Termin „laser” w rzeczywistości oznacza „wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania”. Pierwszy laser, który jako rezonator wykorzystywał posrebrzany rubinowy cylinder, został opracowany w 1960 r. w kalifornijskich laboratoriach badawczych Hughes. Obecnie lasery są używane do różnych celów, od pomiaru po odczytywanie zaszyfrowanych danych, a istnieje kilka sposobów produkcji laserów, w zależności od budżetu i możliwości.
Krok
Część 1 z 2: Zrozumienie, jak działają lasery
Krok 1. Zapewnij źródło energii
Lasery działają lub „lasery”, stymulując elektrony do emitowania światła o określonej długości fali. (Proces ten został po raz pierwszy zasugerowany w 1917 roku przez Alberta Einsteina.) Aby emitować światło, elektrony muszą najpierw wchłonąć energię, aby zostać wyrzuconym na wyższą orbitę, a następnie uwolnić tę energię jako światło po powrocie na swoją pierwotną orbitę. To źródło energii nazywa się „pompą”.
- Małe lasery, takie jak te w odtwarzaczach CD i DVD oraz wskaźniki laserowe, wykorzystują obwód elektryczny do dostarczania prądu elektrycznego do diody, która działa jak pompa.
- Laser na dwutlenek węgla jest pompowany prądem elektrycznym, aby stymulować elektrony.
- Lasery ekscymerowe czerpią energię z reakcji chemicznych.
- Lasery wykonane z kryształu lub szkła wykorzystują silne źródło światła, takie jak lampa łukowa lub lampa błyskowa.
Krok 2. Skieruj energię przez ośrodek wzmacniający
Medium wzmacniające, czyli aktywne medium laserowe, wzmacnia energię uwalnianą przez wiązkę dzięki stymulowanym elektronom. Medium wzmacniające może być jednym z następujących:
- Półprzewodniki wykonane z materiałów takich jak arsenek galu, arsenek galu glinu lub arsenek indu galu.
- Rubinowy, przypominający walec kryształ, wykorzystany w pierwszym laserze wyprodukowanym przez Hughes Laboratories. Wykorzystano również szafiry i granaty, a także światłowody szklane. Szkło i kryształy są traktowane jonami metali ziem rzadkich.
- Ceramika, która jest również wstępnie obrobiona jonami metali ziem rzadkich.
- Ciecze, zwykle barwniki, chociaż lasery na podczerwień są produkowane przy użyciu ginu i toniku jako środka wzmacniającego. Deser żelatynowy (Jell-O) był również z powodzeniem stosowany jako środek wzmacniający.
- Gazy, takie jak dwutlenek węgla, azot, pary rtęci lub mieszanina helowo-neonowa.
- Reakcja chemiczna.
- Reflektor elektronowy.
- Materia jądrowa. Pierwszy laser uranowy powstał w listopadzie 1960 roku, pół roku po stworzeniu pierwszego lasera rubinowego.
Krok 3. Dostosuj lusterka, aby pomieścić światło
Lustro, czyli rezonator, utrzymuje wiązkę w komorze lasera, dopóki nie osiągnie pożądanego poziomu energii do wyładowania, albo przez mały otwór w jednym z luster, albo przez soczewkę.
- Najprostsza konfiguracja rezonatora, rezonator liniowy, wykorzystuje dwa lustra umieszczone naprzeciw siebie w komorze lasera. To ustawienie wytwarza pojedynczą wiązkę światła.
- Bardziej skomplikowany układ, rezonator pierścieniowy, wykorzystuje trzy lub więcej luster. Ten układ może wytwarzać pojedynczą wiązkę za pomocą izolatora optycznego lub podwójną wiązkę.
Krok 4. Użyj soczewki skupiającej, aby skierować wiązkę przez ośrodek wzmacniający
Soczewka wraz z lustrem pomaga w skupieniu i ukierunkowaniu światła tak, aby do ośrodka wzmacniającego docierało jak najwięcej światła.
Część 2 z 2: Wykonywanie laserów
Metoda pierwsza: wykonanie lasera z urządzenia laserowego
Krok 1. Znajdź sklep sprzedający urządzenia laserowe
Możesz udać się do sklepu elektrycznego lub wyszukać w Internecie „urządzenie laserowe”, „moduł laserowy” lub „diodę laserową”. Urządzenie laserowe powinno zawierać:
- obwód sterownika. (Ta część jest czasami sprzedawana oddzielnie od innych komponentów.) Poszukaj obwodu sterującego, który umożliwi regulację natężenia prądu.
- Diody laserowe.
- Soczewka, szkło lub plastik, które można regulować. Zazwyczaj dioda i soczewka są umieszczone razem w małej tubie. (Te elementy są czasami sprzedawane oddzielnie od obwodu sterownika.)
Krok 2. Zmontuj obwód sterownika
Wiele urządzeń laserowych wymaga zbudowania własnego obwodu kontrolera. Ten typ urządzenia zawiera płytkę drukowaną i powiązane części, które należy lutować razem, zgodnie ze schematem dostarczonym z urządzeniem. Istnieją jednak również inne urządzenia, które mają wbudowany obwód sterujący.
- Możesz również samodzielnie zaprojektować obwód kontrolera, jeśli masz do tego specjalistyczną wiedzę w zakresie elektroniki. Obwód sterownika LM317 to świetny szablon do projektowania własnego obwodu. Upewnij się, że używasz obwodu rezystor-kondensator, aby generowana energia nie emitowała nadmiernych impulsów.
- Po zbudowaniu obwodu sterownika przetestuj go, podłączając go do diody elektroluminescencyjnej (LED). Jeśli dioda LED nie zaświeci się natychmiast, wyreguluj potencjometr. Jeśli problem będzie się powtarzał, sprawdź ponownie obwód i upewnij się, że wszystkie części są prawidłowo podłączone.
Krok 3. Połącz obwód sterownika z diodą
Jeśli masz multimetr cyfrowy, podłącz go do obwodu, aby monitorować prąd odbierany przez diodę. Większość diod może pomieścić zakres 30-250 miliamperów (mA), podczas gdy zakres 100-150 mA wytworzy dość silną wiązkę.
Chociaż silniejsza wiązka z diody wytworzy mocniejszy laser, dodatkowy prąd wymagany do wytworzenia wiązki szybciej spali się i uszkodzi diodę
Krok 4. Podłącz źródło zasilania (akumulator) do obwodu sterownika
Dioda powinna teraz świecić jasno.
Krok 5. Wyreguluj soczewkę, aby skupić wiązkę lasera
Jeśli chcesz podświetlić ścianę, dostosuj ją, aż pojawi się ładny, jasny punkt.
Po prawidłowym ustawieniu soczewki umieść zapałkę na ścieżce lasera i wyreguluj soczewkę, aż główka zapałki zacznie dymić. Możesz też spróbować nadmuchać balony lub wybić laserem dziury w papierze
Metoda druga: wytwarzanie laserów ze zużytych diod
Krok 1. Zdobądź używaną nagrywarkę DVD lub Blu-Ray
Poszukaj jednostki z szybkością zapisu 16x lub większą. Urządzenie posiada diodę o mocy wyjściowej 150 miliwatów (mW) lub większej.
- Nagrywarka DVD posiada czerwoną diodę o długości fali 650 nanometrów (nm).
- Nagrywarka Blu-Ray ma niebieską diodę o długości fali 405 nm.
- Nagrywarka DVD powinna być w stanie zapisywać dyski, choć nie musi być udana. (Innymi słowy dioda powinna nadal działać).
- Do wymiany nagrywarki DVD nie należy używać czytnika DVD, nagrywarki CD ani czytnika CD. Czytniki DVD mają czerwone diody, ale nie są tak wydajne jak nagrywarki DVD. Diody nagrywarki CD są dość mocne, ale emitują światło w zakresie podczerwieni, więc trzeba szukać wiązek, których nie widać.
Krok 2. Wyjmij diodę z nagrywarki DVD/Blu-Ray
Odwróć urządzenie. Przed otwarciem urządzenia i wyjęciem diody należy odkręcić cztery lub więcej śrub.
- Po otwarciu urządzenia pojawi się para metalowych ramek przytrzymywanych śrubami. Rama zawiera elementy lasera. Po wykręceniu śrub można zdjąć ramkę i wyjąć elementy lasera.
- Diody są mniejsze niż monety. Dioda ma trzy metalowe nóżki i może być pokryta metalową warstwą, z przezroczystym okienkiem ochronnym lub bez niego, lub może być otwarta.
- Musisz wyjąć diodę z elementu lasera. Aby to ułatwić, najpierw wyjmij radiator z elementu laserowego przed próbą wyjęcia diody. Jeśli masz antystatyczną opaskę na nadgarstek, załóż ją, gdy podnosisz diodę.
- Z diodą należy obchodzić się ostrożnie, jeszcze ostrożniej, jeśli jest to dioda otwarta. Przygotuj antystatyczną obudowę do przechowywania diod, dopóki nie będziesz gotowy do produkcji lasera.
Krok 3. Zdobądź soczewkę skupiającą
Wiązka diody musi przejść przez soczewkę skupiającą, aby wytworzyć laser. Możesz to zrobić na dwa sposoby:
- Użyj lupy jako ostrości. Przesuwaj lupę, aż znajdziesz odpowiednie miejsce do wytworzenia wiązki laserowej, a powinno to być zrobione za każdym razem, gdy chcesz użyć lasera.
- Zdobądź zestaw tubusów z diodą laserową o małej mocy, np. 5 mW, i wymień diodę na diodę z nagrywarki DVD.
Krok 4. Zdobądź lub zbuduj obwód kontrolera
Krok 5. Podłącz diodę do obwodu sterownika
Podłącz dodatni przewód diody do dodatniego przewodu obwodu sterownika, a ujemny przewód do ujemnego przewodu. Lokalizacja pinów diody różni się w zależności od tego, czy używasz czerwonej diody z nagrywarki DVD, czy niebieskiej diody z nagrywarki Blu-Ray.
- Trzymaj diodę nogami skierowanymi do siebie, obracając ją tak, aby podstawy nóg tworzyły trójkąt skierowany w prawo. Na obu diodach górna noga jest nogą dodatnią.
- Na czerwonej diodzie nagrywarki DVD środkowa noga, która tworzy wierzchołek trójkąta, jest nogą ujemną.
- Na niebieskiej diodzie pisarza Blu-Ray dolna noga jest nogą ujemną.
Krok 6. Podłącz źródło zasilania do obwodu sterownika
Krok 7. Wyreguluj soczewkę, aby skupić wiązkę lasera
Porady
- Im mniejsze skupisz wiązkę lasera, tym mocniejszy będzie laser, ale będzie skuteczny tylko przy tej ogniskowej. Jeśli jest zogniskowany w odległości 1 m, laser działa tylko w odległości 1 m. Jeśli nie chcesz używać lasera, rozprosz ognisko soczewki, aż wiązka lasera będzie miała średnicę piłki pingpongowej.
- Aby chronić urządzenie laserowe, przechowuj je w gnieździe, takim jak latarka LED lub uchwyt baterii, w zależności od tego, jak mały jest obwód kontrolera.
Ostrzeżenie
- Nie kieruj lasera na powierzchnię, która odbija światło. Lasery są wiązkami światła i mogą być odbijane tak jak wiązki nieostre, tylko z większymi konsekwencjami.
- Zawsze noś okulary, które są dostosowane do długości fali wiązki laserowej, z którą pracujesz (w tym przypadku jest to długość fali diody laserowej). Gogle laserowe produkowane są w kolorach równoważących kolor wiązki laserowej: zielony dla lasera czerwonego 650 nm, czerwono-pomarańczowy dla lasera niebieskiego 405 nm. Nie używaj hełmów spawalniczych, prążkowanych okularów ani okularów przeciwsłonecznych zamiast gogli laserowych.
- Nie patrz w źródło wiązki laserowej ani nie kieruj lasera w oczy ludzi. Lasery klasy IIIb, rodzaj lasera omawiany w tym artykule, mogą uszkodzić oko, nawet przy użyciu okularów laserowych. Bezkrytyczne świecenie wiązki laserowej jest również naruszeniem prawa.
