Jak zrobić laser w domu. Wycinarka laserowa DIY do cięcia sklejki, drewna, metalu: wskazówki montażowe

Ostrzeżenie!

Dowiedzmy Się.

Gotowanie.

Jest to niezbędne minimum do wykonania prostego modelu sterownika. Sterownik to tak naprawdę płytka, na którą wyprowadzimy naszą diodę laserową pożądana moc. Nie warto podłączać źródła zasilania bezpośrednio do diody laserowej - zawiedzie. Dioda laserowa musi być zasilana prądem, a nie napięciem.

Kolimator jest w rzeczywistości modułem z soczewką, która redukuje całe promieniowanie do wąskiej wiązki. Gotowe kolimatory można kupić w sklepach radiowych. Te już mają wygodne miejsce zainstalować diodę laserową, a koszt to 200-500 rubli.

Można też użyć kolimatora z chińskiego wskaźnika, jednak dioda laserowa będzie trudna do naprawienia, a sam korpus kolimatora najprawdopodobniej będzie wykonany z metalizowanego tworzywa sztucznego. Więc nasza dioda będzie słabo chłodzona. Ale to też jest możliwe. Tę opcję można zobaczyć na końcu artykułu.

My robimy.

Zaleca się stosowanie antystatycznej opaski na nadgarstek, ponieważ dioda laserowa jest bardzo wrażliwa na elektryczność statyczną. Jeśli nie ma bransoletki, możesz owinąć przewody diody cienkim drutem, czekając na instalację w obudowie.

Schemat pokazuje kondensator 200 mF, jednak 50-100 mF wystarcza do przenoszenia.

Próbujemy.

Wygląda okropnie, ale działa!

Estetyka.

Jest to opcja przy minimalnych kosztach - używany jest kolimator z chińskiego wskaźnika:

Użycie fabrycznego modułu da następujące rezultaty:

Promień lasera jest widoczny wieczorem:

I oczywiście w ciemności:

Może.

Trzeba pamiętać.

Dzisiaj porozmawiamy o tym, jak zrobić własny potężny zielony lub niebieski laser w domu z improwizowanych materiałów własnymi rękami. Rozważymy również rysunki, schematy i urządzenie domowych wskaźników laserowych z wiązką zapłonową i zasięgiem do 20 km.

Podstawą urządzenia laserowego jest optyczny generator kwantowy, który za pomocą energii elektrycznej, termicznej, chemicznej lub innej wytwarza wiązkę laserową.

Działanie lasera opiera się na zjawisku promieniowania wymuszonego (indukowanego). Promieniowanie laserowe może być ciągłe, o stałej mocy lub pulsacyjne, osiągając bardzo wysokie szczytowe moce. Istota zjawiska polega na tym, że wzbudzony atom jest w stanie wyemitować foton pod wpływem innego fotonu bez jego absorpcji, jeżeli energia tego ostatniego jest równa różnicy energii poziomów atomu przed i po emisja. W tym przypadku emitowany foton jest koherentny z fotonem, który spowodował promieniowanie, czyli jest jego dokładną kopią. W ten sposób wzmacnia się światło. Zjawisko to różni się od emisji spontanicznej, w której emitowane fotony mają losowe kierunki propagacji, polaryzację i fazę.
Prawdopodobieństwo, że przypadkowy foton wywoła wymuszoną emisję wzbudzonego atomu, jest dokładnie równe prawdopodobieństwu absorpcji tego fotonu przez atom w stanie niewzbudzonym. Dlatego, aby wzmocnić światło, konieczne jest, aby w ośrodku było więcej atomów wzbudzonych niż niewzbudzonych. W stanie równowagi warunek ten nie jest spełniony, więc używamy różne systemy pompowanie laserowego ośrodka aktywnego (optycznego, elektrycznego, chemicznego itp.). W niektórych schematach element roboczy lasera służy jako wzmacniacz optyczny dla promieniowania z innego źródła.

W generatorze kwantowym nie ma zewnętrznego strumienia fotonów, w nim tworzona jest odwrotna populacja za pomocą różne źródła pompowanie. W zależności od źródeł są różne drogi pompowanie:
optyczny - mocna lampa błyskowa;
wyładowanie gazu w substancji roboczej (ośrodku aktywnym);
wtrysk (przeniesienie) nośników prądu w półprzewodniku w strefie
przejścia p-n;
wzbudzenie elektroniczne (napromieniowanie próżniowe czystego półprzewodnika strumieniem elektronów);
termiczny (ogrzewanie gazu z późniejszym szybkim schładzaniem;
chemiczny (energetyczny reakcje chemiczne) i kilka innych.

Podstawowym źródłem generacji jest proces emisji spontanicznej, dlatego dla zapewnienia ciągłości generacji fotonów konieczne jest dodatnie sprzężenie zwrotne, dzięki któremu emitowane fotony powodują kolejne akty emisji wymuszonej. W tym celu ośrodek aktywny lasera umieszcza się w rezonatorze optycznym. W najprostszym przypadku składa się z dwóch zwierciadeł, z których jedno jest półprzezroczyste - wiązka lasera częściowo wychodzi przez nie z rezonatora.

Odbijając się od luster, wiązka promieniowania wielokrotnie przechodzi przez rezonator, powodując w nim indukowane przejścia. Promieniowanie może być ciągłe lub pulsacyjne. Jednocześnie stosując różne urządzenia do szybkiego wyłączania i włączania sprzężenia zwrotnego, a tym samym skracania okresu impulsu, można stworzyć warunki do generowania promieniowania o bardzo dużej mocy - są to tak zwane gigantyczne impulsy. Ten tryb działania lasera nazywany jest trybem Q-switched.
Wiązka laserowa jest spójną, monochromatyczną, spolaryzowaną wąską wiązką światła. Jednym słowem jest to wiązka światła emitowana nie tylko przez źródła synchroniczne, ale również w bardzo wąskim zakresie i ukierunkowana. Rodzaj niezwykle skoncentrowanego strumienia świetlnego.

Promieniowanie generowane przez laser jest monochromatyczne, prawdopodobieństwo wyemitowania fotonu o określonej długości fali jest większe niż fotonu bliskiego związanego z poszerzeniem linii widmowej, a prawdopodobieństwo indukowanych przejść przy tej częstotliwości również ma maksimum . Dlatego stopniowo w procesie generowania fotony o danej długości fali będą dominować nad wszystkimi innymi fotonami. Dodatkowo dzięki specjalnemu rozmieszczeniu zwierciadeł w wiązce laserowej magazynowane są tylko te fotony, które rozchodzą się w kierunku równoległym do osi optycznej rezonatora w niewielkiej odległości od niego, reszta fotonów szybko opuszcza objętość rezonatora . Zatem wiązka laserowa ma bardzo mały kąt rozbieżności. Wreszcie wiązka lasera ma ściśle określoną polaryzację. W tym celu do rezonatora wprowadza się różne polaryzatory, na przykład mogą to być płaskie szklane płytki zainstalowane pod kątem Brewstera do kierunku propagacji wiązki laserowej.

To, jaki płyn roboczy jest używany w laserze, zależy od jego roboczej długości fali, a także innych właściwości. Ciało robocze jest „pompowane” energią w celu uzyskania efektu inwersji populacji elektronów, co powoduje wymuszoną emisję fotonów i efekt wzmocnienia optycznego. Najprostszą formą rezonatora optycznego są dwa równoległe zwierciadła (może być ich też cztery lub więcej) rozmieszczone wokół korpusu roboczego lasera. Stymulowane promieniowanie ciała roboczego jest odbijane z powrotem przez lustra i ponownie wzmacniane. Do momentu wyjścia na zewnątrz fala może odbijać się wielokrotnie.

Sformułujmy więc pokrótce warunki niezbędne do stworzenia źródła światła spójnego:

potrzebujesz substancji roboczej z odwrotną populacją. Tylko wtedy możliwe jest uzyskanie wzmocnienia światła dzięki wymuszonym przejściom;
substancję roboczą należy umieścić między lustrami, które zapewniają sprzężenie zwrotne;
wzmocnienie od substancji roboczej, co oznacza, że ​​liczba wzbudzonych atomów lub cząsteczek w substancji roboczej musi być większa niż wartość progowa, która zależy od współczynnika odbicia zwierciadła wyjściowego.

W projektowaniu laserów można zastosować następujące typy ciał roboczych:

Płyn. Jest stosowany jako płyn roboczy, na przykład w laserach barwnikowych. Skład zawiera Rozpuszczalnik organiczny(metanol, etanol lub glikol etylenowy), w których rozpuszcza się barwniki chemiczne (kumaryna lub rodamina). Długość fali roboczej laserów ciekłych jest określona przez konfigurację zastosowanych cząsteczek barwnika.

Gazy. W szczególności dwutlenek węgla, argon, krypton lub mieszaniny gazów, jak w laserach helowo-neonowych. "Pompowanie" energii tych laserów odbywa się najczęściej za pomocą wyładowań elektrycznych.
Ciała stałe (kryształy i szkła). Materiał stały takich ciał roboczych jest aktywowany (stopowany) przez dodanie nie duża liczba jony chromu, neodymu, erbu lub tytanu. Kryształy powszechnie stosowane to granat itrowo-aluminiowy, fluorek itrowo-litowy, szafir (tlenek glinu) i szkło krzemianowe. Lasery na ciele stałym są zwykle „pompowane” lampą błyskową lub innym laserem.

Półprzewodniki. Materiał, w którym przejściu elektronów między poziomami energetycznymi może towarzyszyć promieniowanie. Lasery półprzewodnikowe są bardzo kompaktowe, „napompowane” wstrząs elektryczny, umożliwiając ich stosowanie w urządzeniach konsumenckich, takich jak odtwarzacze CD.

Aby zmienić wzmacniacz w generator, musisz zorganizować sprzężenie zwrotne. W laserach uzyskuje się to poprzez umieszczenie substancji aktywnej pomiędzy powierzchniami odbijającymi (zwierciadłami), które tworzą tzw. do substancji czynnej.

Laser wykorzystuje rezonatory optyczne różne rodzaje- ze zwierciadłami płaskimi, kulistymi, kombinacją zwierciadeł płaskich i sferycznych itp. W rezonatorach optycznych, które zapewniają sprzężenie zwrotne w Laserze, można wzbudzić tylko niektóre rodzaje oscylacji pola elektromagnetycznego, które nazywane są oscylacjami naturalnymi lub trybami rezonatora.

Mody charakteryzują się częstotliwością i kształtem, tj. przestrzennym rozkładem oscylacji. W rezonatorze z płaskimi zwierciadłami wzbudzone są głównie rodzaje oscylacji odpowiadające falom płaskim rozchodzącym się wzdłuż osi rezonatora. System dwóch równoległych zwierciadeł rezonuje tylko przy określonych częstotliwościach - a także spełnia w laserze rolę, jaką obwód oscylacyjny odgrywa w konwencjonalnych generatorach niskiej częstotliwości.

Zastosowanie rezonatora otwartego (zamiast rezonatora zamkniętego - zamkniętej metalowej wnęki - charakterystycznej dla zakresu mikrofal) jest fundamentalne, gdyż w zakresie optycznym rezonator o wymiarach L = ? (L to charakterystyczny rozmiar rezonatora, ? to długość fali) po prostu nie można wykonać, a dla L >> ? zamknięty rezonator traci swoje właściwości rezonansowe, gdy liczba możliwych trybów oscylacji staje się tak duża, że ​​nakładają się na siebie.

Brak ścianek bocznych znacznie zmniejsza liczbę możliwych rodzajów oscylacji (modów) ze względu na fakt, że fale rozchodzące się pod kątem do osi rezonatora szybko przekraczają jego granice i pozwala zachować właściwości rezonansowe rezonatora przy L >>?. Jednak rezonator w laserze nie tylko zapewnia sprzężenie zwrotne poprzez powrót promieniowania odbitego od zwierciadeł do substancji czynnej, ale także określa widmo promieniowania lasera, jego charakterystykę energetyczną oraz kierunkowość promieniowania.
W najprostszym przybliżeniu fala płaska Warunek rezonansu w rezonatorze z płaskimi zwierciadłami polega na tym, że na długości rezonatora mieści się całkowita liczba półfal: L=q(?/2) (q jest liczbą całkowitą), co prowadzi do wyrażenia na częstotliwość typu oscylacji z indeks q: Aq=q(C/2L). W rezultacie widmo emisyjne L. jest z reguły zbiorem wąskich linii widmowych, których odstępy są takie same i równe c / 2L. Liczba linii (składowych) dla danej długości L zależy od właściwości ośrodka aktywnego, tj. od widma emisji spontanicznej przy zastosowanym przejściu kwantowym i może sięgać kilkudziesięciu lub kilkuset. W pewnych warunkach okazuje się, że możliwe jest wyizolowanie jednej składowej widmowej, czyli wdrożenie reżimu generacji jednomodowej. Szerokość widmowa każdego ze składowych jest określona przez straty energii w rezonatorze, a przede wszystkim przez przepuszczanie i pochłanianie światła przez zwierciadła.

Profil częstotliwości wzmocnienia w ośrodku roboczym (określa go szerokość i kształt linii ośrodka roboczego) oraz zbiór częstotliwości własnych rezonatora otwartego. Dla rezonatorów otwartych o wysokim współczynniku jakości stosowanych w laserach szerokość pasma wnęki ??p, która określa szerokość krzywych rezonansowych poszczególnych modów, a nawet odległość między sąsiednimi modami ??h, okazuje się mniejsza niż wzmocnienie szerokość linii ??h, a nawet w laserach gazowych, gdzie poszerzenie linii jest minimalne. Dlatego w obwód wzmacniający wpada kilka rodzajów oscylacji rezonatora.

Tak więc laser niekoniecznie generuje z jedną częstotliwością, częściej wręcz przeciwnie, generowanie odbywa się jednocześnie z kilkoma rodzajami oscylacji, dla jakiego wzmocnienia? więcej strat w rezonatorze. Aby laser mógł pracować na jednej częstotliwości (w trybie jednoczęstotliwościowym), zwykle konieczne jest podjęcie specjalnych działań (np. tylko jedna moda. Ponieważ w optyce, jak wspomniano powyżej, ah > ap, a częstotliwość generowania w laserze jest określana głównie przez częstotliwość rezonatora, konieczna jest stabilizacja rezonatora w celu utrzymania stabilnej częstotliwości generowania. Tak więc, jeśli wzmocnienie w substancji roboczej pokrywa straty w rezonatorze dla niektórych rodzajów oscylacji, następuje na nich generacja. Ziarnem jego powstania jest, jak w każdym generatorze, szum, który jest spontaniczną emisją w laserach.
Aby ośrodek aktywny emitował spójne światło monochromatyczne, konieczne jest wprowadzenie sprzężenia zwrotnego, czyli skierowanie części strumienia światła emitowanego przez ten ośrodek z powrotem do ośrodka w celu emisji wymuszonej. Pozytywny Informacja zwrotna przeprowadzane za pomocą rezonatorów optycznych, które w wersji elementarnej są dwoma współosiowymi (równoległymi i wzdłuż tej samej osi) zwierciadłami, z których jedno jest półprzezroczyste, a drugie „głuche”, tj. całkowicie odbija strumień światła. Substancja robocza (ośrodek aktywny), w której tworzona jest populacja odwrotna, umieszczona jest pomiędzy lustrami. Stymulowane promieniowanie przechodzi przez ośrodek aktywny, jest wzmacniane, odbijane od lustra, ponownie przechodzi przez ośrodek i jest dalej wzmacniane. Przez półprzezroczyste lustro część promieniowania jest emitowana do ośrodka zewnętrznego, a część jest odbijana z powrotem do ośrodka i ponownie wzmacniana. W pewnych warunkach strumień fotonów wewnątrz substancji roboczej zacznie rosnąć jak lawina i rozpocznie się generowanie monochromatycznego, spójnego światła.

Zasada działania rezonatora optycznego, przeważająca liczba cząstek substancji roboczej, reprezentowana przez jasne kręgi, znajduje się w stanie podstawowym, tj. Na niższym poziomie energetycznym. Tylko niewielka liczba cząstek, reprezentowana przez ciemne okręgi, znajduje się w stanie wzbudzonym elektronicznie. Gdy substancja robocza jest wystawiona na działanie pompującego źródła, główna liczba cząstek przechodzi w stan wzbudzony (liczba ciemnych kręgów wzrosła) i powstaje populacja odwrotna. Ponadto (rys. 2c) zachodzi spontaniczna emisja niektórych cząstek w stanie wzbudzonym elektronicznie. Promieniowanie skierowane pod kątem do osi rezonatora opuści substancję roboczą i rezonator. Promieniowanie skierowane wzdłuż osi rezonatora zbliży się do powierzchni lustra.

W półprzezroczystym zwierciadle część promieniowania przejdzie przez nie środowisko, a część zostanie odbita i ponownie skierowana do substancji roboczej, angażując cząstki w stanie wzbudzonym w proces emisji wymuszonej.

W zwierciadle „głuchym” cały strumień promieni zostanie odbity i ponownie przejdzie przez substancję pracującą, indukując promieniowanie wszystkich pozostałych wzbudzonych cząstek, co odzwierciedla sytuację, gdy wszystkie wzbudzone cząstki oddały swoją zmagazynowaną energię, a na wyjściu rezonatora, po stronie półprzeźroczystego zwierciadła, powstał silny strumień indukowanego promieniowania.

Główny elementy konstrukcyjne lasery zawierają substancję roboczą o określonych poziomach energii ich składowych atomów i cząsteczek, źródło pompy, które tworzy odwrotną populację w substancji roboczej, oraz rezonator optyczny. Istnieje wiele różnych laserów, ale wszystkie mają to samo, a ponadto są proste Schemat obwodu urządzenie, które jest pokazane na rys. 3.

Wyjątkiem są lasery półprzewodnikowe ze względu na swoją specyfikę, ponieważ mają wszystko szczególne: fizykę procesów, metody pompowania i konstrukcję. Półprzewodniki to formacje krystaliczne. W osobnym atomie energia elektronu przyjmuje ściśle określone dyskretne wartości, dlatego też stany energetyczne elektronu w atomie opisywane są poziomami. W krysztale półprzewodnikowym poziomy energetyczne tworzą pasma energetyczne. W czystym półprzewodniku, który nie zawiera żadnych zanieczyszczeń, występują dwa pasma: tzw. pasmo walencyjne i znajdujące się nad nim (na skali energetycznej) pasmo przewodnictwa.

Pomiędzy nimi występuje przerwa o zabronionych wartościach energii, zwana pasmem wzbronionym. W temperaturze półprzewodnika równej zeru absolutnemu pasmo walencyjne musi być całkowicie wypełnione elektronami, a pasmo przewodnictwa musi być puste. W rzeczywistych warunkach temperatura jest zawsze wyższa od zera absolutnego. Ale wzrost temperatury prowadzi do termicznego wzbudzenia elektronów, niektóre z nich przeskakują z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.

W wyniku tego procesu w paśmie przewodnictwa pojawia się pewna (stosunkowo niewielka) liczba elektronów, a odpowiedniej liczby elektronów będzie brakować w paśmie walencyjnym, aż do jego całkowitego zapełnienia. Wola elektronowa w paśmie walencyjnym jest reprezentowana przez dodatnio naładowaną cząstkę, którą nazywamy dziurą. Kwantowe przejście elektronu przez pasmo wzbronione od dołu do góry jest uważane za proces generowania pary elektron-dziura, w której elektrony są skoncentrowane na dolnej krawędzi pasma przewodnictwa, a dziury na górnej krawędzi pasma walencyjnego. Przejścia przez strefę zakazaną są możliwe nie tylko z dołu do góry, ale także z góry na dół. Proces ten nazywa się rekombinacją elektron-dziura.

Gdy czysty półprzewodnik zostanie napromieniowany światłem, którego energia fotonu nieco przekracza pasmo wzbronione, w krysztale półprzewodnikowym mogą wystąpić trzy rodzaje interakcji światła z substancją: absorpcja, emisja spontaniczna i wymuszona emisja światła. Pierwszy typ oddziaływania jest możliwy, gdy foton jest absorbowany przez elektron znajdujący się w pobliżu górnej krawędzi pasma walencyjnego. W tym przypadku moc energetyczna elektronu stanie się wystarczająca do pokonania pasma wzbronionego i spowoduje kwantowe przejście do pasma przewodnictwa. Spontaniczna emisja światła jest możliwa, gdy elektron samoistnie powraca z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego z emisją kwantu energii - fotonu. Promieniowanie zewnętrzne może zainicjować przejście do pasma walencyjnego elektronu znajdującego się w pobliżu dolnej krawędzi pasma przewodnictwa. Efektem tego trzeciego rodzaju oddziaływania światła z substancją półprzewodnika będzie narodziny fotonu wtórnego, identycznego w swoich parametrach i kierunku ruchu z fotonem, który zainicjował przejście.

Do generowania promieniowania laserowego konieczne jest stworzenie w półprzewodniku odwrotnej populacji „poziomów roboczych” – wytworzenie odpowiednio dużej koncentracji elektronów na dolnej krawędzi pasma przewodnictwa i odpowiednio dużej koncentracji dziur na krawędzi z pasma walencyjnego. Do tych celów czyste lasery półprzewodnikowe zwykle wykorzystują pompowanie wiązką elektronów.

Lustra rezonatora to wypolerowane krawędzie kryształu półprzewodnikowego. Wadą takich laserów jest to, że wiele materiałów półprzewodnikowych generuje promieniowanie laserowe tylko na bardzo wysokim poziomie niskie temperatury, a bombardowanie kryształów półprzewodnikowych strumieniem elektronów powoduje jego silne nagrzewanie. Wymaga to dodatkowych urządzeń chłodzących, co komplikuje konstrukcję aparatu i zwiększa jego wymiary.

Właściwości domieszkowanych półprzewodników znacznie różnią się od właściwości niedomieszkowanych, czystych półprzewodników. Wynika to z faktu, że atomy niektórych zanieczyszczeń z łatwością oddają jeden ze swoich elektronów do pasma przewodnictwa. Te zanieczyszczenia nazywane są zanieczyszczeniami donorowymi, a półprzewodnik z takimi zanieczyszczeniami nazywany jest n-półprzewodnikiem. Przeciwnie, atomy innych zanieczyszczeń wychwytują jeden elektron z pasma walencyjnego, a takie zanieczyszczenia są akceptorami, a półprzewodnik z takimi zanieczyszczeniami jest p-półprzewodnikiem. Poziom energii atomy zanieczyszczeń znajdują się wewnątrz pasma wzbronionego: dla n-półprzewodników - niedaleko dolnej krawędzi pasma przewodnictwa, dla f-półprzewodników - blisko górnej krawędzi pasma walencyjnego.

Jeśli w tym obszarze powstanie napięcie elektryczne, tak że po stronie półprzewodnika p będzie biegun dodatni, a po stronie półprzewodnika n biegun ujemny, to pod działaniem pola elektrycznego elektrony z p -półprzewodnik i dziury z półprzewodnika p przesuną się (wstrzykną). obszar r-p- przemiana.

Podczas rekombinacji elektronów i dziur emitowane będą fotony, aw obecności rezonatora optycznego możliwe jest generowanie promieniowania laserowego.

Lustrami rezonatora optycznego są wypolerowane powierzchnie kryształu półprzewodnikowego, zorientowane prostopadle płaszczyzna p-p- przemiana. Takie lasery charakteryzują się miniaturyzacją, ponieważ wymiary aktywnego elementu półprzewodnikowego mogą wynosić około 1 mm.

W zależności od rozważanej cechy, wszystkie lasery są podzielone w następujący sposób).

Pierwszy znak. Zwyczajowo rozróżnia się wzmacniacze laserowe i generatory. We wzmacniaczach słabe promieniowanie laserowe jest dostarczane na wejście, a na wyjściu jest odpowiednio wzmacniane. W generatorach nie ma promieniowania zewnętrznego, powstaje ono w substancji roboczej w wyniku jej wzbudzenia za pomocą różnych źródeł pomp. Wszystkie medyczne urządzenia laserowe są generatorami.

Drugi znak to stan fizyczny substancji roboczej. Zgodnie z tym lasery dzielą się na stałe (rubinowe, szafirowe itp.), Gazowe (helowo-neonowe, helowo-kadmowe, argonowe, dwutlenek węgla itp.), Cieczowe (ciekły dielektryk z zanieczyszczeniami pracującymi atomami rzadkich metale ziem ziem) i półprzewodnikowe (arsenek-gal, arsenek-fosforek-gal, selenek-ołów itp.).

Sposób wzbudzenia substancji roboczej to trzecia cecha wyróżniająca lasery. W zależności od źródła wzbudzenia wyróżnia się lasery z pompowaniem optycznym, z pompowaniem w wyniku wyładowania gazowego, wzbudzeniem elektronicznym, wtryskiem nośnika ładunku, z pompowaniem termicznym, chemicznym i kilka innych.

Widmo emisyjne lasera to kolejny znak klasyfikacji. Jeśli promieniowanie jest skoncentrowane w wąskim zakresie długości fal, zwykle uważa się laser za monochromatyczny, a jego dane techniczne wskazują określoną długość fali; jeśli w szerokim zakresie, to laser należy uznać za szerokopasmowy i należy wskazać zakres długości fal.

Ze względu na charakter emitowanej energii wyróżnia się lasery impulsowe i lasery z falą ciągłą. Nie należy mylić pojęć lasera impulsowego i lasera z modulacją częstotliwości promieniowania ciągłego, ponieważ w drugim przypadku otrzymujemy w rzeczywistości promieniowanie nieciągłe o różnych częstotliwościach. Lasery impulsowe charakteryzują się dużą mocą w pojedynczym impulsie, sięgającą 10 W, przy czym ich średnia moc impulsu, określona odpowiednimi wzorami, jest stosunkowo niska. Dla laserów cw z modulacją częstotliwości moc w tzw. impulsie jest mniejsza niż moc promieniowania ciągłego.

Ze względu na średnią wyjściową moc promieniowania (kolejna cecha klasyfikacji) lasery dzielą się na:

wysokoenergetyczne (wytworzona moc promieniowania gęstości strumienia na powierzchni przedmiotu lub obiektu biologicznego - powyżej 10 W/cm2);

średnioenergetyczny (wytworzona moc promieniowania gęstości strumienia - od 0,4 do 10 W / cm2);

· niskoenergetyczne (wytworzona gęstość strumienia mocy promieniowania - poniżej 0,4 W/cm2).

Miękkie (ekspozycja energii wytworzonej - E lub gęstość strumienia mocy na naświetlanej powierzchni - do 4 mW/cm2);

średnia (E - od 4 do 30 mW / cm2);

twardy (E - ponad 30 mW / cm2).

Zgodnie z " Normy sanitarne oraz zasady projektowania i działania laserów nr 5804-91”, w zależności od stopnia zagrożenia generowanego promieniowania dla personelu obsługującego, lasery dzieli się na cztery klasy.

Do laserów pierwszej klasy zalicza się takie urządzenia techniczne, których skolimowane (zawarte w ograniczonym kącie bryłowym) wyjście jest promieniowaniem, którego napromieniowanie nie stwarza zagrożenia dla oczu i skóry człowieka.

Lasery drugiej klasy to urządzenia, których promieniowanie wyjściowe jest niebezpieczne w przypadku narażenia oczu na promieniowanie bezpośrednie i odbite zwierciadlanie.

Lasery trzeciej klasy to urządzenia, których promieniowanie wyjściowe jest niebezpieczne, gdy oczy są narażone na bezpośrednie i odbite zwierciadlanie, a także rozproszone odbite promieniowanie w odległości 10 cm od powierzchni odbijającej rozproszenie i (lub) gdy skóra jest odsłonięta do promieniowania kierunkowego i odbitego zwierciadlanie.

Lasery klasy 4 to urządzenia, których promieniowanie wyjściowe jest niebezpieczne, gdy skóra jest narażona na rozproszone promieniowanie odbite w odległości 10 cm od powierzchni odbijającej światło rozproszone.

Można go wykorzystać do stworzenia poziomu budynku DIY, do stworzenia efektów świetlnych w dekoracji domowej dyskoteki, do dodatkowego tylnego sygnału samochodów, motocykli, rowerów itp.

Dioda laserowa to kryształ półprzewodnikowy wykonany w postaci cienkiej prostokątnej płytki. Wiązka przechodzi przez soczewkę skupiającą i jest cienką linią, na przecięciu z powierzchnią widzimy punkt. Aby uzyskać widoczną linię, możesz zainstalować cylindryczną soczewkę przed wiązką lasera. Załamana wiązka będzie wyglądać jak wachlarz.

Zrobiłem go z lasera 5mW na napięcie zasilania 3V z AliExpress. Pomimo małej mocy emitera laserowego należy zachować elementarne środki ostrożności - nie kierować wiązki w oczy.

Zobacz cały proces produkcyjny na filmie:

Wykaz narzędzi i materiałów
-emiter laserowy 5mW, 3V (link do lasera)
-Śrubokręt; nożyce;
- lutownica;
- kambr; tekstolit foliowy;
-dwie baterie 1,5V;
- przewody łączące; obudowa komory baterii z przyciskiem zasilania reflektora;
- rezystor 5 omów;
- dioda elektroluminescencyjna z przezroczystą kolbą;
- pasek cyny.

Krok pierwszy. Produkcja tablicy laserowej.

Możliwość zrobienia czegoś użytecznego z nieużywanego lub zużytego sprzętu przyciąga wielu domowych rzemieślników. Jednym z takich przydatnych urządzeń jest wycinarka laserowa. Mając do dyspozycji podobną aparaturę (niektórzy robią ją nawet ze zwykłego wskaźnika laserowego), można wykonać dekoracja wyroby z różnych materiałów.

Jakie materiały i mechanizmy będą wymagane

Aby wykonać prostą wycinarkę laserową DIY, będziesz potrzebować następujących materiałów i urządzeń technicznych:

• wskaźnik laserowy;
• zwykła latarka wyposażona w akumulatorki;
• starą nagrywarkę (CD/DVD-RW) wyposażoną w napędzany laserem(absolutnie nie jest konieczne, aby taki napęd był sprawny);
• lutownica;
• zestaw narzędzi ślusarskich.

W ten sposób można wykonać proste urządzenie do cięcia laserowego z materiałów, które łatwo znaleźć w domowym warsztacie lub garażu.

Proces produkcyjny prostej wycinarki laserowej

Główny element roboczy krajalnica domowej roboty Proponowany projekt to element laserowy stacji dysków komputerowych. Konieczne jest wybranie modelu napędu do zapisu, ponieważ laser w takich urządzeniach ma większą moc, co pozwala na wypalanie śladów na powierzchni zainstalowanego w nich dysku. Konstrukcja napędu dyskietek typu czytnik zawiera również emiter laserowy, ale jego moc, służąca jedynie do oświetlania dysku, jest niewielka.

Emiter laserowy wyposażony w napęd piszący umieszczony jest na specjalnym wózku, który może poruszać się w dwóch kierunkach. Aby usunąć emiter z karetki, konieczne jest uwolnienie go od dużej liczby elementów złącznych i odłączanych urządzeń. Należy je wyjmować bardzo ostrożnie, aby nie uszkodzić elementu laserowego. Oprócz zwykłych narzędzi, aby usunąć czerwoną diodę laserową (i wyposażyć domową wycinarkę laserową, potrzebujesz jej), będziesz potrzebować lutownicy, aby ostrożnie uwolnić diodę z istniejących połączeń lutowniczych. Podczas wyjmowania emitera z gniazda należy uważać, aby nie narażać go na silne naprężenia mechaniczne, które mogą spowodować jego uszkodzenie.

Emiter usunięty z dysku komputera piszącego musi być zainstalowany zamiast diody LED, która pierwotnie była wyposażona we wskaźnik laserowy. Aby wykonać tę procedurę, wskaźnik laserowy należy zdemontować, dzieląc jego korpus na dwie części. Na ich szczycie znajduje się dioda LED, którą należy usunąć i zastąpić emiterem laserowym z dysku komputera piszącego. Podczas mocowania takiego emitera w korpusie wskaźnika można użyć kleju (ważne jest jedynie, aby oko emitera znajdowało się dokładnie w środku otworu przeznaczonego do wyjścia wiązki).

Napięcie generowane przez źródła zasilania we wskaźniku laserowym nie jest wystarczające, aby zapewnić efektywność użytkowania wycinarki laserowej, dlatego nie zaleca się ich stosowania na wyposażeniu takiego urządzenia. W przypadku prostej wycinarki laserowej odpowiednie są akumulatory używane w konwencjonalnej latarce elektrycznej. W ten sposób wyrównując dolną część latarki, w której znajdują się baterie, z szczyt wskaźnik laserowy, w którym znajduje się już emiter z dysku komputera piszącego, można uzyskać w pełni funkcjonalną wycinarkę laserową. Podczas wykonywania takiej kombinacji bardzo ważne jest przestrzeganie biegunowości baterii, które będą zasilać emiter.

Przed złożeniem domowej roboty ręcznej wycinarki laserowej o proponowanym projekcie konieczne jest usunięcie zainstalowanego w niej szkła z końcówki wskaźnika, co uniemożliwi przejście wiązki laserowej. Dodatkowo należy jeszcze raz sprawdzić poprawność połączenia emitera z bateriami, a także jak dokładnie znajduje się jego oczko względem otworu wyjściowego końcówki wskaźnika. Po bezpiecznym połączeniu wszystkich elementów konstrukcyjnych możesz rozpocząć korzystanie z noża.

Oczywiście takim laserem małej mocy nie da się ciąć blachy, nie nadaje się też do obróbki drewna, ale nadaje się do rozwiązywania prostych zadań związanych z cięciem tektury czy cienkich arkuszy polimerowych.

Zgodnie z opisanym powyżej algorytmem możliwe jest wyprodukowanie mocniejszego wycinarki laserowej, nieco poprawiając proponowany projekt. W szczególności takie urządzenie musi być dodatkowo wyposażone w takie elementy jak:

• kondensatory, których pojemność wynosi 100 pF i 100 mF;
• rezystory o parametrach 2–5 omów;
• kolimator - urządzenie służące do zbierania przechodzących przez nie promieni świetlnych w wąską wiązkę;
• Latarka LED ze stalową obudową.

Kondensatory i rezystory w konstrukcji takiej wycinarki laserowej są niezbędne do stworzenia sterownika, przez który energia elektryczna będzie dostarczana z akumulatorów do emitera laserowego. Jeśli nie użyjesz sterownika i położysz prąd bezpośrednio na emiterze, ten ostatni może natychmiast ulec awarii. Mimo większej mocy taka laserowa maszyna do cięcia sklejki, grubego plastiku, a tym bardziej metalu też się nie sprawdzi.

Jak zrobić potężniejszą maszynę

Domowi rzemieślnicy często interesują się mocniejszymi maszynami laserowymi, które można wykonać samodzielnie. Całkiem możliwe jest wykonanie lasera do cięcia sklejki własnymi rękami, a nawet wycinarki laserowej do metalu, ale do tego trzeba zdobyć odpowiednie komponenty. Jednocześnie lepiej od razu zrobić własną maszynę laserową, która będzie miała przyzwoitą funkcjonalność i pracowała w trybie automatycznym, sterowana przez zewnętrzny komputer.

W zależności od tego, czy jesteś zainteresowany własnymi rękami, czy potrzebujesz urządzenia do obróbki drewna i innych materiałów, powinieneś odpowiednio wybrać główny element takiego sprzętu - emiter laserowy, którego moc może być różna. Naturalnie, cięcie laserowe sklejka zrób to sam jest wykonywana przez urządzenie o mniejszej mocy, a laser do cięcia metalu musi być wyposażony w emiter o mocy co najmniej 60 watów.

Aby stworzyć pełnoprawną maszynę laserową, w tym do cięcia metalu własnymi rękami, będziesz potrzebować następujących elementów Materiały eksploatacyjne i akcesoria:

1. kontroler, który będzie odpowiedzialny za komunikację między komputerem zewnętrznym a elementami elektronicznymi samego urządzenia, zapewniając tym samym kontrolę nad jego działaniem;
2. tablica elektroniczna wyposażona w wyświetlacz informacyjny;
3. laser (jego moc dobierana jest w zależności od materiałów, do obróbki których będzie używany wyprodukowany frez);
4. silniki krokowe, które będą odpowiedzialne za przesuwanie pulpitu urządzenia w dwóch kierunkach (jako takie silniki można zastosować silniki krokowe z nieużywanych drukarek lub odtwarzaczy DVD);
5. urządzenie chłodzące emiter;
6. regulator DC-DC, który będzie kontrolował ilość napięcia dostarczanego do płytki elektronicznej emitera;
7. Tranzystory i płytki elektroniczne do sterowania silnikami krokowymi frezów;
8. Wyłączniki krańcowe;
9. koła pasowe do montażu pasków zębatych i samych pasów;
10. obudowa, której wielkość pozwala na umieszczenie w niej wszystkich elementów zmontowanej konstrukcji;
11. Łożyska kulkowe inna średnica;
12. Śruby, Nakrętki, Wkręty, Łączniki i Kołnierze;
13. drewniane deski, z którego zostanie wykonana rama robocza kutra;
14. metalowe pręty o średnicy 10 mm, które posłużą jako elementy prowadzące;
15. komputer i kabel USB, za pomocą którego połączy się ze sterownikiem przecinarki;
16. zestaw narzędzi ślusarskich.

Jeśli planujesz użyć maszyny laserowej do samodzielnej obróbki metalu, to jej konstrukcja musi zostać wzmocniona, aby wytrzymać ciężar obrabianej blachy.

Obecność komputera i kontrolera w konstrukcji takiego urządzenia umożliwia wykorzystanie go nie tylko jako wycinarki laserowej, ale także jako maszyny do grawerowania. Za pomocą tego sprzętu, którego działanie jest kontrolowane przez specjalny program komputerowy, możliwe jest nakładanie najbardziej skomplikowanych wzorów i napisów na powierzchnię przedmiotu obrabianego z dużą dokładnością i szczegółowością. Odpowiedni program można znaleźć bezpłatnie w Internecie.

Ze względu na swoją konstrukcję maszyna laserowa, którą możesz wykonać samodzielnie, jest urządzeniem wahadłowym. Jej ruchome i prowadzące elementy odpowiadają za przesuwanie głowicy roboczej wzdłuż osi X i Y. Za oś Z przyjmuje się głębokość, na jaką obrabiany przedmiot jest skrawany. Za ruch głowicy roboczej wycinarki laserowej przedstawionej konstrukcji, jak wspomniano powyżej, odpowiadają silniki krokowe, które zamocowane są na stałych częściach ramy urządzenia i połączone z elementami ruchomymi za pomocą pasków zębatych.

Przesuwna podpora Głowica z laserem i radiatorem Zespół karetki

Umieszczenie wózka na stojakach

Wykonanie potężnego płonącego lasera własnymi rękami jest prostym zadaniem, jednak oprócz umiejętności korzystania z lutownicy wymagana będzie ostrożność i dokładność podejścia. Należy od razu zauważyć, że głęboka wiedza z zakresu elektrotechniki nie jest tutaj potrzebna, a urządzenie można wykonać nawet w domu. Najważniejsze podczas pracy jest przestrzeganie zasad bezpieczeństwa, ponieważ narażenie na wiązkę laserową jest szkodliwe dla oczu i skóry.

Laser jest niebezpieczną zabawką, która może być szkodliwa dla zdrowia, jeśli jest używana nieostrożnie. Nie kieruj lasera na ludzi ani zwierzęta!

Co będzie wymagane?

Każdy laser można podzielić na kilka elementów:

• emiter strumienia świetlnego;
• optyka;
• zasilacz;
• aktualny stabilizator mocy (sterownik).

Aby zrobić potężny domowy laser, musisz rozważyć wszystkie te elementy osobno. Najbardziej praktyczny i łatwy w montażu jest laser oparty na diodzie laserowej, który rozważymy w tym artykule.

Gdzie mogę dostać diodę do lasera?

Elementem roboczym każdego lasera jest dioda laserowa. Możesz go kupić w prawie każdym sklepie radiowym lub pobrać z niedziałającego napędu CD. Faktem jest, że niesprawność napędu rzadko wiąże się z awarią diody laserowej. Mając uszkodzony dysk, możesz dodatkowe koszty zdobądź przedmiot, który chcesz. Ale trzeba wziąć pod uwagę, że jego typ i właściwości zależą od modyfikacji dysku.

Najsłabszy laser działający w zakresie podczerwieni instalowany jest w napędach CD-ROM. Jego moc wystarcza tylko do odczytu płyt CD, a wiązka jest prawie niewidoczna i nie jest w stanie przepalić przedmiotów. CD-RW ma mocniejszą diodę laserową, odpowiednią do wypalania i o tej samej długości fali. Jest uważany za najbardziej niebezpieczny, ponieważ emituje wiązkę w widmie niewidocznym dla oka.

Napęd DVD-ROM jest wyposażony w dwie słabe diody laserowe, które mają energię tylko do odczytu płyt CD i dyski DVD. Nagrywarka DVD-RW ma czerwony laser o dużej mocy. Jego promień jest widoczny w każdym świetle i może z łatwością zapalić niektóre przedmioty.

BD-ROM ma fioletowy lub niebieski laser, który ma podobne parametry do odpowiednika DVD-ROM. Od pisarzy BD-RE można dostać najmocniejszą diodę laserową z piękną fioletową lub niebieską wiązką, która może się palić. Jednak znalezienie takiego napędu do demontażu jest dość trudne, a działające urządzenie jest drogie.

Najbardziej odpowiednia jest dioda laserowa wzięta z nagrywarki płyt DVD-RW. Najwyższej jakości diody laserowe montowane są w napędach LG, Sony i Samsung.

Im wyższa prędkość zapisu napędu DVD, tym mocniejsza jest zainstalowana w nim dioda laserowa.

Demontaż napędu

Z napędem przed nimi, pierwszą rzeczą do zrobienia jest zdjęcie górnej pokrywy, odkręcając 4 śruby. Następnie ruchomy mechanizm jest usuwany, który znajduje się w środku i jest z nim połączony płytka drukowana elastyczna pętla. Kolejnym celem jest dioda laserowa solidnie wciśnięta w radiator wykonany ze stopu aluminium lub duraluminium. Przed demontażem zaleca się zabezpieczenie przed elektrycznością statyczną. W tym celu przewody diody laserowej są lutowane lub owinięte cienkim drutem miedzianym.

Ponadto możliwe są dwie opcje. Pierwsza polega na eksploatacji gotowego lasera w postaci instalacji stacjonarnej wraz ze standardowym promiennikiem. Drugą opcją jest zmontowanie urządzenia w korpusie przenośnej latarki lub wskaźnika laserowego. W takim przypadku będziesz musiał użyć siły, aby przegryźć lub przeciąć grzejnik bez uszkodzenia elementu promieniującego.

Kierowca

Do zasilania lasera należy podchodzić odpowiedzialnie. Podobnie jak w przypadku diod LED, musi to być źródło prądu stałego. W Internecie jest wiele obwodów zasilanych baterią lub baterią przez rezystor ograniczający. Wystarczalność takiego rozwiązania jest wątpliwa, ponieważ napięcie na akumulatorze lub akumulatorze zmienia się w zależności od poziomu naładowania. W związku z tym prąd przepływający przez diodę elektroluminescencyjną będzie znacznie odbiegał od wartości nominalnej. W rezultacie urządzenie nie będzie działać wydajnie przy małych prądach, a przy dużych prądach doprowadzi do gwałtownego spadku intensywności jego promieniowania.

Najlepszą opcją jest użycie najprostszego stabilizatora prądu zbudowanego na bazie. Ten mikroukład należy do kategorii uniwersalnych zintegrowanych stabilizatorów z możliwością niezależnego ustawiania prądu i napięcia na wyjściu. Mikroukład działa w szerokim zakresie napięć wejściowych: od 3 do 40 woltów.

Analogiem LM317 jest krajowy układ KR142EN12.

W przypadku pierwszego eksperymentu laboratoryjnego odpowiedni jest poniższy schemat. Obliczenia jedynego rezystora w obwodzie przeprowadza się zgodnie ze wzorem: R \u003d I / 1,25, gdzie I - prąd znamionowy laser (wartość referencyjna).

Czasami na wyjściu stabilizatora równolegle z diodą instalowany jest kondensator polarny 2200 uFx16 V i kondensator niepolarny 0,1 uF. Ich udział jest uzasadniony w przypadku podania napięcia na wejście z zasilacza stacjonarnego, w którym może zabraknąć nieistotnej składowej zmiennej i szumu impulsowego. Poniżej przedstawiono jeden z takich obwodów, przeznaczony do zasilania baterią Krona lub małą baterią.

Schemat pokazuje przybliżoną wartość rezystora R1. Do jego dokładnego obliczenia należy użyć powyższego wzoru.

Po zebraniu schemat połączeń, możesz dokonać wstępnego włączenia i jako dowód działania obwodu obserwować jasne czerwone rozproszone światło diody elektroluminescencyjnej. Po zmierzeniu jego rzeczywistego prądu i temperatury obudowy warto pomyśleć o konieczności zainstalowania grzejnika. Jeżeli laser ma być używany w instalacji stacjonarnej przy dużych prądach przez długi czas, należy zapewnić pasywne chłodzenie. Teraz, aby osiągnąć cel, zostało już bardzo niewiele: skupić się i uzyskać wąską wiązkę o dużej mocy.

Optyka

Z naukowego punktu widzenia nadszedł czas na zbudowanie prostego kolimatora, urządzenia do uzyskiwania wiązek równoległych wiązek światła. Idealna opcja w tym celu zostanie pobrany standardowy obiektyw z napędu. Za jego pomocą można uzyskać dość cienką wiązkę lasera o średnicy około 1 mm. Ilość energii takiej wiązki wystarczy, aby w ciągu kilku sekund przepalić papier, tkaninę i tekturę, stopić plastik i spalić drewno. Jeśli skupisz cieńszą wiązkę, ten laser może ciąć sklejkę i pleksi. Ale regulacja i bezpieczne zamocowanie obiektywu z napędu jest dość trudne ze względu na jego małą ogniskową.

Znacznie łatwiej jest zbudować kolimator oparty na wskaźniku laserowym. Dodatkowo w etui można umieścić sterownik i mały akumulator. Wyjściem będzie wiązka o średnicy około 1,5 mm o mniejszym efekcie spalania. Przy mglistej pogodzie lub przy obfitych opadach śniegu można zaobserwować niesamowite efekty świetlne, kierując strumień światła w niebo.

Za pośrednictwem sklepu internetowego można zakupić gotowy kolimator, specjalnie zaprojektowany do montażu i regulacji lasera. Jego korpus będzie służył jako grzejnik. Znając rozmiar wszystkich części składowe urządzeń, możesz kupić tanią latarkę LED i korzystać z jej korpusu.

Na zakończenie chciałbym dodać kilka zdań o niebezpieczeństwach związanych z promieniowaniem laserowym. Po pierwsze, nigdy nie kieruj wiązki laserowej w oczy ludzi lub zwierząt. Prowadzi to do poważnych zaburzeń widzenia. Po drugie, noś zielone gogle podczas eksperymentowania z czerwonym laserem. Zapobiegają przejściu większości czerwonego składnika widma. Ilość światła przechodzącego przez okulary zależy od długości fali promieniowania. Patrzenie na promień lasera z boku bez wyposażenia ochronnego jest dozwolone tylko przez krótki czas. W przeciwnym razie może pojawić się ból oczu.

Przeczytaj także