Cum să faci un laser acasă. Dispozitiv de tăiat cu laser DIY pentru tăierea placajului, lemnului, metalului: sfaturi de asamblare

Avertizare!

Să aflăm.

Sa gatim.

Acesta este minimul necesar pentru realizarea unui model de driver simplu. Driverul este, de fapt, o placă la care va scoate dioda laser puterea necesară. Nu trebuie să conectați sursa de alimentare direct la dioda laser - se va defecta. Dioda laser trebuie alimentată cu curent, nu cu tensiune.

Un colimator este, de fapt, un modul cu o lentilă care reduce toată radiația într-un fascicul îngust. Colimatoarele gata făcute pot fi achiziționate de la magazinele radio. Acestea au deja loc confortabil pentru instalarea unei diode laser, iar costul este de 200-500 de ruble.

Puteți utiliza, de asemenea, un colimator de la un pointer chinezesc, cu toate acestea, dioda laser va fi dificil de atașat, iar corpul colimatorului în sine va fi cel mai probabil din plastic metalizat. Aceasta înseamnă că dioda noastră nu se va răci bine. Dar și acest lucru este posibil. Această opțiune poate fi găsită la sfârșitul articolului.

Hai să o facem.

Se recomandă utilizarea unei curea de mână antistatică, deoarece dioda laser este foarte sensibilă la tensiunea statică. Dacă nu există brățară, atunci puteți înfășura cablurile diodei cu un fir subțire în timp ce așteaptă instalarea în carcasă.

Diagrama arată un condensator de 200 mF, totuși, pentru portabilitate, 50-100 mF este suficient.

Sa incercam.

Arată groaznic, dar funcționează!

Estetică.

Aceasta este o opțiune cu costuri minime - se folosește un colimator de la un pointer chinezesc:

Utilizarea unui modul fabricat din fabrică vă va permite să obțineți următoarele rezultate:

Raza laser este vizibilă seara:

Și, desigur, în întuneric:

Pot fi.

Trebuie să ne amintim.

Astăzi vom vorbi despre cum să faci singur un laser puternic verde sau albastru acasă din materiale vechi cu propriile mâini. Vom lua în considerare, de asemenea, desene, diagrame și designul de indicatori laser de casă cu un fascicul de aprindere și o rază de acțiune de până la 20 km

Baza dispozitivului laser este un generator cuantic optic, care, folosind energie electrică, termică, chimică sau de altă natură, produce un fascicul laser.

Funcționarea laserului se bazează pe fenomenul de radiații forțate (induse). Radiația laser poate fi continuă, cu putere constantă, sau pulsată, atingând puteri de vârf extrem de mari. Esența fenomenului este că un atom excitat este capabil să emită un foton sub influența altui foton fără absorbția acestuia, dacă energia acestuia din urmă este egală cu diferența de energii ale nivelurilor atomului înainte și după radiatii. În acest caz, fotonul emis este coerent cu fotonul care a provocat radiația, adică este copia lui exactă. În acest fel lumina este amplificată. Acest fenomen diferă de radiația spontană, în care fotonii emiși au direcții aleatorii de propagare, polarizare și fază.
Probabilitatea ca un foton aleator să provoace emisie stimulată de la un atom excitat este exact egală cu probabilitatea de absorbție a acestui foton de către un atom într-o stare neexcitată. Prin urmare, pentru a amplifica lumina, este necesar ca în mediu să existe mai mulți atomi excitați decât cei neexcitați. Într-o stare de echilibru, această condiție nu este îndeplinită, așa că folosim diverse sisteme pomparea mediului activ laser (optic, electric, chimic etc.). În unele scheme, elementul de lucru cu laser este folosit ca amplificator optic pentru radiația dintr-o altă sursă.

Nu există un flux extern de fotoni într-un generator cuantic; în interiorul acestuia este creată o populație inversă folosind diverse surse pompare. În funcție de sursele care există diferite căi pompare:
optic - lampă bliț puternică;
descărcarea de gaze în substanța de lucru (mediu activ);
injectarea (transferul) purtătorilor de curent într-un semiconductor din zonă
tranziții p-n;
excitație electronică (iradierea unui semiconductor pur în vid cu un flux de electroni);
termică (încălzirea gazului urmată de răcire rapidă;
chimică (utilizarea energiei reacții chimice) și alții.

Sursa primară de generare este procesul de emisie spontană, prin urmare, pentru a asigura continuitatea generațiilor de fotoni este necesară existența unui feedback pozitiv, datorită căruia fotonii emiși provoacă acte ulterioare de emisie indusă. Pentru a face acest lucru, mediul activ laser este plasat într-o cavitate optică. În cel mai simplu caz, este format din două oglinzi, dintre care una este translucidă - prin ea, fasciculul laser iese parțial din rezonator.

Reflectându-se din oglinzi, fasciculul de radiații trece în mod repetat prin rezonator, provocând tranziții induse în acesta. Radiația poate fi continuă sau pulsată. În același timp, folosind diferite dispozitive pentru a opri și a porni rapid feedback-ul și, prin urmare, a reduce perioada impulsurilor, este posibil să se creeze condiții pentru generarea de radiații de putere foarte mare - acestea sunt așa-numitele impulsuri gigant. Acest mod de operare cu laser se numește modul Q-switched.
Raza laser este un flux de lumină coerent, monocrom, polarizat, direcționat îngust. Într-un cuvânt, acesta este un fascicul de lumină emis nu numai de surse sincrone, ci și într-un interval foarte îngust și direcțional. Un fel de flux luminos extrem de concentrat.

Radiația generată de un laser este monocromatică, probabilitatea de emisie a unui foton de o anumită lungime de undă este mai mare decât cea a unuia apropiat, asociată cu lărgirea liniei spectrale, iar probabilitatea tranzițiilor induse la această frecvență are și ea un maxim. Prin urmare, treptat în timpul procesului de generare, fotonii cu o anumită lungime de undă vor domina asupra tuturor celorlalți fotoni. În plus, datorită aranjamentului special al oglinzilor, doar acei fotoni care se propagă într-o direcție paralelă cu axa optică a rezonatorului la mică distanță de acesta sunt reținuți în fasciculul laser; fotonii rămași părăsesc rapid volumul rezonatorului. Astfel, fasciculul laser are un unghi de divergență foarte mic. În cele din urmă, fasciculul laser are o polarizare strict definită. Pentru a face acest lucru, în rezonator sunt introduse diverși polarizatori; de exemplu, pot fi plăci plate de sticlă instalate la un unghi Brewster față de direcția de propagare a fasciculului laser.

Lungimea de undă de lucru a laserului, precum și alte proprietăți, depind de ce fluid de lucru este utilizat în laser. Fluidul de lucru este „pompat” cu energie pentru a obține efectul inversării populației de electroni, care determină emisia stimulată de fotoni și un efect de amplificare optică. Cea mai simplă formă a unui rezonator optic sunt două oglinzi paralele (pot fi și patru sau mai multe) situate în jurul fluidului de lucru laser. Radiația stimulată a fluidului de lucru este reflectată înapoi de oglinzi și este din nou amplificată. Până în momentul în care iese, valul poate fi reflectat de multe ori.

Deci, să formulăm pe scurt condițiile necesare pentru a crea o sursă de lumină coerentă:

ai nevoie de o substanță de lucru cu populație inversată. Numai atunci se poate realiza amplificarea luminii prin tranziții forțate;
substanța de lucru ar trebui să fie plasată între oglinzile care oferă feedback;
câștigul dat de substanța de lucru, ceea ce înseamnă că numărul de atomi sau molecule excitați din substanța de lucru trebuie să fie mai mare decât o valoare de prag în funcție de coeficientul de reflexie al oglinzii de ieșire.

Următoarele tipuri de fluide de lucru pot fi utilizate în proiectarea laserelor:

Lichid. Este folosit ca fluid de lucru, de exemplu, în laserele colorante. Include: solvent organic(metanol, etanol sau etilen glicol) în care se dizolvă coloranți chimici (cumarină sau rodamină). Lungimea de undă de operare a laserelor lichide este determinată de configurația moleculelor de colorant utilizate.

Gaze. În special, dioxid de carbon, argon, cripton sau amestecuri de gaze, ca în laserele cu heliu-neon. „Pomparea” cu energia acestor lasere se realizează cel mai adesea folosind descărcări electrice.
Solide (cristale și pahare). Materialul solid al unor astfel de fluide de lucru este activat (aliat) prin adăugare cantitate mare ioni de crom, neodim, erbiu sau titan. Cristalele utilizate în mod obișnuit sunt granatul de ytriu aluminiu, fluorură de litiu ytriu, safir (oxid de aluminiu) și sticlă silicată. Laserele cu stare solidă sunt de obicei „pompate” de o lampă blitz sau alt laser.

Semiconductori. Un material în care tranziția electronilor între nivelurile de energie poate fi însoțită de radiații. Laserele cu semiconductor sunt foarte compacte și „pompabile” soc electric, permițându-le să fie utilizate în dispozitive de consum, cum ar fi CD playere.

Pentru a transforma un amplificator într-un oscilator, este necesar să se organizeze feedback-ul. La lasere, acest lucru se realizează prin plasarea substanței active între suprafețele reflectorizante (oglinzi), formând așa-numitul „rezonator deschis” datorită faptului că o parte din energia emisă de substanța activă este reflectată de oglinzi și revine din nou la substanța activă

Laserul folosește rezonatoare optice tipuri variate- cu oglinzi plate, sferice, combinatii de plate si sferice etc. In rezonatoarele optice care ofera feedback in Laser pot fi excitate doar anumite tipuri specifice de oscilatii ale campului electromagnetic, care se numesc oscilatii naturale sau moduri ale rezonatorului.

Modurile sunt caracterizate prin frecvență și formă, adică distribuția spațială a vibrațiilor. Într-un rezonator cu oglinzi plate, tipurile de oscilații corespunzătoare undelor plane care se propagă de-a lungul axei rezonatorului sunt excitate predominant. Un sistem de două oglinzi paralele rezonează doar la anumite frecvențe – iar în laser joacă, de asemenea, rolul pe care îl joacă un circuit oscilator în generatoarele convenționale de joasă frecvență.

Utilizarea unui rezonator deschis (și nu a unuia închis - o cavitate metalică închisă - caracteristică domeniului de microunde) este fundamentală, deoarece în domeniul optic un rezonator cu dimensiunile L = ? (L este dimensiunea caracteristică a rezonatorului, ? este lungimea de undă) pur și simplu nu poate fi fabricată, iar la L >> ? un rezonator închis își pierde proprietățile rezonante deoarece numărul de tipuri posibile de oscilații devine atât de mare încât se suprapun.

Absența pereților laterali reduce semnificativ numărul de tipuri posibile de oscilații (moduri) datorită faptului că undele care se propagă la un unghi față de axa rezonatorului depășesc rapid limitele acestuia și permite menținerea proprietăților rezonante ale rezonatorului la L. >> ?. Cu toate acestea, rezonatorul din laser nu numai că oferă feedback prin returnarea radiației reflectate de oglinzi către substanța activă, ci determină și spectrul radiației laser, caracteristicile energetice ale acesteia și direcția radiației.
În cea mai simplă aproximare val plan condiția de rezonanță într-un rezonator cu oglinzi plate este că un număr întreg de semi-unde se potrivește de-a lungul lungimii rezonatorului: L=q(?/2) (q este un număr întreg), ceea ce duce la o expresie pentru frecvența de tipul oscilaţiei cu indicele q: ?q= q(C/2L). Ca urmare, spectrul de radiații al luminii, de regulă, este un set de linii spectrale înguste, intervalele dintre care sunt identice și egale cu c/2L. Numărul de linii (componente) pentru o lungime L dată depinde de proprietățile mediului activ, adică de spectrul de emisie spontană la tranziția cuantică utilizată și poate ajunge la câteva zeci și sute. În anumite condiții, se dovedește a fi posibilă izolarea unei componente spectrale, adică implementarea unui mod laser cu un singur mod. Lățimea spectrală a fiecărei componente este determinată de pierderile de energie din rezonator și, în primul rând, de transmiterea și absorbția luminii de către oglinzi.

Profilul de frecvență al câștigului în substanța de lucru (este determinat de lățimea și forma liniei substanței de lucru) și setul de frecvențe naturale ale rezonatorului deschis. Pentru rezonatoarele deschise cu un factor de înaltă calitate utilizate în lasere, banda de trecere a rezonatorului ??p, care determină lățimea curbelor de rezonanță ale modurilor individuale, și chiar distanța dintre modurile învecinate ??h se dovedește a fi mai mică decât lățimea liniei de câștig. ??h, și chiar și în laserele cu gaz, unde lărgirea liniei este cea mai mică. Prin urmare, în circuitul de amplificare intră mai multe tipuri de oscilații rezonatoare.

Astfel, laserul nu generează neapărat la o singură frecvență; mai des, dimpotrivă, generarea are loc simultan la mai multe tipuri de oscilații, pentru care amplificarea? mai multe pierderiîn rezonator. Pentru ca laserul să funcționeze la o singură frecvență (în modul cu o singură frecvență), este necesar, de regulă, să se ia măsuri speciale (de exemplu, creșterea pierderilor, așa cum se arată în Figura 3) sau modificarea distanței dintre oglinzi. astfel încât doar unul să intre în circuitul de câștig.modă. Deoarece în optică, așa cum s-a menționat mai sus, ?h > ?p și frecvența de generare într-un laser este determinată în principal de frecvența rezonatorului, atunci pentru a menține stabilă frecvența de generare, este necesar să se stabilizeze rezonatorul. Deci, dacă câștigul în substanța de lucru acoperă pierderile din rezonator pentru anumite tipuri de oscilații, pe ele are loc generarea. Sămânța pentru apariția sa este, ca în orice generator, zgomot, care reprezintă emisie spontană în lasere.
Pentru ca mediul activ să emită lumină monocromatică coerentă, este necesar să se introducă feedback, adică o parte din fluxul luminos emis de acest mediu este direcționată înapoi în mediu pentru a produce o emisie stimulată. Pozitiv Părere se realizează cu rezonatoare optice, care în versiunea elementară sunt două oglinzi coaxiale (paralele și de-a lungul aceleiași axe), dintre care una este translucidă, iar cealaltă este „surdă”, adică reflectă complet fluxul de lumină. Substanța de lucru (mediul activ), în care se creează o populație inversă, este plasată între oglinzi. Radiația stimulată trece prin mediul activ, este amplificată, reflectată de oglindă, trece din nou prin mediu și este amplificată în continuare. Printr-o oglindă translucidă, o parte din radiație este emisă în mediul extern, iar o parte este reflectată înapoi în mediu și amplificată din nou. În anumite condiții, fluxul de fotoni în interiorul substanței de lucru va începe să crească ca o avalanșă și va începe generarea de lumină coerentă monocromatică.

Principiul de funcționare al unui rezonator optic, numărul predominant de particule ale substanței de lucru, reprezentat de cercuri deschise, se află în starea fundamentală, adică la nivelul de energie inferior. Doar un număr mic de particule, reprezentate de cearcăne, sunt într-o stare excitată electronic. Când substanța de lucru este expusă la o sursă de pompare, majoritatea particulelor intră într-o stare excitată (numărul de cearcăne a crescut) și se creează o populație inversă. În continuare (Fig. 2c) are loc emisia spontană a unor particule care apar într-o stare excitată electronic. Radiația îndreptată într-un unghi față de axa rezonatorului va părăsi substanța de lucru și rezonatorul. Radiația, care este îndreptată de-a lungul axei rezonatorului, se va apropia de suprafața oglinzii.

Pentru o oglindă translucidă, o parte din radiație va trece prin ea în mediu inconjurator, iar o parte din ea va fi reflectată și din nou direcționată în substanța de lucru, implicând particule în stare excitată în procesul de emisie stimulată.

La oglinda „surdă”, întregul flux de radiație va fi reflectat și va trece din nou prin substanța de lucru, inducând radiații de la toate particulele excitate rămase, ceea ce reflectă situația în care toate particulele excitate și-au renunțat la energia stocată, iar la ieșirea de rezonatorul, pe partea oglinzii translucide, s-a format un flux puternic de radiații induse.

De bază elemente structurale laserele includ o substanță de lucru cu anumite niveluri de energie ale atomilor și moleculelor lor constitutive, o sursă de pompă care creează o populație inversă în substanța de lucru și un rezonator optic. Există un număr mare de lasere diferite, dar toate au aceleași și simple diagramă schematică dispozitiv, care este prezentat în fig. 3.

Excepție fac laserele cu semiconductori datorită specificității lor, deoarece totul despre ele este special: fizica proceselor, metodele de pompare și proiectarea. Semiconductorii sunt formațiuni cristaline. Într-un atom individual, energia electronului capătă valori discrete strict definite și, prin urmare, stările energetice ale electronului din atom sunt descrise în limbajul nivelurilor. Într-un cristal semiconductor, nivelurile de energie formează benzi de energie. Într-un semiconductor pur care nu conține impurități, există două benzi: așa-numita bandă de valență și banda de conducție situată deasupra acestuia (pe scara de energie).

Între ele există un decalaj al valorilor energetice interzise, ​​care se numește bandgap. La o temperatură a semiconductorului egală cu zero absolut, banda de valență ar trebui să fie complet umplută cu electroni, iar banda de conducere ar trebui să fie goală. În condiții reale, temperatura este întotdeauna peste zero absolut. Dar o creștere a temperaturii duce la excitarea termică a electronilor, unii dintre ei sar din banda de valență în banda de conducție.

Ca urmare a acestui proces, un anumit număr (relativ mic) de electroni apare în banda de conducție și un număr corespunzător de electroni va lipsi din banda de valență până când este complet umplut. O vacanță de electroni în banda de valență este reprezentată de o particulă încărcată pozitiv, care se numește gaură. Tranziția cuantică a unui electron prin banda interzisă de jos în sus este considerată un proces de generare a unei perechi electron-gaură, cu electroni concentrați la marginea inferioară a benzii de conducție și găuri la marginea superioară a benzii de valență. Tranzițiile prin zona interzisă sunt posibile nu numai de jos în sus, ci și de sus în jos. Acest proces se numește recombinare electron-gaură.

Când un semiconductor pur este iradiat cu lumină a cărei energie fotonică depășește ușor banda interzisă, în cristalul semiconductor pot apărea trei tipuri de interacțiune a luminii cu materia: absorbția, emisia spontană și emisia stimulată de lumină. Primul tip de interacțiune este posibil atunci când un foton este absorbit de un electron situat lângă marginea superioară a benzii de valență. În acest caz, puterea energetică a electronului va deveni suficientă pentru a depăși banda interzisă și va face o tranziție cuantică la banda de conducție. Emisia spontană de lumină este posibilă atunci când un electron se întoarce spontan din banda de conducție în banda de valență cu emisia unui cuantum de energie - un foton. Radiația externă poate iniția tranziția către banda de valență a unui electron situat lângă marginea inferioară a benzii de conducere. Rezultatul acestui al treilea tip de interacțiune a luminii cu substanța semiconductoare va fi nașterea unui foton secundar, identic ca parametrii și direcția de mișcare cu fotonul care a inițiat tranziția.

Pentru a genera radiații laser, este necesar să se creeze o populație inversă de „niveluri de lucru” în semiconductor - pentru a crea o concentrație suficient de mare de electroni la marginea inferioară a benzii de conducție și o concentrație corespunzătoare de găuri la marginea banda de valență. În aceste scopuri, laserele cu semiconductor pur sunt de obicei pompate de un flux de electroni.

Oglinzile rezonatoare sunt margini lustruite ale cristalului semiconductor. Dezavantajul unor astfel de lasere este că multe materiale semiconductoare generează radiații laser doar la foarte mare temperaturi scăzute, iar bombardarea cristalelor semiconductoare de către un flux de electroni face ca acesta să se încălzească foarte mult. Acest lucru necesită dispozitive de răcire suplimentare, ceea ce complică proiectarea dispozitivului și îi mărește dimensiunile.

Proprietățile semiconductorilor cu impurități diferă semnificativ de proprietățile semiconductorilor puri, puri. Acest lucru se datorează faptului că atomii unor impurități donează cu ușurință unul dintre electronii lor benzii de conducție. Aceste impurități sunt numite impurități donor, iar un semiconductor cu astfel de impurități se numește n-semiconductor. Atomii altor impurități, dimpotrivă, captează un electron din banda de valență, iar astfel de impurități sunt acceptoare, iar un semiconductor cu astfel de impurități este un p-semiconductor. Nivel de energie atomi de impuritate se află în interiorul benzii interzise: pentru n-conductori - lângă marginea inferioară a benzii de conducție, pentru /-conductori - lângă marginea superioară a benzii de valență.

Dacă în această regiune este creată o tensiune electrică astfel încât să existe un pol pozitiv pe partea semiconductorului p și un pol negativ pe partea semiconductorului n, atunci sub influența câmpului electric, electronii din n-semiconductor și găurile din p-semiconductor se vor muta (injectat) în zona p-n- tranziție.

Când electronii și găurile se recombină, vor fi emiși fotoni, iar în prezența unui rezonator optic, se poate genera radiație laser.

Oglinzile rezonatorului optic sunt margini lustruite ale cristalului semiconductor, orientate perpendicular avion p-n- tranziție. Astfel de lasere sunt miniaturale, deoarece dimensiunea elementului activ semiconductor poate fi de aproximativ 1 mm.

În funcție de caracteristica luată în considerare, toate laserele sunt împărțite după cum urmează).

Primul semn. Se obișnuiește să se facă distincția între amplificatoare laser și generatoare. În amplificatoare, radiația laser slabă este furnizată la intrare și este amplificată în mod corespunzător la ieșire. Nu există radiații externe în generatoare; aceasta apare în substanța de lucru datorită excitației sale folosind diverse surse de pompă. Toate dispozitivele laser medicale sunt generatoare.

Al doilea semn este starea fizică a substanței de lucru. În conformitate cu aceasta, laserele sunt împărțite în stare solidă (rubin, safir etc.), gaz (heliu-neon, heliu-cadmiu, argon, dioxid de carbon etc.), lichid (dielectric lichid cu atomi de lucru cu impurități rare). metale pământești) și semiconductor (arseniură -galiu, arseniură de galiu fosfură, seleniură de plumb etc.).

Metoda de excitare a substanței de lucru este a treia trăsătură distinctivă a laserelor. În funcție de sursa de excitație, laserele se disting: pompate optic, pompate printr-o descărcare de gaz, excitare electronică, injecție de purtători de sarcină, pompată termic, pompată chimic și altele.

Spectrul de emisie laser este următoarea caracteristică de clasificare. Dacă radiația este concentrată într-o gamă îngustă de lungimi de undă, atunci laserul este considerat monocromatic și datele sale tehnice indică o anumită lungime de undă; dacă este într-o gamă largă, atunci laserul ar trebui să fie considerat de bandă largă și este indicat intervalul de lungimi de undă.

Pe baza naturii energiei emise, se disting laserele pulsate și laserele cu radiație continuă. Conceptele de laser pulsat și laser cu modularea în frecvență a radiației continue nu trebuie confundate, deoarece în al doilea caz primim în esență radiații intermitente de diferite frecvențe. Laserele cu impulsuri au putere mare într-un singur impuls, ajungând la 10 W, în timp ce puterea lor medie a impulsului, determinată de formulele corespunzătoare, este relativ mică. Pentru laserele cu frecvență modulată continuă, puterea în așa-numitul impuls este mai mică decât puterea radiației continue.

Pe baza puterii medii de ieșire a radiației (următoarea caracteristică de clasificare), laserele sunt împărțite în:

· de înaltă energie (densitatea fluxului de putere de radiație generată pe suprafața unui obiect sau a unui obiect biologic este de peste 10 W/cm2);

· energie medie (densitatea fluxului de putere de radiație generată - de la 0,4 la 10 W/cm2);

· cu energie scăzută (densitatea fluxului de putere a radiației generată este mai mică de 0,4 W/cm2).

· soft (iradiere de energie generată - E sau densitate de flux de putere pe suprafața iradiată - până la 4 mW/cm2);

· medie (E - de la 4 la 30 mW/cm2);

· tare (E - mai mult de 30 mW/cm2).

În conformitate cu " Standarde sanitareși reguli pentru proiectarea și funcționarea laserelor nr. 5804-91”, în funcție de gradul de pericol al radiației generate pentru personalul de exploatare, laserele sunt împărțite în patru clase.

Laserele de primă clasă includ astfel de dispozitive tehnice ale căror radiații colimate (limitate într-un unghi solid limitat) nu reprezintă un pericol atunci când iradiază ochii și pielea omului.

Laserele de clasa a doua sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire reprezintă un pericol atunci când iradiază ochi cu radiații directe și reflectate specular.

Laserele din clasa a treia sunt dispozitive a căror radiație de ieșire prezintă un pericol atunci când iradiază ochi cu radiație directă și reflectată specular, precum și radiație reflectată difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizant difuz și (sau) atunci când iradiază pielea cu radiații directe și reflectate specular.

Laserele din clasa 4 sunt dispozitive ale căror radiații de ieșire prezintă un pericol atunci când pielea este iradiată cu radiație reflectată difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizant difuz.

Este posibil să se creeze un nivel de clădire de casă, atunci când se creează efecte de iluminare la decorarea unei discoteci de casă, pentru un semnal suplimentar din spate pentru mașini, motociclete, biciclete etc.

O diodă laser este un cristal semiconductor realizat sub forma unei plăci dreptunghiulare subțiri. Fasciculul trece printr-o lentilă colectoare și reprezintă o linie subțire; atunci când se intersectează cu suprafața, vedem un punct. Pentru a obține o linie vizibilă, puteți instala o lentilă cilindrică în fața fasciculului laser. Raza refractată va arăta ca un evantai.

Am făcut-o dintr-un laser de 5mW, tensiune de alimentare de 3V de la AliExpress. În ciuda puterii reduse a emițătorului laser, este necesar să se respecte măsurile de siguranță de bază pentru a nu direcționa fasciculul în ochi.

Urmărește întregul proces de producție în videoclip:

Lista instrumentelor și materialelor
-emițător laser 5mW, 3V (link la laser)
-şurubelniţă; foarfece;
- ciocan de lipit;
-batist; folie de textolit;
- doua baterii de 1,5V;
- fire de conectare; carcasa compartimentului bateriei cu buton de alimentare al farului;
Rezistor -5 Ohm;
-LED cu bec transparent;
- fâșie de tablă.

Primul pas. Realizarea unei plăci cu laser.

Posibilitatea de a face ceva util din echipamente nefolosite sau uzate atrage mulți meșteri acasă. Un astfel de dispozitiv util este un tăietor cu laser. Având la dispoziție un astfel de dispozitiv (unii chiar îl fac dintr-un indicator laser obișnuit), poți face performanță design decorativ produse din diverse materiale.

Ce materiale și mecanisme vor fi necesare

Pentru a realiza o tăietoare cu laser simplă cu propriile mâini, veți avea nevoie de următoarele materiale și dispozitive tehnice:

• indicator laser;
• o lanternă obișnuită echipată cu baterii reîncărcabile;
• unitatea de ardere veche (CD/DVD-RW), echipată cu acţionat cu laser(nu este deloc necesar ca o astfel de unitate să fie în stare de funcționare);
• ciocan de lipit;
• set de instrumente de lăcătuș.

Astfel, poți realiza un simplu dispozitiv de tăiere cu laser folosind materiale ușor de găsit în atelierul sau garajul tău de acasă.

Procesul de realizare a unui cutter simplu cu laser

Principalul element de lucru tăietor de casă Designul propus este un element laser al unei unități de disc de computer. Ar trebui să alegeți un model de unitate de scriere deoarece laserul din astfel de dispozitive are o putere mai mare, ceea ce vă permite să ardeți urme pe suprafața discului instalat în ele. Designul unității de disc de tip citire conține, de asemenea, un emițător laser, dar puterea acestuia, folosită doar pentru a ilumina discul, este scăzută.

Emițătorul laser, care este echipat cu o unitate de disc de înregistrare, este plasat pe un cărucior special care se poate mișca în două direcții. Pentru a scoate emițătorul din cărucior, este necesar să îl eliberați de un număr mare de elemente de fixare și dispozitive detașabile. Acestea trebuie îndepărtate cu mare atenție pentru a nu deteriora elementul laser. Pe lângă instrumentele obișnuite, pentru a îndepărta dioda laser roșie (și asta este ceea ce aveți nevoie pentru a echipa un tăietor cu laser de casă), veți avea nevoie de un fier de lipit pentru a elibera cu grijă dioda din îmbinările de lipit existente. Când scoateți emițătorul din locașul său, trebuie să aveți grijă și să nu îl expuneți la solicitări mecanice puternice, care ar putea cauza defecțiunea acestuia.

Emițătorul, scos din unitatea computerului de scriere, trebuie instalat în locul LED-ului care a fost echipat inițial cu indicatorul laser. Pentru a efectua această procedură, indicatorul laser trebuie dezasamblat, împărțindu-și corpul în două părți. În partea de sus a acestora există un LED, care ar trebui să fie îndepărtat și înlocuit cu un emițător laser de pe o unitate de disc a computerului. Când fixați un astfel de emițător în corpul indicatorului, puteți utiliza lipici (este important doar să vă asigurați că ochiul emițătorului este situat strict în centrul găurii destinate ieșirii fasciculului).

Tensiunea generată de sursele de alimentare dintr-un pointer laser nu este suficientă pentru a asigura eficiența utilizării unui cutter laser, așa că nu este indicat să le folosiți pentru echiparea unui astfel de dispozitiv. Pentru cel mai simplu tăietor cu laser, bateriile reîncărcabile utilizate într-o lanternă electrică obișnuită sunt potrivite. Astfel, prin alinierea părții inferioare a lanternei, care adăpostește bateriile acesteia, cu top parte Folosind un pointer laser, unde emițătorul de pe unitatea de disc a computerului este deja amplasat, puteți obține un tăietor laser complet funcțional. Atunci când efectuați o astfel de combinație, este foarte important să mențineți polaritatea bateriilor care vor alimenta emițătorul.

Înainte de a asambla un tăietor cu laser de mână de casă, cu designul propus, este necesar să îndepărtați sticla instalată în acesta din vârful indicatorului, ceea ce va împiedica trecerea fasciculului laser. În plus, trebuie să verificați din nou conexiunea corectă a emițătorului cu bateriile, precum și cât de precis este localizat ochiul său în raport cu orificiul de ieșire al vârfului indicatorului. Odată ce toate elementele structurale sunt bine conectate între ele, puteți începe să utilizați dispozitivul de tăiere.

Desigur, cu un astfel de laser de putere redusă nu va fi posibilă tăierea unei foi de metal și nu va fi potrivit pentru prelucrarea lemnului, dar este potrivit pentru rezolvarea problemelor simple asociate cu tăierea cartonului sau a foilor subțiri de polimer.

Folosind algoritmul descris mai sus, este posibil să se producă un cutter laser mai puternic, îmbunătățind ușor designul propus. În special, un astfel de dispozitiv trebuie să fie echipat suplimentar cu elemente precum:

• condensatoare a căror capacitate este de 100 pF și 100 mF;
• rezistențe cu parametri 2–5 Ohmi;
• colimator - un dispozitiv care este folosit pentru a colecta razele de lumină care trec prin el într-un fascicul îngust;
• Lanterna LED cu corp din otel.

Condensatorii și rezistențele în proiectarea unui astfel de tăietor cu laser sunt necesare pentru a crea un driver prin care energia electrică va curge de la baterii la emițătorul laser. Dacă nu utilizați un driver și aplicați curent direct la emițător, acesta din urmă poate eșua imediat. În ciuda puterii mai mari, o astfel de mașină cu laser nu va funcționa pentru tăierea placajului, a plasticului gros și în special a metalului.

Cum să faci un dispozitiv mai puternic

Meșterii de acasă sunt adesea interesați de mașini laser mai puternice pe care le pot realiza cu propriile mâini. Este foarte posibil să faceți un laser pentru tăierea placajului cu propriile mâini și chiar un cutter laser pentru metal, dar pentru aceasta trebuie să achiziționați componentele corespunzătoare. În acest caz, este mai bine să vă faceți imediat propria mașină laser, care va avea o funcționalitate decentă și va funcționa în modul automat, controlat de un computer extern.

În funcție de dacă sunteți interesat de bricolaj sau aveți nevoie de un dispozitiv pentru lucrul pe lemn și alte materiale, ar trebui să selectați corect elementul principal al unui astfel de echipament - un emițător laser, a cărui putere poate fi diferită. Natural, taietura cu laser Placajul bricolaj este realizat cu un dispozitiv de putere mai mică, iar un laser pentru tăierea metalului trebuie să fie echipat cu un emițător a cărui putere este de cel puțin 60 W.

Pentru a realiza o mașină cu laser cu drepturi depline, inclusiv pentru tăierea metalului cu propriile mâini, veți avea nevoie de următoarele Consumabile si componente:

1. un controler care va fi responsabil de comunicarea dintre un computer extern și componentele electronice ale dispozitivului în sine, asigurând astfel controlul funcționării acestuia;
2. placa electronica dotata cu afisaj informativ;
3. laser (puterea acestuia este selectată în funcție de materialele pentru care va fi folosit cutterul în curs de fabricare);
4. motoarele pas cu pas, care vor fi responsabile pentru deplasarea desktop-ului dispozitivului în două direcții (motoare pas cu pas de la imprimante sau DVD playere neutilizate pot fi folosite ca astfel de motoare);
5. dispozitiv de răcire pentru emițător;
6. Regulator DC-DC, care va controla cantitatea de tensiune furnizată plăcii electronice a emițătorului;
7. tranzistoare și plăci electronice pentru controlul motoarelor pas cu pas ale tăietorului;
8. Întrerupătoare de limită;
9. scripete pentru instalarea curelelor de distribuție și curelele în sine;
10. o carcasă, a cărei dimensiune permite plasarea în ea a tuturor elementelor structurii asamblate;
11. rulmenți cu bile diferite diametre;
12. șuruburi, piulițe, șuruburi, legături și cleme;
13. placi din lemn, din care se va realiza cadrul de lucru al frezei;
14. tije metalice cu diametrul de 10 mm, care vor fi folosite ca elemente de ghidare;
15. un computer și un cablu USB cu care se va conecta la controlerul tăietorului;
16. set de instrumente de lăcătuș.

Dacă intenționați să utilizați o mașină laser pentru prelucrarea metalelor, atunci designul acesteia trebuie să fie consolidat pentru a rezista greutății tablei de metal care este prelucrată.

Prezența unui computer și a unui controler în proiectarea unui astfel de dispozitiv îi permite să fie utilizat nu numai ca tăietor cu laser, ci și ca mașină de gravat. Folosind acest echipament, a cărui funcționare este controlată de un program special de calculator, este posibil să se aplice modele și inscripții complexe pe suprafața piesei de prelucrat cu mare precizie și detalii. Programul corespunzător poate fi găsit disponibil gratuit pe Internet.

Prin design, mașina cu laser, pe care o puteți realiza singur, este un dispozitiv de tip navetă. Elementele sale de mișcare și de ghidare sunt responsabile pentru deplasarea capului de lucru de-a lungul axelor X și Y. Axa Z este adâncimea la care este tăiat materialul prelucrat. Pentru mutarea capului de lucru al unui tăietor cu laser din designul prezentat, așa cum s-a menționat mai sus, sunt responsabile motoarele pas cu pas, care sunt fixate pe părțile staționare ale cadrului dispozitivului și conectate la elementele mobile cu ajutorul curelelor dințate.

Suport glisant Cap cu laser si radiator Ansamblu carucior

Așezarea căruciorului pe standuri

Realizarea unui laser puternic de ardere cu propriile mâini nu este o sarcină dificilă, cu toate acestea, pe lângă capacitatea de a folosi un fier de lipit, va trebui să fii atent și atent în abordarea ta. Merită remarcat imediat că aici nu sunt necesare cunoștințe profunde din domeniul ingineriei electrice și puteți face un dispozitiv chiar și acasă. Principalul lucru atunci când lucrați este să luați măsuri de precauție, deoarece expunerea la un fascicul laser este dăunătoare pentru ochi și piele.

Un laser este o jucărie periculoasă care poate dăuna sănătății dacă este folosită cu neglijență. Nu îndreptați laserul spre oameni sau animale!

De ce vei avea nevoie?

Orice laser poate fi împărțit în mai multe componente:

• emițător de flux luminos;
• optica;
• alimentare electrică;
• stabilizator de alimentare (driver).

Pentru a realiza un laser puternic de casă, va trebui să luați în considerare toate aceste componente separat. Cel mai practic și mai ușor de asamblat este un laser bazat pe o diodă laser, pe care îl vom lua în considerare în acest articol.

De unde pot obține o diodă pentru un laser?

Elementul de lucru al oricărui laser este o diodă laser. Îl puteți cumpăra de la aproape orice magazin de radio sau îl puteți obține de pe o unitate CD care nu funcționează. Faptul este că inoperabilitatea unității este rareori asociată cu defecțiunea diodei laser. Dacă ai un drive stricat, poți costuri suplimentare obțineți elementul necesar. Dar trebuie să țineți cont de faptul că tipul și proprietățile sale depind de modificarea unității.

Cel mai slab laser, care operează în domeniul infraroșu, este instalat în unitățile CD-ROM. Puterea sa este suficientă doar pentru a citi CD-uri, iar fasciculul este aproape invizibil și nu este capabil să ardă obiecte. CD-RW are încorporată o diodă laser mai puternică, potrivită pentru ardere și proiectată pentru aceeași lungime de undă. Este considerată cea mai periculoasă, deoarece emite un fascicul într-o zonă a spectrului invizibilă pentru ochi.

Unitatea DVD-ROM este echipată cu două diode laser slabe, a căror energie este suficientă doar pentru citirea CD-urilor și discuri DVD. Inscriptorul DVD-RW conține un laser roșu de mare putere. Fasciculul său este vizibil în orice lumină și poate aprinde cu ușurință anumite obiecte.

BD-ROM-ul conține un laser violet sau albastru, care este similar în parametri cu analogul de pe DVD-ROM. De la înregistratoarele BD-RE puteți obține cea mai puternică diodă laser cu un fascicul frumos violet sau albastru capabil să ardă. Cu toate acestea, găsirea unei astfel de unități pentru dezasamblare este destul de dificilă, iar un dispozitiv care funcționează este costisitor.

Cea mai potrivită este o diodă laser luată de pe o unitate DVD-RW. Diodele laser de cea mai înaltă calitate sunt instalate în unitățile LG, Sony și Samsung.

Cu cât viteza de scriere a unității DVD este mai mare, cu atât este mai puternică dioda laser instalată în ea.

Demontarea unității

Având unitatea în fața dvs., mai întâi scoateți capacul superior deșurubând 4 șuruburi. Apoi scoateți mecanismul mobil, care este situat în centru și conectat la placă de circuit imprimat cablu flexibil. Următorul obiectiv este o diodă laser, presată ferm într-un radiator din aluminiu sau aliaj de duraluminiu. Se recomandă asigurarea protecției împotriva electricității statice înainte de a o demonta. Pentru a face acest lucru, cablurile diodei laser sunt lipite sau învelite cu sârmă subțire de cupru.

În continuare, există două opțiuni posibile. Prima presupune operarea unui laser finit sub forma unei instalații staționare împreună cu un radiator standard. A doua opțiune este asamblarea dispozitivului în corpul unei lanterne portabile sau al unui indicator laser. În acest caz, va trebui să aplicați forță pentru a tăia sau a tăia radiatorul fără a deteriora elementul radiant.

Conducător auto

Sursa de alimentare cu laser trebuie gestionată în mod responsabil. Ca și în cazul LED-urilor, trebuie să fie o sursă de curent stabilizată. Pe Internet există multe circuite alimentate de o baterie sau acumulator printr-un rezistor limitator. Suficiența acestei soluții este discutabilă, deoarece tensiunea bateriei sau bateriei se modifică în funcție de nivelul de încărcare. În consecință, curentul care curge prin dioda emițătoare laser se va abate foarte mult de la valoarea nominală. Ca urmare, dispozitivul nu va funcționa eficient la curenți scăzuti, iar la curenți mari va duce la o scădere rapidă a intensității radiației sale.

Cea mai bună opțiune este să utilizați un stabilizator de curent simplu construit pe bază. Acest microcircuit aparține categoriei de stabilizatori universali integrati cu capacitatea de a seta independent curentul și tensiunea de ieșire. Microcircuitul funcționează într-o gamă largă de tensiuni de intrare: de la 3 la 40 volți.

Un analog al LM317 este cipul intern KR142EN12.

Pentru primul experiment de laborator, diagrama de mai jos este potrivită. Singurul rezistor din circuit este calculat folosind formula: R=I/1,25, unde I este curent nominal laser (valoare de referință).

Uneori, la ieșirea stabilizatorului sunt instalate în paralel cu dioda un condensator polar de 2200 μFx16 V și un condensator nepolar de 0,1 μF. Participarea lor este justificată în cazul alimentării cu tensiune la intrare de la o sursă de alimentare staționară, care poate lipsi o componentă alternativă nesemnificativă și zgomot de impuls. Unul dintre aceste circuite, alimentat de o baterie Krona sau o baterie mică, este prezentat mai jos.

Diagrama arată valoarea aproximativă a rezistenței R1. Pentru a o calcula cu precizie, trebuie să utilizați formula de mai sus.

După ce a adunat schema electrica, puteți efectua o pornire preliminară și, ca dovadă a funcționalității circuitului, observați lumina împrăștiată de culoare roșie strălucitoare a diodei emitatoare. După măsurarea curentului real și a temperaturii corpului, merită să ne gândim la necesitatea instalării unui radiator. Dacă laserul va fi utilizat într-o instalație staționară la curenți mari pentru o perioadă lungă de timp, atunci trebuie asigurată răcirea pasivă. Acum a mai rămas foarte puțin pentru a atinge obiectivul: concentrați-vă și obțineți un fascicul îngust de mare putere.

Optica

În termeni științifici, este timpul să construim un colimator simplu, un dispozitiv pentru producerea de fascicule de raze de lumină paralele. Opțiune idealăÎn acest scop, va exista o lentilă standard luată din unitate. Cu ajutorul acestuia puteți obține un fascicul laser destul de subțire cu un diametru de aproximativ 1 mm. Cantitatea de energie a unui astfel de fascicul este suficientă pentru a arde prin hârtie, țesătură și carton în câteva secunde, pentru a topi plasticul și pentru a arde prin lemn. Dacă focalizați un fascicul mai subțire, acest laser poate tăia placaj și plexiglas. Dar configurarea și atașarea în siguranță a obiectivului la unitate este destul de dificilă din cauza distanței focale mici.

Este mult mai ușor să construiești un colimator bazat pe un pointer laser. În plus, carcasa acestuia poate găzdui un șofer și o baterie mică. Ieșirea va fi un fascicul cu un diametru de aproximativ 1,5 mm și un efect de ardere mai mic. Pe vreme de ceață sau zăpadă abundentă, puteți observa efecte de lumină incredibile prin direcționarea fluxului de lumină către cer.

Prin magazinul online puteți achiziționa un colimator gata făcut, special conceput pentru montarea și reglarea unui laser. Corpul său va servi drept radiator. Cunoscând dimensiunile tuturor componente dispozitiv, puteți cumpăra o lanternă LED ieftină și puteți folosi carcasa acesteia.

În concluzie, aș dori să adaug câteva fraze despre pericolele radiațiilor laser. În primul rând, nu îndreptați niciodată raza laser în ochii oamenilor sau animalelor. Acest lucru duce la o deficiență vizuală gravă. În al doilea rând, purtați ochelari verzi când experimentați cu laserul roșu. Ele blochează trecerea cea mai mare parte a porțiunii roșii a spectrului. Cantitatea de lumină transmisă prin ochelari depinde de lungimea de undă a radiației. Privirea din lateral la raza laser fără echipament de protecție este permisă doar pentru o perioadă scurtă de timp. În caz contrar, pot apărea dureri de ochi.

Citeste si