Как да си направим лазер у дома. Направи си сам лазерен нож за рязане на шперплат, дърво, метал: съвети за сглобяване

Внимание!

Нека разберем.

Да сготвим.

Това е минимумът, необходим за създаване на прост модел на драйвер. Драйверът всъщност е платка, която ще изведе нашия лазерен диод необходимата мощност. Не трябва да свързвате източника на захранване директно към лазерния диод - той ще се повреди. Лазерният диод трябва да се захранва с ток, а не с напрежение.

Колиматорът всъщност е модул с леща, който редуцира цялото излъчване в тесен лъч. Готови колиматори могат да бъдат закупени в радио магазини. Тези вече имат удобно мястоза инсталиране на лазерен диод, а цената е 200-500 рубли.

Можете също да използвате колиматор от китайска показалка, но лазерният диод ще бъде трудно да се закрепи, а самото тяло на колиматора най-вероятно ще бъде направено от метализирана пластмаса. Това означава, че нашият диод няма да се охлади добре. Но и това е възможно. Тази опция можете да намерите в края на статията.

нека го направим

Препоръчително е да използвате антистатична каишка за китка, тъй като лазерният диод е много чувствителен към статично напрежение. Ако няма гривна, тогава можете да увиете проводниците на диода с тънка тел, докато чака монтаж в кутията.

Диаграмата показва кондензатор от 200 mF, но за преносимост 50-100 mF е напълно достатъчно.

нека опитаме

Изглежда ужасно, но работи!

Естетика.

Това е опция с минимални разходи - използва се колиматор от китайски показалец:

Използването на фабрично изработен модул ще ви позволи да получите следните резултати:

Лазерният лъч се вижда вечер:

И, разбира се, в тъмното:

може би

Трябва да помним.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Газове. По-специално въглероден диоксид, аргон, криптон или газови смеси, както в хелиево-неонови лазери. „Изпомпването“ с енергията на тези лазери най-често се извършва с помощта на електрически разряди.
Твърди вещества (кристали и стъкла). Твърдият материал на такива работни течности се активира (легира) чрез добавяне голямо количествойони на хром, неодим, ербий или титан. Обичайно използваните кристали са итриев алуминиев гранат, литиев итриев флуорид, сапфир (алуминиев оксид) и силикатно стъкло. Твърдотелните лазери обикновено се „изпомпват“ от светкавица или друг лазер.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ако в тази област се създаде електрическо напрежение, така че да има положителен полюс от страната на p-полупроводника и отрицателен полюс от страната на n-полупроводника, тогава под въздействието на електрическото поле електроните от n- полупроводник и дупки от /^-полупроводника ще се преместят (инжектират) в площ п-п— преход.

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

Огледалата на оптичния резонатор са полирани ръбове на полупроводниковия кристал, ориентирани перпендикулярно p-n равнина— преход. Такива лазери са миниатюрни, тъй като размерът на полупроводниковия активен елемент може да бъде около 1 mm.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

· средна (E - от 4 до 30 mW/cm2);

· твърд (E - повече от 30 mW/cm2).

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

Към първокласните лазери се отнасят такива технически устройства, чието изходно колимирано (ограничено в плътен ъгъл) лъчение не представлява опасност при облъчване на очите и кожата на човека.

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

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

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

Има възможност за създаване на самоделен строителен нивелир, при създаване на светлинни ефекти при декориране на домашна дискотека, за допълнителен заден сигнал за автомобили, мотоциклети, велосипеди и др.

Лазерният диод е полупроводников кристал, направен под формата на тънка правоъгълна плоча. Лъчът преминава през събирателна леща и представлява тънка линия; когато се пресича с повърхността, виждаме точка. За да получите видима линия, можете да инсталирате цилиндрична леща пред лазерния лъч. Пречупеният лъч ще изглежда като ветрило.

Направих го от 5mW лазер, 3V захранващо напрежение от AliExpress. Въпреки ниската мощност на лазерния излъчвател е необходимо да се спазват основните предпазни мерки, за да не се насочва лъчът към очите.

Вижте целия процес на производство във видеото:

Списък на инструменти и материали
-лазерен излъчвател 5mW, 3V (връзка към лазер)
-отвертка; ножици;
- поялник;
-камбрик; фолио текстолит;
- две батерии 1.5V;
- свързващи проводници; корпус на отделението за батерии с бутон за включване на фара;
-5 Ohm резистор;
-LED с прозрачна крушка;
- лента от калай.

Първа стъпка. Изработка на лазерна дъска.

Възможността да се направи нещо полезно от неизползвано или износено оборудване привлича много домашни майстори. Едно такова полезно устройство е лазерният нож. Имайки такова устройство на ваше разположение (някои дори го правят от обикновена лазерна показалка), можете да изпълнявате декоративен дизайнпродукти от различни материали.

Какви материали и механизми ще са необходими

За да направите прост лазерен нож със собствените си ръце, ще ви трябват следните материали и технически устройства:

• лазерна показалка;
• обикновен фенер, оборудван с акумулаторни батерии;
• старо записващо устройство (CD/DVD-RW), оборудвано с лазерно задвижван(изобщо не е необходимо такова устройство да е в работно състояние);
• поялник;
• набор от шлосерски инструменти.

По този начин можете да направите просто устройство за лазерно рязане, като използвате материали, които лесно можете да намерите във вашата домашна работилница или гараж.

Процесът на създаване на прост лазерен нож

Основният работен елемент домашна резачкаПредложеният дизайн е лазерен елемент на компютърно дисково устройство. Трябва да изберете модел на записващо устройство, тъй като лазерът в такива устройства има по-висока мощност, което ви позволява да записвате песни на повърхността на инсталирания в тях диск. Конструкцията на дисковото устройство за четене също съдържа лазерен излъчвател, но неговата мощност, използвана само за осветяване на диска, е ниска.

Лазерният излъчвател, който е оборудван със записващо дисково устройство, е поставен върху специална количка, която може да се движи в две посоки. За да извадите излъчвателя от каретата, е необходимо да го освободите от голям брой крепежни елементи и разглобяеми устройства. Те трябва да се отстранят много внимателно, за да не се повреди лазерният елемент. В допълнение към обичайните инструменти, за да премахнете червения лазерен диод (и това е, от което се нуждаете, за да оборудвате домашен лазерен нож), ще ви е необходим поялник, за да освободите внимателно диода от съществуващите спойки. Когато изваждате емитера от гнездото му, трябва да внимавате и да не го излагате на силно механично напрежение, което може да причини повредата му.

Емитерът, отстранен от устройството на записващия компютър, трябва да бъде инсталиран вместо светодиода, който първоначално е бил оборудван с лазерната показалка. За да извършите тази процедура, лазерната показалка трябва да се разглоби, като тялото й се раздели на две части. В горната част на тях има светодиод, който трябва да бъде премахнат и заменен с лазерен излъчвател от дисково устройство на компютър. Когато фиксирате такъв излъчвател в тялото на показалеца, можете да използвате лепило (важно е само да се гарантира, че окото на излъчвателя е разположено строго в центъра на отвора, предназначен за излизане на лъча).

Напрежението, генерирано от захранващите устройства в лазерна показалка, не е достатъчно, за да осигури ефективността на използването на лазерен нож, така че не е препоръчително да ги използвате за оборудване на такова устройство. За най-простия лазерен нож са подходящи акумулаторни батерии, използвани в обикновен електрически фенер. По този начин, като подравните долната част на фенерчето, в която са разположени батериите му, с горна частИзползвайки лазерна показалка, където вече е разположен емитерът от устройството за записващ компютър, можете да получите напълно функционален лазерен нож. При извършване на такава комбинация е много важно да се запази полярността на батериите, които ще захранват излъчвателя.

Преди да сглобите домашен ръчен лазерен нож с предложения дизайн, е необходимо да премахнете монтираното в него стъкло от върха на показалеца, което ще попречи на преминаването на лазерния лъч. Освен това трябва още веднъж да проверите правилната връзка на излъчвателя с батериите, както и колко точно е разположено окото му спрямо изходния отвор на върха на показалеца. След като всички структурни елементи са здраво свързани помежду си, можете да започнете да използвате фрезата.

Разбира се, с такъв лазер с ниска мощност няма да е възможно да се изреже метален лист и няма да е подходящ за дървообработване, но е подходящ за решаване на прости проблеми, свързани с рязане на картон или тънки полимерни листове.

Използвайки алгоритъма, описан по-горе, е възможно да се произведе по-мощен лазерен нож, леко подобрявайки предложения дизайн. По-специално, такова устройство трябва да бъде допълнително оборудвано с такива елементи като:

• кондензатори, чийто капацитет е 100 pF и 100 mF;
• резистори с параметри 2–5 Ohms;
• колиматор - устройство, което се използва за събиране на светлинни лъчи, преминаващи през него, в тесен лъч;
• LED фенер със стоманен корпус.

Кондензаторите и резисторите в дизайна на такъв лазерен нож са необходими, за да се създаде драйвер, през който електрическата енергия ще тече от батериите към лазерния емитер. Ако не използвате драйвер и подадете ток директно към емитера, последният може веднага да се провали. Въпреки по-голямата мощност, такава лазерна машина няма да работи за рязане на шперплат, дебела пластмаса и особено метал.

Как да направите по-мощно устройство

Домашните занаятчии често се интересуват от по-мощни лазерни машини, които могат да направят със собствените си ръце. Напълно възможно е да направите лазер за рязане на шперплат със собствените си ръце и дори лазерен нож за метал, но за това трябва да придобиете подходящите компоненти. В този случай е по-добре незабавно да направите своя собствена лазерна машина, която ще има прилична функционалност и ще работи в автоматичен режим, управляван от външен компютър.

В зависимост от това дали се интересувате от DIY или имате нужда от устройство за обработка на дърво и други материали, трябва правилно да изберете основния елемент на такова оборудване - лазерен излъчвател, чиято мощност може да бъде различна. естествено, лазерно рязанеНаправи си сам шперплат се извършва с устройство с по-ниска мощност, а лазерът за рязане на метал трябва да бъде оборудван с излъчвател, чиято мощност е най-малко 60 W.

За да направите пълноценна лазерна машина, включително за рязане на метал със собствените си ръце, ще ви трябва следното консумативии компоненти:

1. контролер, който ще отговаря за комуникацията между външен компютър и електронните компоненти на самото устройство, като по този начин осигурява контрол върху работата му;
2. електронно табло, оборудвано с информационен дисплей;
3. лазер (мощността му се избира в зависимост от материалите, за които ще се използва фрезата);
4. стъпкови двигатели, които ще отговарят за преместването на работния плот на устройството в две посоки (като такива двигатели могат да се използват стъпкови двигатели от неизползвани принтери или DVD плейъри);
5. охлаждащо устройство за излъчвателя;
6. DC-DC регулатор, който ще контролира количеството напрежение, подавано към електронната платка на емитера;
7. транзистори и електронни платки за управление на стъпкови двигатели на фреза;
8. крайни изключватели;
9. ролки за монтиране на зъбни ремъци и самите ремъци;
10. корпус, чийто размер позволява да се поставят всички елементи на сглобената конструкция в него;
11. сачмени лагери различни диаметри;
12. болтове, гайки, винтове, връзки и скоби;
13. дървени дъски, от който ще бъде направена работната рамка на фрезата;
14. метални пръти с диаметър 10 mm, които ще се използват като направляващи елементи;
15. компютър и USB кабел, с който ще бъде свързан към контролера на фрезата;
16. набор от шлосерски инструменти.

Ако планирате да използвате лазерна машина за извършване на метални работи със собствените си ръце, тогава нейният дизайн трябва да бъде подсилен, за да издържи теглото на металния лист, който се обработва.

Наличието на компютър и контролер в дизайна на такова устройство позволява да се използва не само като лазерен нож, но и като машина за гравиране. С помощта на това оборудване, чиято работа се контролира от специална компютърна програма, е възможно да се прилагат сложни модели и надписи върху повърхността на детайла с висока точност и детайлност. Съответната програма може да бъде намерена свободно достъпна в Интернет.

По дизайн лазерната машина, която можете да направите сами, е устройство тип совалка. Неговите движещи се и направляващи елементи са отговорни за движението на работната глава по осите X и Y. Оста Z е дълбочината, на която се реже обработваният материал. За преместване на работната глава на лазерен нож на представения дизайн, както беше споменато по-горе, са отговорни стъпкови двигатели, които са фиксирани върху неподвижните части на рамката на устройството и са свързани към движещите се елементи с помощта на зъбни ремъци.

Плъзгаща се опорна глава с лазер и радиатор Каретка

Поставяне на каретата на стойките

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

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

Какво ще ви трябва?

Всеки лазер може да бъде разделен на няколко компонента:

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

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

От къде мога да взема диод за лазер?

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

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

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

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

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

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

Разглобяване на задвижване

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

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

Шофьор

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

Най-добрият вариант е да използвате прост токов стабилизатор, изграден на базата. Тази микросхема принадлежи към категорията на универсалните интегрирани стабилизатори с възможност за независимо настройване на изходния ток и напрежение. Микросхемата работи в широк диапазон от входни напрежения: от 3 до 40 волта.

Аналог на LM317 е домашният чип KR142EN12.

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

Понякога полярен кондензатор от 2200 μF x 16 V и неполярен кондензатор от 0,1 μF се инсталират на изхода на стабилизатора успоредно на диода. Тяхното участие е оправдано в случай на подаване на напрежение към входа от стационарно захранване, което може да пропусне незначителна променлива съставка и импулсен шум. Една от тези вериги, захранвана от батерия Krona или малка батерия, е представена по-долу.

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

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

Оптика

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

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

Чрез онлайн магазина можете да закупите готов колиматор, специално предназначен за монтаж и настройка на лазер. Тялото му ще служи като радиатор. Знаейки размерите на всеки компонентиустройство, можете да закупите евтино LED фенерче и да използвате неговия корпус.

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

Прочетете също