Kako napraviti laser kod kuće. Uradi sam laserski rezač za rezanje šperploče, drva, metala: savjeti za sastavljanje

Upozorenje!

Hajde da vidimo.

Kuhajmo.

Ovo je minimum potreban za izradu jednostavnog modela vozača. Driver je, zapravo, ploča koja će poslati našu lasersku diodu potrebna snaga. Ne biste trebali spajati izvor napajanja izravno na lasersku diodu - pokvarit će se. Laserska dioda mora biti napajana strujom, a ne naponom.

Kolimator je, zapravo, modul s lećom koji svo zračenje reducira u uski snop. Gotovi kolimatori mogu se kupiti u radio trgovinama. Ovi već jesu udobno mjesto za ugradnju laserske diode, a trošak je 200-500 rubalja.

Također možete koristiti kolimator iz kineskog pokazivača, međutim, lasersku diodu će biti teško pričvrstiti, a samo tijelo kolimatora najvjerojatnije će biti izrađeno od metalizirane plastike. To znači da se naša dioda neće dobro ohladiti. Ali i ovo je moguće. Ovu opciju možete pronaći na kraju članka.

Učinimo to.

Preporuča se korištenje antistatičke narukvice jer je laserska dioda vrlo osjetljiva na statički napon. Ako nema narukvice, diodne izvode možete omotati tankom žicom dok čeka ugradnju u kućište.

Dijagram prikazuje kondenzator od 200 mF, međutim, za prenosivost, 50-100 mF je sasvim dovoljno.

Pokušajmo.

Izgleda užasno, ali djeluje!

Estetika.

Ovo je opcija s minimalnim troškovima - koristi se kolimator iz kineskog pokazivača:

Korištenje tvornički izrađenog modula omogućit će vam sljedeće rezultate:

Laserska zraka je vidljiva navečer:

I, naravno, u mraku:

Može biti.

Moramo se sjetiti.

Danas ćemo govoriti o tome kako sami kod kuće napraviti snažan zeleni ili plavi laser od otpadnog materijala vlastitim rukama. Također ćemo razmotriti crteže, dijagrame i dizajn domaćih laserskih pokazivača s upaljivom zrakom i dometom do 20 km

Osnova laserskog uređaja je optički kvantni generator, koji pomoću električne, toplinske, kemijske ili druge energije proizvodi lasersku zraku.

Djelovanje lasera temelji se na fenomenu prisilnog (induciranog) zračenja. Lasersko zračenje može biti kontinuirano, s konstantnom snagom, ili pulsirajuće, dostižući ekstremno visoke vršne snage. Bit fenomena je da je pobuđeni atom sposoban emitirati foton pod utjecajem drugog fotona bez njegove apsorpcije, ako je energija potonjeg jednaka razlici u energijama razina atoma prije i poslije fotona. radijacija. U ovom slučaju, emitirani foton koherentan je s fotonom koji je izazvao zračenje, odnosno njegova je točna kopija. Na taj se način svjetlost pojačava. Ovaj se fenomen razlikuje od spontanog zračenja, u kojem emitirani fotoni imaju slučajne smjerove širenja, polarizaciju i fazu
Vjerojatnost da će nasumični foton izazvati stimuliranu emisiju iz pobuđenog atoma točno je jednaka vjerojatnosti apsorpcije tog fotona od strane atoma u nepobuđenom stanju. Stoga je za pojačanje svjetlosti potrebno da u mediju bude više pobuđenih atoma nego nepobuđenih. U stanju ravnoteže ovaj uvjet nije zadovoljen, pa koristimo raznih sustava pumpanje aktivnog medija lasera (optički, električni, kemijski itd.). U nekim se shemama radni element lasera koristi kao optičko pojačalo za zračenje iz drugog izvora.

U kvantnom generatoru nema vanjskog protoka fotona; unutar njega se stvara inverzna populacija razni izvori pumpanje. Ovisno o izvorima postoje razne načine pumpanje:
optička - snažna bljeskalica;
ispuštanje plina u radnoj tvari (aktivnom mediju);
injekcija (prijenos) nositelja struje u poluvodiču u zoni
p-n prijelazi;
elektronska ekscitacija (ozračivanje čistog poluvodiča u vakuumu strujom elektrona);
toplinski (zagrijavanje plina nakon čega slijedi brzo hlađenje;
kemijski (korištenje energije kemijske reakcije) i neki drugi.

Primarni izvor generiranja je proces spontane emisije, stoga je za osiguranje kontinuiteta generiranja fotona neophodno postojanje pozitivne povratne sprege, zbog koje emitirani fotoni uzrokuju naknadne akte inducirane emisije. Da bi se to postiglo, laserski aktivni medij se postavlja u optičku šupljinu. U najjednostavnijem slučaju, sastoji se od dva zrcala, od kojih je jedno prozirno - kroz njega laserska zraka djelomično izlazi iz rezonatora.

Reflektirajući se od zrcala, zraka zračenja više puta prolazi kroz rezonator, uzrokujući inducirane prijelaze u njemu. Zračenje može biti kontinuirano ili pulsirajuće. Istodobno, korištenjem različitih uređaja za brzo isključivanje i uključivanje povratne sprege i time smanjenje perioda impulsa, moguće je stvoriti uvjete za generiranje zračenja vrlo velike snage - to su tzv. divovski impulsi. Ovaj način rada lasera naziva se Q-switched mod.
Laserska zraka je koherentan, jednobojan, polariziran, usko usmjeren svjetlosni tok. Jednom riječju, to je snop svjetlosti koji emitiraju ne samo sinkroni izvori, već iu vrlo uskom rasponu i usmjereno. Vrsta ekstremno koncentriranog svjetlosnog toka.

Zračenje koje stvara laser je monokromatsko, vjerojatnost emisije fotona određene valne duljine veća je od one blisko lociranog, što je povezano sa širenjem spektralne linije, a vjerojatnost induciranih prijelaza na toj frekvenciji također ima maksimum. Stoga će postupno tijekom procesa generiranja fotoni određene valne duljine dominirati nad svim ostalim fotonima. Osim toga, zbog posebnog rasporeda zrcala, samo oni fotoni koji se šire u smjeru paralelnom s optičkom osi rezonatora na maloj udaljenosti od nje zadržavaju se u laserskoj zraki; preostali fotoni brzo napuštaju volumen rezonatora. Dakle, laserska zraka ima vrlo mali kut divergencije. Konačno, laserska zraka ima strogo definiranu polarizaciju. Da bi se to postiglo, u rezonator se uvode različiti polarizatori; na primjer, to mogu biti ravne staklene ploče postavljene pod Brewsterovim kutom u odnosu na smjer širenja laserske zrake.

Radna valna duljina lasera, kao i ostala svojstva, ovise o tome koja se radna tekućina koristi u laseru. Radni fluid se “napumpava” energijom kako bi se dobio efekt inverzije naseljenosti elektrona, što uzrokuje stimuliranu emisiju fotona i efekt optičkog pojačanja. Najjednostavniji oblik optičkog rezonatora su dva paralelna zrcala (mogu biti i četiri ili više) smještena oko radnog fluida lasera. Potaknuto zračenje radnog fluida reflektira se natrag od zrcala i ponovno se pojačava. Do trenutka kada izađe, val se može reflektirati mnogo puta.

Dakle, ukratko formuliramo uvjete potrebne za stvaranje izvora koherentne svjetlosti:

potrebna vam je radna tvar s invertiranom populacijom. Tek tada se pojačanje svjetla može postići prisilnim prijelazima;
radnu tvar treba staviti između ogledala koja daju povratnu spregu;
dobitak koji daje radna tvar, što znači da broj pobuđenih atoma ili molekula u radnoj tvari mora biti veći od vrijednosti praga ovisno o koeficijentu refleksije izlaznog zrcala.

U dizajnu lasera mogu se koristiti sljedeće vrste radnih tekućina:

Tekućina. Koristi se kao radna tekućina, na primjer, u laserima s bojom. Uključuje: organsko otapalo(metanol, etanol ili etilen glikol) u kojima su otopljena kemijska bojila (kumarin ili rodamin). Radna valna duljina tekućih lasera određena je konfiguracijom korištenih molekula boje.

Plinovi. Konkretno, ugljični dioksid, argon, kripton ili mješavine plinova, kao u helij-neonskim laserima. "Pumpanje" energijom ovih lasera najčešće se provodi pomoću električnih pražnjenja.
Čvrste tvari (kristali i stakla). Čvrsti materijal takvih radnih tekućina se aktivira (legira) dodavanjem velika količina ioni kroma, neodija, erbija ili titana. Uobičajeni kristali koji se koriste su itrij aluminij granat, litij itrij fluorid, safir (aluminijev oksid) i silikatno staklo. Solid-state laseri se obično "pumpaju" bljeskalicom ili drugim laserom.

Poluvodiči. Materijal u kojem prijelaz elektrona između energetskih razina može biti popraćen zračenjem. Poluvodički laseri su vrlo kompaktni i "pumpavi" elektro šok, što im omogućuje upotrebu u potrošačkim uređajima kao što su CD playeri.

Da bi se pojačalo pretvorilo u oscilator, potrebno je organizirati povratnu vezu. U laserima se to postiže postavljanjem aktivne tvari između reflektirajućih površina (ogledala), tvoreći takozvani „otvoreni rezonator“ zbog činjenice da se dio energije koju emitira aktivna tvar reflektira od zrcala i ponovno vraća u djelatnu tvar

Laser koristi optičke rezonatore različite vrste- s ravnim zrcalima, sferni, kombinacije ravnog i sfernog itd. U optičkim rezonatorima koji daju povratnu spregu u Laseru mogu se pobuditi samo određene vrste oscilacija elektromagnetskog polja koje se nazivaju vlastite oscilacije ili modovi rezonatora.

Modove karakteriziraju frekvencija i oblik, odnosno prostorna raspodjela vibracija. U rezonatoru s ravnim zrcalima pretežno se pobuđuju tipovi oscilacija koji odgovaraju ravnim valovima koji se šire duž osi rezonatora. Sustav od dva paralelna zrcala rezonira samo na određenim frekvencijama - iu laseru također igra ulogu koju ima oscilatorni krug u konvencionalnim niskofrekventnim generatorima.

Korištenje otvorenog rezonatora (a ne zatvorenog - zatvorene metalne šupljine - karakteristično za mikrovalno područje) je temeljno, budući da se u optičkom području koristi rezonator dimenzija L = ? (L je karakteristična veličina rezonatora, ? je valna duljina) jednostavno se ne može proizvesti, a kod L >> ? zatvoreni rezonator gubi svoja rezonantna svojstva jer broj mogućih vrsta oscilacija postaje toliki da se preklapaju.

Odsutnost bočnih stijenki značajno smanjuje broj mogućih vrsta oscilacija (modova) zbog činjenice da valovi koji se šire pod kutom u odnosu na os rezonatora brzo prelaze njegove granice i omogućuje održavanje rezonantnih svojstava rezonatora na L >> ?. No, rezonator u laseru ne samo da daje povratnu informaciju vraćajući zračenje reflektirano od zrcala na aktivnu tvar, već također određuje spektar laserskog zračenja, njegove energetske karakteristike i smjer zračenja.
U najjednostavnijoj aproksimaciji ravni val uvjet rezonancije u rezonatoru s ravnim zrcalima je da cijeli broj poluvalova stane duž duljine rezonatora: L=q(?/2) (q je cijeli broj), što dovodi do izraza za frekvenciju tip oscilacije s indeksom q: ?q= q(C/2L). Kao rezultat toga, spektar zračenja svjetlosti, u pravilu, je skup uskih spektralnih linija, intervali između kojih su identični i jednaki c/2L. Broj linija (komponenata) za određenu duljinu L ovisi o svojstvima aktivnog medija, tj. o spektru spontane emisije na korištenom kvantnom prijelazu i može doseći nekoliko desetaka i stotina. Pod određenim uvjetima, pokazalo se da je moguće izolirati jednu spektralnu komponentu, tj. implementirati jednomodni mod lasera. Spektralna širina svake komponente određena je gubicima energije u rezonatoru i, prije svega, prijenosom i apsorpcijom svjetlosti od zrcala.

Frekvencijski profil pojačanja u radnoj tvari (određen je širinom i oblikom linije radne tvari) i skup vlastitih frekvencija otvorenog rezonatora. Za otvorene rezonatore s visokim faktorom kvalitete koji se koriste u laserima, propusni pojas rezonatora ??p, koji određuje širinu rezonancijskih krivulja pojedinih modova, pa čak i udaljenost između susjednih modova ??h ispada da je manji od širine linije pojačanja. ??h, pa čak iu plinskim laserima, gdje je širenje linije najmanje. Zbog toga u krug pojačanja ulazi nekoliko vrsta oscilacija rezonatora.

Dakle, laser ne generira nužno na jednoj frekvenciji češće, naprotiv, generiranje se događa istovremeno na nekoliko vrsta vibracija, za koje pojačanje? više gubitaka u rezonatoru. Da bi laser radio na jednoj frekvenciji (u jednofrekventnom načinu rada), potrebno je, u pravilu, poduzeti posebne mjere (na primjer, povećati gubitke, kao što je prikazano na slici 3) ili promijeniti udaljenost između zrcala tako da samo jedan ulazi u krug pojačanja. Budući da je u optici, kao što je gore navedeno, ?h > ?p, a frekvencija generiranja u laseru određena je uglavnom frekvencijom rezonatora, kako bi se frekvencija generiranja održala stabilnom, potrebno je stabilizirati rezonator. Dakle, ako dobitak u radnoj tvari pokriva gubitke u rezonatoru za pojedine vrste oscilacija, na njima dolazi do generiranja. Začetak njegove pojave je, kao i kod svakog generatora, šum, koji predstavlja spontanu emisiju u laserima.
Da bi aktivni medij mogao emitirati koherentnu monokromatsku svjetlost, potrebno je uvesti povratnu spregu, tj. dio svjetlosnog toka koji emitira ovaj medij se usmjerava natrag u medij za stvaranje stimulirane emisije. Pozitivan Povratne informacije provodi se pomoću optičkih rezonatora, koji su u osnovnoj verziji dva koaksijalna (paralelna i duž iste osi) zrcala, od kojih je jedno prozirno, a drugo je "gluho", tj. potpuno reflektira svjetlosni tok. Radna tvar (aktivni medij) u kojoj se stvara inverzna naseljenost nalazi se između zrcala. Stimulirano zračenje prolazi kroz aktivni medij, pojačava se, odbija od zrcala, ponovno prolazi kroz medij i dalje se pojačava. Kroz prozirno zrcalo dio zračenja se emitira u vanjski okoliš, a dio se reflektira natrag u okoliš i ponovno pojačava. Pod određenim uvjetima, tok fotona unutar radne tvari počet će rasti poput lavine i započet će stvaranje monokromatske koherentne svjetlosti.

Princip rada optičkog rezonatora, pretežni broj čestica radne tvari, prikazanih otvorenim kružićima, nalazi se u osnovnom stanju, tj. na nižoj energetskoj razini. Samo mali broj čestica, predstavljenih tamnim krugovima, nalazi se u elektronički pobuđenom stanju. Kada se radna tvar izloži izvoru pumpanja, većina čestica prelazi u pobuđeno stanje (povećan je broj tamnih krugova) i stvara se inverzna naseljenost. Zatim (slika 2c) dolazi do spontane emisije nekih čestica koje se javljaju u elektronički pobuđenom stanju. Zračenje usmjereno pod kutom prema osi rezonatora napušta radnu tvar i rezonator. Zračenje, koje je usmjereno duž osi rezonatora, približit će se površini zrcala.

Za prozirno zrcalo, dio zračenja će proći kroz njega u okoliš, a dio će se reflektirati i ponovno usmjeriti u radnu tvar, uključujući čestice u pobuđenom stanju u proces stimulirane emisije.

Na "gluhom" zrcalu će se cijeli tok zračenja reflektirati i ponovno proći kroz radnu tvar, inducirajući zračenje svih preostalih pobuđenih čestica, što odražava situaciju kada su sve pobuđene čestice predale svoju pohranjenu energiju, a na izlazu rezonatoru, na strani prozirnog zrcala, nastao je snažan tok induciranog zračenja.

Osnovni, temeljni konstruktivni elementi laseri uključuju radnu tvar s određenim energetskim razinama svojih sastavnih atoma i molekula, izvor pumpe koji stvara inverznu naseljenost u radnoj tvari i optički rezonator. Postoji veliki broj različitih lasera, ali svi su isti i jednostavni shematski dijagram uređaj, koji je prikazan na sl. 3.

Izuzetak su poluvodički laseri zbog svoje specifičnosti, jer kod njih je sve posebno: fizika procesa, način crpljenja i dizajn. Poluvodiči su kristalne tvorevine. U pojedinom atomu energija elektrona poprima strogo određene diskretne vrijednosti, pa se energetska stanja elektrona u atomu opisuju jezikom razina. U poluvodičkom kristalu energetske razine tvore energetske vrpce. U čistom poluvodiču koji ne sadrži nikakve nečistoće postoje dva pojasa: tzv. valentni pojas i vodljivi pojas koji se nalazi iznad njega (na energetskoj ljestvici).

Između njih postoji razmak zabranjenih energetskih vrijednosti, koji se naziva pojasni razmak. Pri temperaturi poluvodiča jednakoj apsolutnoj nuli, valentni pojas trebao bi biti potpuno ispunjen elektronima, a vodljivi pojas trebao bi biti prazan. U stvarnim uvjetima temperatura je uvijek iznad apsolutne nule. Ali povećanje temperature dovodi do toplinske ekscitacije elektrona, neki od njih skaču iz valentnog pojasa u vodljivi pojas.

Kao rezultat ovog procesa, određeni (relativno mali) broj elektrona pojavljuje se u vodljivom pojasu, a odgovarajući broj elektrona će nedostajati u valentnom pojasu dok se on potpuno ne ispuni. Slobodno mjesto elektrona u valentnom pojasu predstavlja pozitivno nabijena čestica, koja se naziva šupljina. Kvantni prijelaz elektrona kroz zabranjeni pojas od dna prema vrhu smatra se procesom stvaranja para elektron-šupljina, pri čemu su elektroni koncentrirani na donjem rubu vodljivog pojasa, a šupljine na gornjem rubu valentnog pojasa. Prijelazi kroz zabranjenu zonu mogući su ne samo odozdo prema gore, već i odozgo prema dolje. Taj se proces naziva rekombinacija elektron-rupa.

Kada se čisti poluvodič obasja svjetlošću čija energija fotona malo premašuje zabranjeni pojas, u kristalu poluvodiča mogu se pojaviti tri vrste interakcije svjetlosti s materijom: apsorpcija, spontana emisija i stimulirana emisija svjetlosti. Prvi tip interakcije moguć je kada foton apsorbira elektron koji se nalazi blizu gornjeg ruba valentnog pojasa. U tom će slučaju energetska snaga elektrona postati dovoljna za prevladavanje zabranjenog pojasa, te će izvršiti kvantni prijelaz u vodljivi pojas. Spontana emisija svjetlosti moguća je kada se elektron spontano vrati iz vodljivog pojasa u valentni pojas uz emisiju kvanta energije - fotona. Vanjsko zračenje može inicirati prijelaz u valentni pojas elektrona koji se nalazi blizu donjeg ruba vodljivog pojasa. Rezultat ove treće vrste interakcije svjetlosti s poluvodičkom supstancom bit će rađanje sekundarnog fotona, identičnog po svojim parametrima i smjeru kretanja fotonu koji je započeo prijelaz.

Za generiranje laserskog zračenja potrebno je stvoriti inverznu populaciju "radnih razina" u poluvodiču - stvoriti dovoljno visoku koncentraciju elektrona na donjem rubu vodljivog pojasa i odgovarajuću visoku koncentraciju rupa na rubu vodljivog pojasa. valentni pojas. U ove svrhe, čisti poluvodički laseri se obično pumpaju strujom elektrona.

Zrcala rezonatora su polirani rubovi poluvodičkog kristala. Nedostatak takvih lasera je što mnogi poluvodički materijali generiraju lasersko zračenje samo na vrlo visokoj razini niske temperature, a bombardiranje kristala poluvodiča strujom elektrona uzrokuje njihovo jako zagrijavanje. To zahtijeva dodatne uređaje za hlađenje, što komplicira dizajn uređaja i povećava njegove dimenzije.

Svojstva poluvodiča s primjesama bitno se razlikuju od svojstava čistih poluvodiča bez primjesa. To je zbog činjenice da atomi nekih nečistoća lako predaju jedan od svojih elektrona vodljivom pojasu. Te se nečistoće nazivaju donorske nečistoće, a poluvodič s takvim nečistoćama naziva se n-poluvodič. Atomi drugih nečistoća, naprotiv, hvataju jedan elektron iz valentnog pojasa i takve su nečistoće akceptorske, a poluvodič s takvim nečistoćama je p-poluvodič. Razina energije atomi nečistoća nalaze se unutar zabranjenog pojasa: za n-poluvodiče - blizu donjeg ruba vodljivog pojasa, za /-poluvodiče - blizu gornjeg ruba valentnog pojasa.

Ako se u tom području stvori električni napon tako da na strani p-poluvodiča postoji pozitivan, a na strani n-poluvodiča negativan pol, tada pod utjecajem električnog polja elektroni iz n-poluvodiča poluvodiča i rupa iz /^-poluvodiča će se kretati (injektirati) u područje p-n- tranzicija.

Kada se elektroni i šupljine rekombiniraju, emitirat će se fotoni, a u prisutnosti optičkog rezonatora može se generirati lasersko zračenje.

Ogledala optičkog rezonatora su polirani rubovi poluvodičkog kristala, okomito orijentirani p-n ravnina- tranzicija. Takvi laseri su minijaturni, budući da veličina poluvodičkog aktivnog elementa može biti oko 1 mm.

Ovisno o karakteristikama koje se razmatraju, svi se laseri dijele na sljedeći način).

Prvi znak. Uobičajeno je razlikovati laserska pojačala i generatore. U pojačalima se na ulazu dovodi slabo lasersko zračenje, a na izlazu se odgovarajuće pojačava. U generatorima nema vanjskog zračenja, ono nastaje u radnoj tvari zbog njezine pobude različitim izvorima pumpe. Svi medicinski laserski uređaji su generatori.

Drugi znak je agregatno stanje radne tvari. U skladu s tim laseri se dijele na čvrste (rubin, safir itd.), plinske (helij-neon, helij-kadmij, argon, ugljični dioksid itd.), tekuće (tekući dielektrik s nečistoćama radnih atoma rijetkih zemni metali) i poluvodički (arsenid -galij, galijev arsenid fosfid, olovni selenid itd.).

Metoda pobuđivanja radne tvari treća je posebnost lasera. Ovisno o izvoru pobude, razlikuju se laseri: laseri s optičkim pumpanjem, laseri s pumpanjem plinskim izbojem, laseri s elektronskom pobudom, ubrizgavanjem nositelja naboja, termički pumpani, kemijski pumpani i neki drugi.

Spektar laserske emisije sljedeća je klasifikacijska karakteristika. Ako je zračenje koncentrirano u uskom rasponu valnih duljina, tada se laser smatra monokromatskim i njegovi tehnički podaci ukazuju na određenu valnu duljinu; ako je u širokom rasponu, tada se laser treba smatrati širokopojasnim i naveden je raspon valnih duljina.

Na temelju prirode emitirane energije razlikuju se impulsni laseri i laseri s kontinuiranim zračenjem. Ne treba brkati pojmove pulsirajućeg lasera i lasera s frekvencijskom modulacijom kontinuiranog zračenja, budući da u drugom slučaju zapravo primamo isprekidano zračenje različitih frekvencija. Pulsirajući laseri imaju veliku snagu u jednom impulsu, koja doseže 10 W, dok je njihova prosječna snaga impulsa, određena odgovarajućim formulama, relativno mala. Kod kontinuirano frekvencijski moduliranih lasera snaga u tzv. pulsu manja je od snage kontinuiranog zračenja.

Na temelju prosječne izlazne snage zračenja (sljedeća klasifikacijska karakteristika), laseri se dijele na:

· visokoenergetski (generirana gustoća toka snage zračenja na površini predmeta ili biološkog objekta je preko 10 W/cm2);

· srednje energije (gustoća toka snage generiranog zračenja - od 0,4 do 10 W/cm2);

· niskoenergetski (generirana gustoća toka snage zračenja manja je od 0,4 W/cm2).

· meki (generirana energija zračenja - E ili gustoća toka snage na ozračenoj površini - do 4 mW/cm2);

· prosjek (E - od 4 do 30 mW / cm2);

· tvrdi (E - više od 30 mW/cm2).

U skladu s " Sanitarni standardi i pravila za dizajn i rad lasera br. 5804-91”, prema stupnju opasnosti od generiranog zračenja za operativno osoblje, laseri se dijele u četiri klase.

U prvorazredne lasere ubrajaju se takvi tehnički uređaji čije izlazno kolimirano (u ograničenom prostornom kutu) zračenje ne predstavlja opasnost pri ozračivanju ljudskih očiju i kože.

Laseri druge klase su uređaji čije izlazno zračenje predstavlja opasnost pri ozračivanju očiju izravnim i zrcalno reflektiranim zračenjem.

Laseri treće klase su uređaji čije izlazno zračenje predstavlja opasnost pri zračenju očiju izravnim i zrcalno reflektiranim, kao i difuzno reflektiranim zračenjem na udaljenosti od 10 cm od difuzno reflektirajuće površine i (ili) pri zračenju kože s izravno i zrcalno reflektirano zračenje.

Laseri klase 4 su uređaji čije izlazno zračenje predstavlja opasnost kada je koža ozračena difuzno reflektiranim zračenjem na udaljenosti od 10 cm od difuzno reflektirajuće površine.

Moguće je izraditi kućnu građevinsku razinu, pri stvaranju svjetlosnih efekata pri uređenju kućne diskoteke, za dodatni stražnji signal za automobile, motocikle, bicikle itd.

Laserska dioda je poluvodički kristal izrađen u obliku tanke pravokutne ploče. Zraka prolazi kroz sabirnu leću i predstavlja tanku liniju; kada se siječe s površinom, vidimo točku. Da biste dobili vidljivu liniju, možete postaviti cilindričnu leću ispred laserske zrake. Prelomljena zraka izgledat će poput lepeze.

Napravio sam ga od lasera od 5mW, napona napajanja 3V s AliExpressa. Unatoč maloj snazi ​​laserskog odašiljača, potrebno je pridržavati se osnovnih sigurnosnih mjera da se zraka ne usmjeri u oči.

Cijeli proces izrade pogledajte u videu:

Popis alata i materijala
-laserski emiter 5mW, 3V (link na laser)
-odvijač; škare;
- lemilica;
-kambrik; folijski tekstolit;
- dvije baterije od 1,5 V;
- spojne žice; kućište odjeljka za baterije s gumbom za uključivanje prednjih svjetala;
-5 Ohm otpornik;
-LED sa prozirnom žaruljom;
- limena traka.

Prvi korak. Izrada laserske ploče.

Mogućnost da se od nekorištene ili dotrajale opreme napravi nešto korisno privlači mnoge kućne majstore. Jedan takav koristan uređaj je laserski rezač. Imajući takav uređaj na raspolaganju (neki ga čak izrađuju od običnog laserskog pokazivača), možete izvesti dekorativni dizajn proizvodi od raznih materijala.

Koji će materijali i mehanizmi biti potrebni

Za izradu jednostavnog laserskog rezača vlastitim rukama trebat će vam sljedeći materijali i tehnički uređaji:

• laserski pokazivač;
• obična svjetiljka opremljena punjivim baterijama;
• stari pogon za snimanje (CD/DVD-RW), opremljen sa laserski pokretan(uopće nije nužno da je takav pogon u radnom stanju);
• lemilica;
• set bravarskih alata.

Tako možete napraviti jednostavan uređaj za lasersko rezanje koristeći materijale koje je lako pronaći u vašoj kućnoj radionici ili garaži.

Postupak izrade jednostavnog laserskog rezača

Glavni radni element domaći rezač Predloženi dizajn je laserski element pogona diska računala. Trebali biste odabrati model pogona za pisanje jer laser u takvim uređajima ima veću snagu, što vam omogućuje snimanje zapisa na površini diska instaliranog u njima. Dizajn pogona diska za čitanje također sadrži laserski emiter, ali je njegova snaga, koja se koristi samo za osvjetljavanje diska, mala.

Laserski odašiljač, koji je opremljen diskovnim pogonom za snimanje, postavljen je na posebna kolica koja se mogu kretati u dva smjera. Da biste uklonili emiter iz kolica, potrebno ga je osloboditi od velikog broja pričvrsnih elemenata i odvojivih uređaja. Treba ih ukloniti vrlo pažljivo kako se ne bi oštetio laserski element. Osim uobičajenih alata, za uklanjanje crvene laserske diode (a to je ono što vam je potrebno za opremanje domaćeg laserskog rezača), trebat će vam lemilo za pažljivo oslobađanje diode od postojećih lemljenih spojeva. Prilikom uklanjanja odašiljača iz njegovog ležišta, trebali biste biti pažljivi i pažljivi da ga ne izložite jakom mehaničkom naprezanju, koje bi moglo uzrokovati njegov kvar.

Odašiljač, uklonjen s pogona pisaćeg računala, mora se ugraditi umjesto LED-a koji je izvorno bio opremljen laserskim pokazivačem. Za izvođenje ovog postupka, laserski pokazivač mora se rastaviti, podijeliti njegovo tijelo na dva dijela. Na njihovom vrhu nalazi se LED dioda koju treba ukloniti i zamijeniti laserskim emiterom s diska računala. Prilikom pričvršćivanja takvog odašiljača u tijelo pokazivača, možete koristiti ljepilo (važno je samo osigurati da se oko odašiljača nalazi strogo u središtu rupe namijenjene za izlazak zrake).

Napon koji generiraju izvori napajanja u laserskom pokazivaču nije dovoljan da osigura učinkovitost korištenja laserskog rezača, stoga ih nije preporučljivo koristiti za opremanje takvog uređaja. Za najjednostavniji laserski rezač prikladne su punjive baterije koje se koriste u običnoj električnoj svjetiljki. Stoga, poravnavanjem donjeg dijela svjetiljke, u kojem se nalaze njezine baterije, s gornji dio Korištenjem laserskog pokazivača, gdje se već nalazi emiter iz pogona diska računala, možete dobiti potpuno funkcionalan laserski rezač. Prilikom izvođenja takve kombinacije vrlo je važno održavati polaritet baterija koje će napajati emiter.

Prije sastavljanja domaćeg ručnog laserskog rezača predloženog dizajna, potrebno je ukloniti staklo ugrađeno u njega s vrha pokazivača, što će ometati prolaz laserske zrake. Osim toga, morate još jednom provjeriti ispravan spoj odašiljača s baterijama, kao i koliko je točno njegovo oko smješteno u odnosu na izlazni otvor vrha pokazivača. Nakon što su svi strukturni elementi čvrsto spojeni jedni s drugima, možete početi koristiti rezač.

Naravno, s takvim laserom male snage neće biti moguće rezati metalni lim i neće biti prikladan za obradu drva, ali je prikladan za rješavanje jednostavnih problema povezanih s rezanjem kartona ili tankih polimernih ploča.

Koristeći gore opisani algoritam, moguće je proizvesti snažniji laserski rezač, malo poboljšavajući predloženi dizajn. Konkretno, takav uređaj mora biti dodatno opremljen elementima kao što su:

• kondenzatori čiji je kapacitet 100 pF i 100 mF;
• otpornici s parametrima 2-5 Ohma;
• kolimator - uređaj koji služi za prikupljanje svjetlosnih zraka koje prolaze kroz njega u uski snop;
• LED svjetiljka sa čeličnim tijelom.

Kondenzatori i otpornici u dizajnu takvog laserskog rezača neophodni su kako bi se stvorio pokretač kroz koji će električna energija teći od baterija do laserskog emitera. Ako ne koristite upravljački program i primijenite struju izravno na odašiljač, potonji bi mogao odmah propasti. Unatoč većoj snazi, takav laserski stroj neće raditi za rezanje šperploče, debele plastike, a posebno metala.

Kako napraviti moćniji uređaj

Domaći obrtnici često su zainteresirani za snažnije laserske strojeve koje mogu napraviti vlastitim rukama. Sasvim je moguće napraviti laser za rezanje šperploče vlastitim rukama, pa čak i laserski rezač za metal, ali za to morate nabaviti odgovarajuće komponente. U ovom slučaju, bolje je odmah napraviti vlastiti laserski stroj, koji će imati pristojnu funkcionalnost i raditi u automatskom načinu rada, kontroliran vanjskim računalom.

Ovisno o tome jeste li zainteresirani za DIY ili vam je potreban uređaj za obradu drva i drugih materijala, trebali biste pravilno odabrati glavni element takve opreme - laserski emiter, čija snaga može biti različita. Prirodno, lasersko rezanjeŠperploča "uradi sam" radi se s uređajem manje snage, a laser za rezanje metala mora biti opremljen emiterom čija je snaga najmanje 60 W.

Da biste napravili punopravni laserski stroj, uključujući i rezanje metala vlastitim rukama, trebat će vam sljedeće Potrošni materijal i komponente:

1. kontroler koji će biti odgovoran za komunikaciju između vanjskog računala i elektroničkih komponenti samog uređaja, čime se osigurava kontrola njegovog rada;
2. elektronička ploča opremljena informacijskim zaslonom;
3. laser (njegova se snaga odabire ovisno o materijalima za koje će se koristiti rezač koji se proizvodi);
4. koračni motori, koji će biti odgovorni za pomicanje radne površine uređaja u dva smjera (koračni motori iz nekorištenih pisača ili DVD playera mogu se koristiti kao takvi motori);
5. rashladni uređaj za emiter;
6. DC-DC regulator, koji će kontrolirati količinu napona dovedenu na elektroničku ploču odašiljača;
7. tranzistori i elektroničke ploče za upravljanje koračnim motorima rezača;
8. granični prekidači;
9. remenice za ugradnju zupčastih remena i samih remena;
10. kućište, čija veličina omogućuje postavljanje svih elemenata sastavljene konstrukcije u njega;
11. kuglični ležajevi raznih promjera;
12. vijci, matice, vijci, spojnice i stezaljke;
13. drvene ploče, iz kojeg će se izraditi radni okvir rezača;
14. metalne šipke promjera 10 mm, koje će se koristiti kao elementi za vođenje;
15. računalo i USB kabel s kojim će se spojiti na kontroler rezača;
16. set bravarskih alata.

Ako planirate koristiti laserski stroj za metalne radove "uradi sam", tada njegov dizajn mora biti ojačan da izdrži težinu metalnog lima koji se obrađuje.

Prisutnost računala i kontrolera u dizajnu takvog uređaja omogućuje mu da se koristi ne samo kao laserski rezač, već i kao stroj za graviranje. Pomoću ove opreme, čiji rad kontrolira poseban računalni program, moguće je nanositi složene uzorke i natpise na površinu izratka s visokom preciznošću i detaljima. Odgovarajući program može se naći besplatno dostupan na Internetu.

Po dizajnu, laserski stroj, koji možete sami izraditi, je uređaj tipa shuttle. Njegovi pokretni i vodeći elementi odgovorni su za pomicanje radne glave duž osi X i Y. Os Z je dubina rezanja materijala koji se obrađuje. Za pomicanje radne glave laserskog rezača prikazanog dizajna, kao što je gore spomenuto, odgovorni su koračni motori koji su pričvršćeni na nepomične dijelove okvira uređaja i povezani s pokretnim elementima pomoću zupčastih remenova.

Klizna potporna glava s laserom i radijatorom Sklop nosača

Postavljanje kočije na postolje

Izrada snažnog gorućeg lasera vlastitim rukama nije težak zadatak, međutim, osim mogućnosti korištenja lemilice, morat ćete biti pažljivi i pažljivi u svom pristupu. Odmah je vrijedno napomenuti da ovdje nije potrebno duboko znanje iz područja elektrotehnike, a uređaj možete napraviti čak i kod kuće. Glavna stvar pri radu je poduzeti mjere opreza, jer je izlaganje laserskoj zraci štetno za oči i kožu.

Laser je opasna igračka koja može štetiti zdravlju ako se neoprezno koristi. Ne usmjeravajte laser prema ljudima ili životinjama!

Što će vam trebati?

Svaki laser se može podijeliti u nekoliko komponenti:

• emiter svjetlosnog toka;
• optika;
• napajanje;
• stabilizator napajanja strujom (driver).

Da biste napravili snažan domaći laser, morat ćete razmotriti sve ove komponente zasebno. Najpraktičniji i najlakši za sastavljanje je laser koji se temelji na laserskoj diodi, što ćemo razmotriti u ovom članku.

Gdje mogu nabaviti diodu za laser?

Radni element svakog lasera je laserska dioda. Možete ga kupiti u gotovo svakoj trgovini radija ili ga nabaviti s CD pogona koji ne radi. Činjenica je da se neispravnost pogona rijetko povezuje s kvarom laserske diode. Ako imate pokvaren pogon, možete dodatni troškovi dobiti traženi element. Ali morate uzeti u obzir da njegova vrsta i svojstva ovise o modifikaciji pogona.

Najslabiji laser, koji radi u infracrvenom području, ugrađen je u CD-ROM pogone. Njegova snaga dovoljna je samo za čitanje CD-a, a snop je gotovo nevidljiv i ne može spaljivati ​​predmete. CD-RW ima ugrađenu jaču lasersku diodu, pogodnu za snimanje i dizajniranu za istu valnu duljinu. Smatra se najopasnijim, jer emitira zraku u zoni spektra nevidljivoj oku.

DVD-ROM pogon je opremljen s dvije slabe laserske diode čija je energija dovoljna samo za čitanje CD-a i DVD diskovi. DVD-RW snimač sadrži crveni laser velike snage. Njegov snop je vidljiv pri bilo kojem svjetlu i lako može zapaliti određene predmete.

BD-ROM sadrži ljubičasti ili plavi laser, koji je po parametrima sličan analogu s DVD-ROM-a. Od BD-RE snimača možete dobiti najjaču lasersku diodu s prekrasnom ljubičastom ili plavom zrakom koja može gorjeti. Međutim, pronaći takav pogon za rastavljanje prilično je teško, a radni uređaj je skup.

Najprikladnija je laserska dioda preuzeta s DVD-RW pogona. Najkvalitetnije laserske diode ugrađene su u pogone LG, Sony i Samsung.

Što je veća brzina pisanja DVD pogona, to je snažnija laserska dioda ugrađena u njega.

Demontaža pogona

Imajući pogon ispred sebe, najprije uklonite gornji poklopac odvrtanjem 4 vijka. Zatim uklonite pokretni mehanizam, koji se nalazi u središtu i povezan s isprintana matična ploča savitljivi kabel. Sljedeći cilj je laserska dioda, sigurno utisnuta u radijator od legure aluminija ili duraluminija. Preporuča se osigurati zaštitu od statičkog elektriciteta prije rastavljanja. Da biste to učinili, izvodi laserske diode su zalemljeni ili omotani tankom bakrenom žicom.

Dalje, postoje dvije moguće opcije. Prvi uključuje rad gotovog lasera u obliku stacionarne instalacije zajedno sa standardnim radijatorom. Druga opcija je sastavljanje uređaja u kućište prijenosne svjetiljke ili laserskog pokazivača. U tom slučaju morat ćete primijeniti silu kako biste prerezali ili prepilili radijator bez oštećenja elementa koji zrači.

Vozač

S napajanjem lasera mora se postupati odgovorno. Kao i kod LED dioda, to mora biti stabilizirani izvor struje. Na internetu postoji mnogo sklopova koji se napajaju baterijom ili akumulatorom preko graničnog otpornika. Upitna je dostatnost ovog rješenja, jer se napon na bateriji ili bateriji mijenja ovisno o razini napunjenosti. U skladu s tim, struja koja teče kroz diodu koja emitira laser uvelike će odstupati od nazivne vrijednosti. Kao rezultat toga, uređaj neće raditi učinkovito na niskim strujama, a na velikim strujama to će dovesti do brzog smanjenja intenziteta njegovog zračenja.

Najbolja opcija je korištenje jednostavnog stabilizatora struje izgrađenog na bazi. Ovaj mikro krug spada u kategoriju univerzalnih integriranih stabilizatora s mogućnošću samostalnog podešavanja izlazne struje i napona. Mikrokrug radi u širokom rasponu ulaznih napona: od 3 do 40 volti.

Analog LM317 je domaći čip KR142EN12.

Za prvi laboratorijski pokus prikladan je donji dijagram. Jedini otpornik u krugu izračunava se pomoću formule: R=I/1,25, gdje je I nazivna struja laser (referentna vrijednost).

Ponekad se na izlazu stabilizatora paralelno s diodom postavljaju polarni kondenzator od 2200 μFx16 V i nepolarni kondenzator od 0,1 μF. Njihovo sudjelovanje je opravdano u slučaju napajanja napona na ulazu iz stacionarnog izvora napajanja, koji može propustiti beznačajnu izmjeničnu komponentu i impulsni šum. Jedan od tih krugova, napajan Krona baterijom ili malom baterijom, prikazan je u nastavku.

Dijagram prikazuje približnu vrijednost otpornika R1. Da biste ga točno izračunali, morate koristiti gornju formulu.

Sakupivši električni dijagram, možete izvršiti preliminarno uključivanje i, kao dokaz operativnosti kruga, promatrati jarko crvenu raspršenu svjetlost emitirajuće diode. Nakon mjerenja njegove stvarne struje i tjelesne temperature, vrijedi razmisliti o potrebi ugradnje radijatora. Ako će se laser koristiti u stacionarnoj instalaciji na visokim strujama dulje vrijeme, tada se mora osigurati pasivno hlađenje. Sada je preostalo vrlo malo za postizanje cilja: fokusiranje i dobivanje uskog snopa velike snage.

Optika

Znanstveno rečeno, vrijeme je da se napravi jednostavan kolimator, uređaj za proizvodnju snopova paralelnih svjetlosnih zraka. Idealna opcija U tu svrhu postoji standardni objektiv uzet iz pogona. Uz njegovu pomoć možete dobiti prilično tanku lasersku zraku promjera oko 1 mm. Količina energije takve zrake dovoljna je da u nekoliko sekundi sagori papir, tkaninu i karton, otopi plastiku i izgori drvo. Ako fokusirate tanju zraku, ovaj laser može rezati šperploču i pleksiglas. No postavljanje i sigurno pričvršćivanje leće na pogon prilično je teško zbog male žarišne duljine.

Mnogo je lakše izgraditi kolimator na temelju laserskog pokazivača. Osim toga, njegovo kućište može primiti vozač i malu bateriju. Izlaz će biti zraka promjera oko 1,5 mm i manjeg učinka gorenja. Za maglovitog vremena ili obilnog snijega možete promatrati nevjerojatne svjetlosne efekte usmjeravanjem svjetlosnog toka u nebo.

Putem internetske trgovine možete kupiti gotov kolimator, posebno dizajniran za montažu i podešavanje lasera. Njegovo tijelo služit će kao radijator. Poznavanje veličina svih komponente uređaja, možete kupiti jeftinu LED svjetiljku i koristiti njeno kućište.

Zaključno, želio bih dodati nekoliko fraza o opasnostima laserskog zračenja. Prvo, nikada ne usmjeravajte lasersku zraku u oči ljudi ili životinja. To dovodi do ozbiljnog oštećenja vida. Drugo, nosite zelene naočale kada eksperimentirate s crvenim laserom. One blokiraju prolaz većine crvenog dijela spektra. Količina propuštene svjetlosti kroz naočale ovisi o valnoj duljini zračenja. Gledanje sa strane u lasersku zraku bez zaštitne opreme dopušteno je samo kratko vrijeme. U protivnom može doći do bolova u očima.

Pročitajte također