausia lemia rezonatoriaus dažnis, tai norint, kad generavimo dažnis būtų stabilus, būtina stabilizuoti rezonatorių. Taigi, jei darbinės medžiagos padidėjimas padengia nuostolius rezonatoriuje dėl tam tikrų tipų virpesių, jie generuojasi. Jo atsiradimo priežastis, kaip ir bet kuriame generatoriuje, yra triukšmas, kuris reiškia spontanišką lazerių spinduliavimą.
Tam, kad aktyvioji terpė skleistų koherentinę monochromatinę šviesą, būtina įvesti grįžtamąjį ryšį, t.y., dalis šios terpės skleidžiamo šviesos srauto nukreipiama atgal į terpę, kad būtų sukurta stimuliuojama emisija. Teigiamas atsiliepimai atliekama naudojant optinius rezonatorius, kurie elementariame variante yra du bendraašiai (lygiagrečiai ir išilgai tos pačios ašies) veidrodžiai, iš kurių vienas yra permatomas, o kitas yra „kurčias“, t.y. visiškai atspindi šviesos srautą. Darbinė medžiaga (aktyvioji terpė), kurioje sukuriama atvirkštinė populiacija, dedama tarp veidrodžių. Stimuliuota spinduliuotė praeina per aktyviąją terpę, sustiprėja, atsispindi nuo veidrodžio, vėl praeina pro terpę ir dar stiprėja. Per permatomą veidrodį dalis spinduliuotės išspinduliuojama į išorinę aplinką, o dalis atsispindi atgal į terpę ir vėl sustiprinama. Tam tikromis sąlygomis fotonų srautas darbinės medžiagos viduje ims didėti kaip lavina ir prasidės monochromatinės koherentinės šviesos generavimas.

Optinio rezonatoriaus veikimo principas, vyraujantis darbinės medžiagos dalelių skaičius, pavaizduotas atvirais apskritimais, yra pagrindinės būsenos, ty žemesnio energijos lygio. Tik Ne didelis skaičius dalelės, pavaizduotos tamsiais apskritimais, yra elektroniniu būdu sužadintos. Kai darbinė medžiaga yra veikiama siurbimo šaltinio, dauguma dalelių pereina į sužadinimo būseną (padidėjo tamsių ratų skaičius) ir susidaro atvirkštinė populiacija. Toliau (2c pav.) įvyksta spontaniška kai kurių dalelių, vykstančių elektroniniu būdu sužadintos būsenos, emisija. Spinduliuotė, nukreipta kampu į rezonatoriaus ašį, paliks darbinę medžiagą ir rezonatorių. Priartės spinduliuotė, nukreipta išilgai rezonatoriaus ašies veidrodinis paviršius.

Jei tai permatomas veidrodis, dalis spinduliuotės pateks pro jį aplinką, o dalis jos bus atspindėta ir vėl nukreipta į darbinę medžiagą, įtraukiant sužadintos būsenos daleles į stimuliuojamos emisijos procesą.

Prie „kurčio“ veidrodžio visas spindulio srautas atsispindės ir vėl praeis per darbinę medžiagą, sukeldamas visų likusių sužadintų dalelių spinduliuotę, kuri atspindi situaciją, kai visos sužadintos dalelės atsisakė sukauptos energijos, o išėjimo metu. rezonatorius, permatomo veidrodžio šone, susidarė galingas indukuotos spinduliuotės srautas.

Pagrindinis konstrukciniai elementai lazeriai apima darbinę medžiagą su tam tikrais juos sudarančių atomų ir molekulių energijos lygiais, siurblio šaltinį, sukuriantį atvirkštinę darbinės medžiagos populiaciją, ir optinį rezonatorių. Yra daugybė skirtingų lazerių, tačiau jie visi yra vienodi ir paprasti schematinė schema prietaisas, kuris parodytas fig. 3.

Išimtis yra puslaidininkiniai lazeriai dėl savo specifikos, nes viskas apie juos yra ypatinga: procesų fizika, siurbimo metodai ir dizainas. Puslaidininkiai yra kristaliniai dariniai. Atskirame atome elektronų energija įgauna griežtai apibrėžtas atskiras reikšmes, taigi energetinės būsenos elektronai atome aprašomi lygių kalba. Puslaidininkiniame kristale energijos lygiai sudaro energijos juostas. Gryname puslaidininkyje, kuriame nėra jokių priemaišų, yra dvi juostos: vadinamoji valentinė juosta ir virš jos esanti laidumo juosta (energijos skalėje).

Tarp jų yra draudžiamų energetinių verčių tarpas, vadinamas juostos tarpa. Esant puslaidininkio temperatūrai, lygiai absoliučiam nuliui, valentinė juosta turi būti visiškai užpildyta elektronais, o laidumo juosta turi būti tuščia. Realiomis sąlygomis temperatūra visada viršija absoliutų nulį. Tačiau temperatūros padidėjimas sukelia terminį elektronų sužadinimą, kai kurie iš jų peršoka iš valentinės juostos į laidumo juostą.

Dėl šio proceso laidumo juostoje atsiranda tam tikras (santykinai mažas) elektronų skaičius, o valentingoje juostoje trūks atitinkamo elektronų skaičiaus, kol ji visiškai neužsipildys. Elektronų laisvą vietą valentinėje juostoje vaizduoja teigiamai įkrauta dalelė, kuri vadinama skyle. Kvantinis elektrono perėjimas per juostos tarpą iš apačios į viršų yra laikomas elektronų ir skylių poros generavimo procesu, kai elektronai koncentruojasi apatiniame laidumo juostos krašte, o skylės - viršutiniame valentinės juostos krašte. Perėjimai per draudžiamą zoną galimi ne tik iš apačios į viršų, bet ir iš viršaus į apačią. Šis procesas vadinamas elektronų skylių rekombinacija.

Kai grynas puslaidininkis apšvitinamas šviesa, kurios fotono energija šiek tiek viršija juostos tarpą, puslaidininkio kristale gali atsirasti trijų tipų šviesos sąveika su medžiaga: absorbcija, spontaniška emisija ir stimuliuojama šviesos emisija. Pirmasis sąveikos tipas yra įmanomas, kai fotoną sugeria elektronas, esantis šalia viršutinio valentinės juostos krašto. Tokiu atveju elektrono energijos galios pakaks įveikti juostos tarpą, ir jis atliks kvantinį perėjimą į laidumo juostą. Spontaniška šviesos emisija galima, kai elektronas spontaniškai grįžta iš laidumo juostos į valentinę juostą, išspindėdamas energijos kvantą – fotoną. Išorinė spinduliuotė gali inicijuoti perėjimą į elektrono, esančio netoli apatinio laidumo juostos krašto, valentinės juostos. Šio trečiojo tipo šviesos sąveikos su puslaidininkine medžiaga rezultatas bus antrinio fotono gimimas, identiškas savo parametrais ir judėjimo kryptimi fotonui, kuris inicijavo perėjimą.

Norint generuoti lazerio spinduliuotę, puslaidininkyje reikia sukurti atvirkštinę „darbinių lygių“ populiaciją – sukurti pakankamai didelę elektronų koncentraciją apatiniame laidumo juostos krašte ir atitinkamai didelę skylių koncentraciją laidumo juostos krašte. valentinė juosta. Šiems tikslams švariai puslaidininkiniai lazeriai dažniausiai naudojamas siurbimas elektronų srautu.

Rezonatoriaus veidrodžiai yra poliruoti puslaidininkinio kristalo kraštai. Tokių lazerių trūkumas yra tas, kad susidaro daug puslaidininkinių medžiagų lazerio spinduliuotė tik su labai žemos temperatūros, o puslaidininkinių kristalų bombardavimas elektronų srautu jį labai įkaista. Tam reikalingi papildomi aušinimo įrenginiai, o tai apsunkina įrenginio konstrukciją ir padidina jo matmenis.

Puslaidininkių, turinčių priemaišų, savybės gerokai skiriasi nuo priemaišų, grynųjų puslaidininkių savybių. Taip yra dėl to, kad kai kurių priemaišų atomai lengvai atiduoda vieną iš savo elektronų laidumo juostai. Šios priemaišos vadinamos donorinėmis priemaišomis, o puslaidininkis su tokiomis priemaišomis vadinamas n-puslaidininkiu. Kitų priemaišų atomai, priešingai, paima vieną elektroną iš valentinės juostos, ir tokios priemaišos yra akceptorius, o puslaidininkis su tokiomis priemaišomis yra p-puslaidininkis. Priemaišų atomų energijos lygis yra juostos tarpo viduje: n-puslaidininkiams - šalia apatinio laidumo juostos krašto, /-puslaidininkiams - šalia viršutinio valentinės juostos krašto.

Jei šioje srityje kuriate elektros įtampa kad p-puslaidininkio šone būtų teigiamas polius, o n-puslaidininkio - neigiamas, tada veikiami elektrinio lauko elektronai iš n-puslaidininkio ir skylės iš / ^-puslaidininkis pajudės (įpurškiamas). plotas p-n- perėjimas.

Kai elektronai ir skylės rekombinuojasi, bus išspinduliuojami fotonai, o esant optiniam rezonatoriui gali būti generuojama lazerio spinduliuotė.

Optinio rezonatoriaus veidrodžiai yra poliruoti puslaidininkinio kristalo kraštai, orientuoti statmenai p-n plokštuma- perėjimas. Tokie lazeriai yra miniatiūriniai, nes puslaidininkinio aktyviojo elemento dydis gali būti apie 1 mm.

Priklausomai nuo nagrinėjamos savybės, visi lazeriai skirstomi taip).

Pirmas ženklas. Įprasta atskirti lazerinius stiprintuvus ir generatorius. Stiprintuvuose į įvestį tiekiama silpna lazerio spinduliuotė, kuri atitinkamai sustiprinama išėjime. Generatoriuose nėra išorinės spinduliuotės, kuri atsiranda darbinėje medžiagoje dėl jos sužadinimo naudojant įvairius siurblio šaltinius. Visi medicininiai lazeriniai prietaisai yra generatoriai.

Antrasis ženklas - fizinę būklę darbinė medžiaga. Pagal tai lazeriai skirstomi į kietojo kūno (rubino, safyro ir kt.), dujinius (helio-neono, helio-kadmio, argono, anglies dioksido ir kt.), skystuosius (skystas dielektrikas su retų priemaišų darbiniais atomais). žemės metalai) ir puslaidininkiai (arsenidas -galis, galio arsenido fosfidas, švino selenidas ir kt.).

Darbinės medžiagos sužadinimo metodas yra trečiasis skiriamasis ženklas lazeriai. Priklausomai nuo sužadinimo šaltinio, išskiriami lazeriai: optiškai siurbiami, pumpuojami dujų išlydžiu, elektroninis žadinimas, įpurškimas krūvininkų, termiškai pumpuojami, chemiškai pumpuojami ir kai kurie kiti.

Lazerio emisijos spektras yra kita klasifikavimo funkcija. Jeigu spinduliuotė sutelkta siaurame bangos ilgių diapazone, tai lazeris laikomas monochromatiniu ir jo techniniai duomenys nurodo konkretų bangos ilgį; jei platus diapazonas, tada lazeris turėtų būti laikomas plačiajuosčiu ir nurodomas bangos ilgio diapazonas.

Pagal skleidžiamos energijos pobūdį išskiriami impulsiniai lazeriai ir nuolatinės spinduliuotės lazeriai. Nereikėtų painioti impulsinio lazerio ir nuolatinio spinduliavimo dažnio moduliavimo lazerio sąvokų, nes antruoju atveju iš esmės gauname įvairaus dažnio spinduliuotę. Impulsiniai lazeriai turi didelę vieno impulso galią, siekiančią 10 W, o jų vidutinė impulsų galia, nustatyta pagal atitinkamas formules, yra palyginti maža. Nepertraukiamo dažnio moduliuojamų lazerių atveju vadinamojo impulso galia yra mažesnė nei nuolatinės spinduliuotės galia.

Remiantis vidutine išėjimo spinduliuotės galia ( kitas ženklas klasifikacija) lazeriai skirstomi į:

· didelės energijos (sukuriamos spinduliuotės galios srauto tankis objekto ar biologinio objekto paviršiuje didesnis kaip 10 W/cm2);

· vidutinės energijos (generuojamos spinduliuotės galios srauto tankis - nuo 0,4 iki 10 W/cm2);

· mažos energijos (generuojamos spinduliuotės galios srauto tankis mažesnis nei 0,4 W/cm2).

· minkštas (generuojamos energijos apšvitinimas - E arba galios srauto tankis apšvitinamame paviršiuje - iki 4 mW/cm2);

· vidutinis (E - nuo 4 iki 30 mW/cm2);

· kietas (E – daugiau nei 30 mW/cm2).

pagal " Sanitariniai standartai ir lazerių projektavimo ir eksploatavimo taisyklės Nr.5804-91“, pagal sukuriamos spinduliuotės pavojingumo laipsnį eksploatuojančiam personalui lazeriai skirstomi į keturias klases.

Pirmos klasės lazeriai apima: techniniai prietaisai, kurio kolimuota (uždaryta ribotu erdviniu kampu) spinduliuotė nekelia pavojaus švitinant žmogaus akis ir odą.

Antros klasės lazeriai – tai įrenginiai, kurių išėjimo spinduliuotė kelia pavojų, kai akis apšvitina tiesiogine ir veidrodiškai atspindėta spinduliuote.

Trečiosios klasės lazeriai – tai prietaisai, kurių išėjimo spinduliuotė kelia pavojų, kai akis apšvitina tiesioginiu ir veidrodiniu atspindžiu, taip pat difuziškai atspindėta spinduliuote 10 cm atstumu nuo difuziškai atspindinčio paviršiaus ir (ar) švitinant odą tiesioginė ir atspindėta spinduliuotė.

4 klasės lazeriai yra įrenginiai, kurių išėjimo spinduliuotė kelia pavojų, kai oda apšvitinama difuziškai atspindėta spinduliuote 10 cm atstumu nuo difuziškai atspindinčio paviršiaus.

Kai pamini lazerį, dauguma žmonių iš karto prisimena epizodus iš mokslinės fantastikos filmų. Tačiau toks išradimas jau seniai tvirtai įsitvirtino mūsų gyvenime ir nėra kažkas fantastiško. Lazeris buvo pritaikytas daugelyje sričių – nuo ​​medicinos ir gamybos iki pramogų. Todėl daugeliui žmonių kyla klausimas, ar ir kaip patiems pasidaryti lazerį.

Priklausomai nuo specifikos ir keliamų reikalavimų, lazeriai gali būti visiškai skirtingi – tiek dydžiu (nuo kišeninių rodyklių iki futbolo aikštės dydžio), tiek galia, naudojamomis darbo terpėmis ir kitais parametrais. Žinoma, namuose patiems pasigaminti galingos gamybos sijos neįmanoma, nes tai ne tik techniškai sudėtingi įrenginiai, bet ir labai sunkiai prižiūrimi daiktai. Bet paprastas, bet patikimas ir galingas lazeris Jį galite sukurti savo rankomis iš įprasto DVD-RW įrenginio.

Veikimo principas

Žodis „lazeris“ atėjo pas mus iš anglų kalba„lazeris“, kuris yra daug sudėtingesnio pavadinimo pirmųjų raidžių santrumpa: šviesos stiprinimas stimuliuojant spinduliuotę ir pažodžiui verčiamas kaip „šviesos stiprinimas skatinant spinduliavimą“. Jis taip pat gali būti vadinamas optiniu kvantiniu generatoriumi. Lazerių rūšių yra daug, o jų taikymo sritis itin plati.

Jos veikimo principas – vieną energiją (šviesos, cheminę, elektros) paversti įvairių spinduliuotės srautų energija, tai yra pagrįsta priverstinės arba indukuotos spinduliuotės reiškiniu.

Paprastai veikimo principas parodytas šiame brėžinyje:

Darbui reikalingos medžiagos

Aprašant lazerio veikimo pagrindus, viskas atrodo sudėtinga ir neaišku. Tiesą sakant, pasigaminti lazerį savo rankomis namuose yra labai paprasta. Jums reikės tam tikrų komponentų ir įrankių:

1. Paprasčiausias dalykas, kurio reikia norint sukurti lazerį, yra DVD-RW diskas, ty įrašymo įrenginys iš kompiuterio ar grotuvo. Kuo didesnis įrašymo greitis, tuo galingesnis bus pats gaminys. Pageidautina paimti diskus, kurių greitis yra 22X, nes jo galia yra didžiausia, apie 300 mW. Tuo pačiu metu jie skiriasi spalva: raudona, žalia, violetinė. Kalbant apie nerašomus ROM, jie yra per silpni. Verta atkreipti dėmesį ir į tai, kad manipuliavus disku jis nebeveiks, tad imti arba jau neveikiantį, bet su veikiančiu lazeriu, arba tokį, kurio tikrai nebus gaila pasakyti. atsisveikink su.
2. Reikės ir srovės stabilizatoriaus, nors yra noras apsieiti be jo. Tačiau verta žinoti, kad visi diodai (ir lazeriniai diodai nėra išimtis) „renkasi“ ne įtampą, o srovę. Pigiausi ir labiausiai pageidaujami variantai yra NCP1529 impulsų keitiklis arba LM317 mikroschema (analogiška KR142EN12).
3. Išėjimo rezistorius parenkamas priklausomai nuo lazerinio diodo maitinimo srovės. Jis apskaičiuojamas pagal formulę: R=I/1,25, kur I - vardinė srovė lazeris
4. Du kondensatoriai: 0,1 µF ir 100 µF.
5. Kolimatorius arba lazerinis žymeklis.
6. AAA standartinės baterijos.
7. Laidai.
8. Įrankiai: lituoklis, atsuktuvai, replės ir kt.

Lazerinio diodo išėmimas iš DVD įrenginio

Pagrindinė dalis, kurią reikia pašalinti, yra lazeris iš DVD įrenginio. Tai padaryti nėra sunku, tačiau verta žinoti keletą niuansų, kurie padės išvengti galimų nesusipratimų darbo metu.

Visų pirma, norint patekti į vežimėlį, ant kurio yra lazeriniai diodai, reikia išardyti DVD įrenginį. Vienas iš jų yra skaitytuvas – jis per mažos galios. Antrasis rašiklis yra būtent tai, ko jums reikia norint pagaminti lazerį iš DVD įrenginio.

Ant vežimėlio diodas sumontuotas ant radiatoriaus ir tvirtai pritvirtintas. Jei neplanuojate naudoti kito radiatoriaus, esamas yra gana tinkamas. Todėl juos reikia pašalinti kartu. Priešingu atveju atsargiai nupjaukite kojas prie įėjimo į radiatorių.

Kadangi diodai yra labai jautrūs statiniam krūviui, verta juos apsaugoti. Už tai plona viela reikia kartu suvynioti lazerinio diodo kojeles.

Belieka sujungti visas detales, o pats ROM nebereikalingas.

Lazerinio įrenginio surinkimas

Būtina prijungti nuo šviesos diodo nuimtą diodą prie keitiklio, stebint poliškumą, nes kitaip lazerinis diodas iš karto suges ir taps netinkamas tolesniam naudojimui.

SU atvirkštinė pusė diodas, sumontuotas kolimatorius, kad šviesą būtų galima sutelkti į vieną spindulį. Tačiau vietoj to galite naudoti lęšį, esantį su romu, arba objektyvą, kuris jau yra lazeriniame žymeklyje. Tačiau šiuo atveju turėsite atlikti koregavimus, kad gautumėte reikiamą dėmesį.

Kitoje keitiklio pusėje yra lituojami laidai, jungiami prie korpuso kontaktų, kur bus sumontuotos baterijos.

Tai padės užbaigti lazerį nuo dvd diskas„Pasidaryk pats“ diagrama:

Kai visi komponentai yra prijungti, galite patikrinti gauto įrenginio funkcionalumą. Jei viskas veikia, belieka visą konstrukciją įdėti į korpusą ir tvirtai pritvirtinti.

Naminis kėbulo dizainas

Prie korpuso gamybos galite kreiptis įvairiais būdais. Pavyzdžiui, šiems tikslams puikiai tinka kiniško žibinto korpusas. Taip pat galite naudoti paruoštą lazerinio žymeklio korpusą. Bet optimalus sprendimas Gali pasirodyti, kad jis yra naminis, pagamintas iš aliuminio profilio.

Pats aliuminis yra lengvo svorio ir tuo pačiu labai lengvai apdirbamas. Jame bus patogiai išdėstyta visa konstrukcija. Taip pat bus patogu jį pritvirtinti. Esant poreikiui, visada galite nesunkiai išpjauti reikiamą gabalą arba sulenkti pagal reikiamus parametrus.

Sauga ir bandymai

Kai visi darbai bus baigti, laikas išbandyti gautą galingą lazerį. Nerekomenduojama to daryti patalpose. Todėl geriau išeiti į lauką į apleistą vietą. Kartu verta tai prisiminti pagamintas prietaisas yra kelis šimtus kartų galingesnis už įprastą lazerinį žymeklį, ir tam reikia jį naudoti labai atsargiai. Nenukreipkite spindulio į žmones ar gyvūnus, kad spindulys neatsispindėtų ir nepatektų į akis. Naudojant raudoną lazerio spindulį, rekomenduojama nešioti žalius akinius, tai ženkliai sumažins regėjimo pažeidimo riziką netikėtais atvejais. Juk nerekomenduojama į lazerio spindulius žiūrėti net iš išorės.

Nenukreipkite lazerio spindulio į degius ar sprogius objektus ir medžiagas.

Sukurtas įrenginys su tinkamai sukonfigūruotu objektyvu gali gana pjaustyti plastikiniai maišeliai, dega ant medžio, sprogo balionai ir net deginti – savotiškas kovinis lazeris. Neįtikėtina, ką galite padaryti su DVD įrenginiu. Todėl bandydami pagamintą įrenginį visada turėtumėte prisiminti saugos priemones.

Sveiki, ponios ir ponai. Šiandien atidarau straipsnių seriją, skirtą didelės galios lazeriams, nes Habrasearch teigia, kad žmonės ieško tokių straipsnių. Noriu jums papasakoti, kaip galite pasigaminti gana galingą lazerį namuose, taip pat išmokyti jus panaudoti šią galią ne tik dėl „spindėjimo debesyse“.

Įspėjimas!

Straipsnyje aprašoma didelės galios lazerio gamyba ( 300mW ~ galia 500 kiniškų rodyklių), kuris gali pakenkti jūsų ir kitų sveikatai! Būkite itin atsargūs! Naudokite specialius apsauginius akinius ir nenukreipkite lazerio spindulio į žmones ar gyvūnus!

Išsiaiškinkime.

Habré svetainėje straipsniai apie nešiojamus drakono lazerius, tokius kaip Hulk, pasirodė tik porą kartų. Šiame straipsnyje papasakosiu, kaip pasigaminti lazerį, kuris savo galia nenusileidžia daugeliui šioje parduotuvėje parduodamų modelių.

Gaminame.

Pirmiausia turite paruošti visus komponentus:
- neveikiantį (arba veikiantį) DVD-RW įrenginį, kurio įrašymo greitis yra 16 kartų ar didesnis;
- kondensatoriai 100 pF ir 100 mF;
- rezistorius 2-5 Ohm;
- trys AAA baterijos;
- lituoklis ir laidai;
- kolimatorius (arba kiniškas rodyklė);
- plieno LED žibintuvėlis.

Tai minimalus reikalaujamas sukurti paprastą vairuotojo modelį. Vairuotojas iš tikrųjų yra plokštė, kuri išves mūsų lazerinį diodą reikiamos galios. Nereikėtų maitinimo šaltinio tiesiogiai jungti prie lazerinio diodo – jis suges. Lazerinis diodas turi būti maitinamas srove, o ne įtampa.

Kolimatorius iš tikrųjų yra modulis su objektyvu, kuris sumažina visą spinduliuotę į siaurą spindulį. Paruoštus kolimatorius galima įsigyti radijo parduotuvėse. Šie jau turi patogi vieta lazerinio diodo montavimui, o kaina yra 200-500 rublių.

Taip pat galite naudoti kolimatorių iš kiniško rodyklės, tačiau lazerinį diodą bus sunku pritvirtinti, o pats kolimatoriaus korpusas greičiausiai bus pagamintas iš metalizuoto plastiko. Tai reiškia, kad mūsų diodas gerai neatvės. Bet tai taip pat įmanoma. Šią parinktį rasite straipsnio pabaigoje.

Padarykime tai.

Pirmiausia turite gauti patį lazerinį diodą. Tai labai trapi ir maža mūsų DVD-RW įrenginio dalis – būkite atsargūs. Mūsų disko vežimėlyje yra galingas raudonas lazerinis diodas. Jį nuo silpno galite atskirti pagal radiatorių didesnio dydžio nei įprastas IR diodas.

Rekomenduojama naudoti antistatinį riešo dirželį, nes lazerinis diodas yra labai jautrus statinei įtampai. Jei apyrankės nėra, tada diodų laidus galite apvynioti plona viela, kol jis laukia, kol bus sumontuotas korpuse.

Pagal šią schemą reikia lituoti vairuotoją.

Nemaišykite poliškumo! Lazerinis diodas taip pat akimirksniu suges, jei tiekiamos galios poliškumas bus neteisingas.

Diagramoje parodytas 200 mF kondensatorius, tačiau nešiojamumui visiškai pakanka 50-100 mF.

Pabandykime.

Prieš montuodami lazerinį diodą ir sumontuodami viską į korpusą, patikrinkite tvarkyklės funkcionalumą. Prijunkite kitą lazerinį diodą (neveikiantį arba antrąjį iš disko) ir išmatuokite srovę multimetru. Atsižvelgiant į greičio charakteristikas, srovės stiprumas turi būti pasirinktas teisingai. 16 modelių 300-350 mA yra gana tinkamas. Greičiausiam 22x galima tiekti net 500mA, bet su visai kita tvarkykle, kurios gamybą planuoju aprašyti kitame straipsnyje.

Atrodo baisiai, bet veikia!

Estetika.

Pagal svorį surinktu lazeriu gali pasigirti tik prieš tuos pačius pašėlusius technomaniakus, tačiau dėl grožio ir patogumo geriau jį surinkti patogiame dėkle. Čia geriau patiems pasirinkti, kaip jums patinka. Visą grandinę sumontavau į įprastą LED žibintuvėlį. Jo matmenys neviršija 10x4cm. Tačiau nerekomenduoju jo nešiotis su savimi: niekada nežinai, kokias pretenzijas gali pareikšti atitinkamos institucijos. Geriau jį laikyti specialiame dėkle, kad jautrus objektyvas neapdulkėtų.

Tai yra galimybė su minimalios išlaidos- naudojamas kolimatorius iš kinų rodyklės:

Naudodami gamykloje pagamintą modulį galėsite gauti šiuos rezultatus:

Lazerio spindulys matomas vakare:

Ir, žinoma, tamsoje:

Galbūt.

Taip, tolesniuose straipsniuose noriu papasakoti ir parodyti, kaip tokie lazeriai gali būti naudojami. Kaip padaryti daug galingesnius egzempliorius, galinčius pjauti metalą ir medieną, o ne tik uždegti degtukus ir lydyti plastiką. Kaip kurti hologramas ir nuskaityti objektus, kad būtų sukurti 3D Studio Max modeliai. Kaip pasidaryti galingus žalius arba mėlynus lazerius. Lazerių taikymo sritis yra gana plati, ir vienas straipsnis negali to padaryti čia.

Turime prisiminti.

Nepamirškite apie saugos priemones! Lazeriai nėra žaislas! Rūpinkitės savo akimis!

SVEIKI, DIMONAI !!!

Šiandien aš jums pasakysiu, kaip namuose pasidaryti galingą lazerinį žymeklį.

Norėdami tai padaryti, mums reikia 17 dalykų:
1 - sugedęs (neveikiantis) DVD įrenginys, greitis 16-22X (kuo didesnis greitis, tuo galingesnis jame esantis lazeris)
KAINA-50-300RUR
2 - pigu kiniškas žibintas(3 baterijoms)

KAINA-50R
3 - pigus lazerinis žymeklis „dvibarelis“ (lazerinis žymeklis+ led žibintuvėlis)

[
KAINA-50R
4- lituoklis, galia 40W (W), įtampa 220V (V) su plonu antgaliu.
5- žemo lydymosi lydmetalis (tipas POS60-POS61), pušies kanifolija.
6 vienetų vienpusis stiklo pluoštas, kurio matmenys 35X10mm
7- geležies chloridas (parduodamas radijo parduotuvėse) kaina - 80-100 RUR
8 įrankių (pincetas, didinamasis stiklas, maži atsuktuvai, replės, ilgasnelės replės ir kt.)
9- tai yra galiniai žiedlapiai

(parduodamas bet kurioje elektros parduotuvėje) kainuoja nuo 10-35R
10 super klijų tūbelės
11-alkoholis (galima rasti vaistinėje)
12 lazerinis spausdintuvas
13 puslapių bet kokio blizgaus žurnalo (būtinai blizgus, lygus. Galima naudoti ir fotopopierių)
14 elektrinis lygintuvas (imame namuose. Iš mamos, sesers, močiutės, žmonos, jos dar nemato)
15 radijo komponentų (galite paimti kai kuriuos iš negyvos disko, ypač Schottky diodą, rezistorius, kondensatorius)
detalių sąrašas ir jų įvertinimas (VISOS DALYS yra SMD, t.y. skirtos montuoti ant paviršiaus (taupo vietos))

lustas LM2621
Reikia pasirinkti R1... nuo to priklauso lazerinio diodo srovė. Turiu 78kOhm srovę 250-300mA NE DAUGIAU!!! kitaip sudegs!!!
R2 150 kOhm
R3 150 kOhm
R4 500 omų
C1 0,1uF keramika, pavyzdžiui, k10-17
C2 100uF 6.3V bet koks
C3 33uF 6.3V, geriausia tantalas.
C4 33pF keramika, pvz., k10-17
C5 0,1uF keramika, pavyzdžiui, k10-17
VD1 bet koks 3 amperų. Pavyzdžiui
1N5821, 30BQ060, 31DQ10, MBRS340T3, SB360, SK34A, SR360
L1 nuotraukoje matosi kaip atrodo... ir taip, 15 įjungia tinkamą ferito žiedą ar rėmelį. Galite išardyti kompiuterio maitinimo bloką, energiją taupančią lemputę arba mobiliojo telefono įkroviklį, įskaitant automobilinį mobiliojo telefono įkroviklį.
Visa tai nėra taip svarbu, mikroschema viską nustatys taip, kaip turėtų.

16 multimetrų tipo DT890G, leidžiantis matuoti talpą, varžą, įtampą ir pan.
17- ir žinoma tiesios RANKOS ir "draugystė su lituokliu" arba draugas, kuris draugauja su lituokliu

Taigi, viskas ten??? PRADĖDAME
Paimame raktų pakabuko rodyklę ir išardome (ATIDŽIAI, NESUgadinkite VIDAUS, mums jų prireiks)

išimame baterijas ir replėmis, švelniai siūbuodami jas į šonus, ištraukiame priekinę plastikinę galvutę (kur yra žibintuvėlis ir lazeris)
Tada per tą pusę, kur buvo šis kištukas, išimame vidų, stumdami juos pieštuku iš akumuliatoriaus skyriaus šono.

Tada labai atsargiai, naudodami nedidelį įrankį plokščiu antgaliu, atsukite plastikinę veržlę kolimatoriuje (žalvariniame vamzdelyje, kuriame yra objektyvas ir pats berėmio lazerio). Išimame turinį (pati plastikinė veržlė, lęšis, spyruoklė)

Įkaitinkite EMPTY kolimatorių lituokliu, atjunkite jį nuo plokštės mygtuku.

Išardome diską ir išimame lazerinio įrenginio vežimėlį

Ypatingai atsargiai nuimkite LAZERĮ, prieš tai apvynioję lazerio kojeles viela, kad išvengtumėte statinio krūvio.
tai yra pats lazerinis diodas.


Paimame kinišką žibintą ir išardome. Maždaug panašus į žibintuvėlio rodyklę.

Dabar sudėkime visas smulkmenas į saugią dėžę ir pagaminsime lazeriui šilumos kriauklę.
Priimame anksčiau pirktus terminalus


ir nupjaukite jas po gabalo, kad gautume tokio tipo poveržlę, kurios ilgis lygus kolimatoriaus ilgiui, ir kad jos (poveržlės tvirtai tilptų viena į kitą, įskaitant patį kolimatorių) Jei netelpa Vieną į kitą išgręžiame 5,5-12mm skersmens grąžtais įvairioms poveržlėms arba gręžtuvais.
Tai turėtų atrodyti maždaug taip:





Patį kolimatorių pastumiame šiek tiek toliau, apie 5 mm, tai svarbu fiksuojant Lazerinį diodą.
Taip, super klijais tvirtiname pačias poveržles.
Taigi, dabar montuojame Lazerinį diodą, pirmiausia į kolimatorių įkišdami 5 mm grąžtą ir replėmis paspaudę kolimatorių toje angų pusėje, kur buvo lenta.


Prilituokite 2 laidus prie LD kojelių. DĖMESIO SOKOLEVKU L.D. Įrenginį vadiname DT890G tipo multimetru (skamba kaip įprastas diodas).

Toliau turime surinkti vairuotojo grandinę.
ČIA PATEIKTA MONTAVIMO SCHEMA

ČIA yra apytikslis laidininkų brėžinys lentoje

(Piešinį galiu atsiųsti į PM)
Perkelkite lentos piešinį ant blizgaus popieriaus lazerinis spausdintuvas(lyginimo lazeriu metodas, skaitykite internete)
Gaminame lentą ir ant jos lituojame dalis. Tai turėtų atrodyti taip:



Surinkimo būdas, jūsų vaizduotė. Vairuotoją surinkau akumuliatoriaus skyriuje, vietoje trečios baterijos.
naudotos VARTA 800mA/H baterijos



Objektyvą naudojau iš žibintuvėlio rodyklės, bet galite naudoti ir originalųjį iš disko

tik su ja židinio nuotolis mažiau, turėsite įdiegti kitą spyruoklę, kad objektyvas būtų arčiau lazerinio diodo.
Dėmesio! LAZERINIS SPINDULIAVIMAS YPAČ PAVOJINGAS AKIS!
NIEKADA NEATSIJUNK ŽMONIŲ AR GYVŪNŲ!
100% REGĖJIMO PRARADIMAS!
Štai tokį įrenginį gavau:


NEĮjunkite paties LD be radiatoriaus, jis labai įkaista ir perdegs. Lazerinio diodo srovės suvartojimą nustatykite į 250-300mA naudodami rezistorių R1 (patartina laikinai sumontuoti 100k rezistorių, o vietoj lazerinio diodo (kad nesudegintų LD) prijungtą 4 KD105 diodų grandinę. serija)
Pagarbiai T3012, dar žinomas kaip KILOVOLT.