Ako si vyrobiť laser doma. Vlastná laserová rezačka na rezanie preglejky, dreva, kovu: montážne tipy

POZOR!

Poďme zistiť.

Poďme variť.

Toto je minimum potrebné na vytvorenie jednoduchého modelu ovládača. Ovládač je v skutočnosti doska, ktorá bude vysielať našu laserovú diódu požadovaný výkon. Zdroj energie by ste nemali pripájať priamo k laserovej dióde - pokazí sa. Laserová dióda musí byť napájaná prúdom, nie napätím.

Kolimátor je v skutočnosti modul so šošovkou, ktorá redukuje všetko žiarenie do úzkeho lúča. Hotové kolimátory je možné zakúpiť v predajniach rádií. Tieto už majú pohodlné miesto na inštaláciu laserovej diódy a cena je 200 - 500 rubľov.

Môžete použiť aj kolimátor z čínskeho ukazovátka, laserová dióda sa však bude prichytávať len ťažko a samotné telo kolimátora bude s najväčšou pravdepodobnosťou z pokovovaného plastu. To znamená, že naša dióda nebude dobre chladiť. Ale aj toto je možné. Túto možnosť nájdete na konci článku.

Poďme na to.

Odporúča sa použiť antistatický remienok na zápästie, pretože laserová dióda je veľmi citlivá na statické napätie. Ak náramok nie je, potom môžete vodiče diódy omotať tenkým drôtom, kým čaká na inštaláciu do puzdra.

Diagram ukazuje 200 mF kondenzátor, avšak pre prenosnosť je 50-100 mF dosť dosť.

Vyskúšajme.

Vyzerá to hrozne, ale funguje to!

Estetika.

Toto je možnosť s minimálnymi nákladmi - používa sa kolimátor z čínskeho ukazovateľa:

Použitie modulu vyrobeného vo výrobe vám umožní získať nasledujúce výsledky:

Laserový lúč je viditeľný večer:

A samozrejme v tme:

Možno.

Musíme sa spamätať.

Dnes budeme hovoriť o tom, ako si vyrobiť výkonný zelený alebo modrý laser doma zo šrotu vlastnými rukami. Zvážime aj nákresy, schémy a dizajn domácich laserových ukazovátok so zapaľovacím lúčom a dosahom až 20 km

Základom laserového zariadenia je optický kvantový generátor, ktorý pomocou elektrickej, tepelnej, chemickej alebo inej energie vytvára laserový lúč.

Laserová operácia je založená na fenoméne vynúteného (indukovaného) žiarenia. Laserové žiarenie môže byť nepretržité, s konštantným výkonom alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. Podstata javu spočíva v tom, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie, čiže je jeho presnou kópiou. Týmto spôsobom je svetlo zosilnené. Tento jav sa líši od spontánneho žiarenia, pri ktorom majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizáciu a fázu
Pravdepodobnosť, že náhodný fotón spôsobí stimulovanú emisiu z excitovaného atómu, sa presne rovná pravdepodobnosti absorpcie tohto fotónu atómom v neexcitovanom stave. Preto je na zosilnenie svetla potrebné, aby v médiu bolo viac excitovaných atómov ako tých neexcitovaných. V rovnovážnom stave táto podmienka nie je splnená, preto používame rôzne systémyčerpanie aktívneho média lasera (optického, elektrického, chemického atď.). V niektorých schémach sa laserový pracovný prvok používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.

V kvantovom generátore sa nevytvára žiadny vonkajší tok fotónov rôznych zdrojovčerpanie. V závislosti od zdrojov, ktoré existujú rôznymi spôsobmičerpanie:
optická - výkonná záblesková lampa;
výboj plynu v pracovnej látke (aktívne médium);
vstrekovanie (prenos) prúdových nosičov v polovodiči v zóne
p-n prechody;
elektronické budenie (ožarovanie čistého polovodiča vo vákuu prúdom elektrónov);
tepelné (ohrievanie plynu s následným rýchlym ochladením;
chemické (spotreba energie chemické reakcie) a niektoré ďalšie.

Primárnym zdrojom generovania je proces spontánnej emisie, preto na zabezpečenie kontinuity generácií fotónov je potrebná existencia pozitívnej spätnej väzby, vďaka ktorej emitované fotóny spôsobujú následné akty indukovanej emisie. Na tento účel sa aktívne médium lasera umiestni do optickej dutiny. V najjednoduchšom prípade pozostáva z dvoch zrkadiel, z ktorých jedno je priesvitné - cez neho laserový lúč čiastočne vychádza z rezonátora.

Odrážajúc sa od zrkadiel, lúč žiarenia opakovane prechádza cez rezonátor a spôsobuje v ňom indukované prechody. Žiarenie môže byť buď nepretržité alebo pulzné. Súčasne pomocou rôznych zariadení na rýchle vypnutie a zapnutie spätnej väzby a tým skrátenie periódy impulzov je možné vytvoriť podmienky na generovanie žiarenia s veľmi vysokým výkonom - ide o takzvané obrie impulzy. Tento režim prevádzky lasera sa nazýva Q-spínaný režim.
Laserový lúč je koherentný, monochromatický, polarizovaný, úzko smerovaný svetelný tok. Jedným slovom je to lúč svetla vyžarovaný nielen synchrónnymi zdrojmi, ale aj vo veľmi úzkom rozsahu a smerovo. Akýsi extrémne koncentrovaný svetelný tok.

Žiarenie generované laserom je monochromatické, pravdepodobnosť emisie fotónu určitej vlnovej dĺžky je väčšia ako pravdepodobnosť emisie blízko umiestneného, ​​spojená s rozšírením spektrálnej čiary a pravdepodobnosť indukovaných prechodov pri tejto frekvencii má tiež maximálne. Preto postupne počas procesu generovania budú fotóny danej vlnovej dĺžky dominovať nad všetkými ostatnými fotónmi. Navyše, vďaka špeciálnemu usporiadaniu zrkadiel, len tie fotóny, ktoré sa šíria v smere rovnobežnom s optickou osou rezonátora v krátkej vzdialenosti od nej, zostávajú v laserovom lúči rýchlo opustené. Laserový lúč má teda veľmi malý uhol divergencie. Nakoniec má laserový lúč presne definovanú polarizáciu. Na tento účel sa do rezonátora zavedú rôzne polarizátory, môžu to byť napríklad ploché sklenené dosky inštalované v Brewsterovom uhle k smeru šírenia laserového lúča.

Pracovná vlnová dĺžka lasera, ako aj ďalšie vlastnosti závisia od toho, aká pracovná tekutina sa v laseri používa. Pracovná tekutina je „pumpovaná“ energiou, aby sa vytvoril inverzný efekt elektronických populácií, čo spôsobuje stimulovanú emisiu fotónov a efekt optického zosilnenia. Najjednoduchšou formou optického rezonátora sú dve paralelné zrkadlá (môžu byť aj štyri alebo viac) umiestnené okolo pracovnej tekutiny lasera. Stimulované žiarenie pracovnej tekutiny sa odráža späť od zrkadiel a opäť sa zosilňuje. Kým nevyjde, vlna sa môže mnohokrát odrážať.

Stručne teda sformulujme podmienky potrebné na vytvorenie zdroja koherentného svetla:

potrebujete pracovnú látku s prevrátenou populáciou. Len potom možno dosiahnuť zosilnenie svetla pomocou nútených prechodov;
pracovná látka by mala byť umiestnená medzi zrkadlá, ktoré poskytujú spätnú väzbu;
zisk daný pracovnou látkou, čo znamená, že počet excitovaných atómov alebo molekúl v pracovnej látke musí byť väčší ako prahová hodnota v závislosti od koeficientu odrazu výstupného zrkadla.

Pri konštrukcii laserov možno použiť tieto typy pracovných kvapalín:

Kvapalina. Používa sa ako pracovná kvapalina napríklad v farbiacich laseroch. Zahŕňa: organické rozpúšťadlo(metanol, etanol alebo etylénglykol), v ktorých sú rozpustené chemické farbivá (kumarín alebo rodamín). Pracovná vlnová dĺžka kvapalinových laserov je určená konfiguráciou použitých molekúl farbiva.

Plyny. Najmä oxid uhličitý, argón, kryptón alebo zmesi plynov, ako v hélium-neónových laseroch. „Pumpovanie“ energiou týchto laserov sa najčastejšie vykonáva pomocou elektrických výbojov.
Pevné látky (kryštály a sklá). Pevný materiál takýchto pracovných kvapalín sa aktivuje (leguje) pridávaním veľká kvantita ióny chrómu, neodýmu, erbia alebo titánu. Bežne používané kryštály sú ytrium-hliníkový granát, lítiumytriumfluorid, zafír (oxid hlinitý) a silikátové sklo. Pevné lasery sú zvyčajne „pumpované“ zábleskovou lampou alebo iným laserom.

Polovodiče. Materiál, v ktorom môže byť prechod elektrónov medzi energetickými hladinami sprevádzaný žiarením. Polovodičové lasery sú veľmi kompaktné a „čerpateľné“ elektrický šok, čo umožňuje ich použitie v spotrebiteľských zariadeniach, ako sú CD prehrávače.

Na premenu zosilňovača na oscilátor je potrebné zorganizovať spätnú väzbu. V laseroch sa to dosiahne umiestnením účinnej látky medzi odrazové plochy (zrkadlá), čím sa vytvorí takzvaný „otvorený rezonátor“, pretože časť energie vyžarovanej účinnou látkou sa odráža od zrkadiel a opäť sa vracia do účinná látka

Laser využíva optické rezonátory rôzne druhy- s plochými zrkadlami, guľové, kombinácie plochých a guľových atď. V optických rezonátoroch, ktoré poskytujú spätnú väzbu v laseri, môžu byť vybudené len určité druhy kmitov elektromagnetického poľa, ktoré sa nazývajú prirodzené kmity alebo režimy rezonátora.

Módy sú charakterizované frekvenciou a tvarom, t.j. priestorovým rozložením vibrácií. V rezonátore s plochými zrkadlami sú prevažne excitované typy kmitov zodpovedajúce rovinným vlnám šíreným pozdĺž osi rezonátora. Systém dvoch paralelných zrkadiel rezonuje len pri určitých frekvenciách – a v laseri hrá rolu aj oscilačný obvod v bežných nízkofrekvenčných generátoroch.

Použitie otvoreného rezonátora (a nie uzavretého - uzavretá kovová dutina - charakteristika mikrovlnného rozsahu) je zásadné, pretože v optickom rozsahu rezonátor s rozmermi L = ? (L je charakteristická veľkosť rezonátora, ? je vlnová dĺžka) sa jednoducho nedá vyrobiť a pri L >> ? uzavretý rezonátor stráca svoje rezonančné vlastnosti, pretože počet možných druhov kmitov sa stáva takým veľkým, že sa prekrývajú.

Absencia bočných stien výrazne znižuje počet možných typov kmitov (módov) v dôsledku skutočnosti, že vlny šíriace sa pod uhlom k osi rezonátora rýchlo prekračujú jeho hranice a umožňuje zachovať rezonančné vlastnosti rezonátora pri L. >> ?. Rezonátor v laseri však poskytuje nielen spätnú väzbu tým, že vracia žiarenie odrazené od zrkadiel do aktívnej látky, ale určuje aj spektrum laserového žiarenia, jeho energetické charakteristiky a smer žiarenia.
V najjednoduchšom priblížení rovinná vlna podmienka rezonancie v rezonátore s plochými zrkadlami je taká, že po dĺžke rezonátora sa zmestí celočíselný počet polovičných vĺn: L=q(?/2) (q je celé číslo), čo vedie k vyjadreniu frekvencie typ oscilácie s indexom q: ?q= q(C/2L). Výsledkom je, že spektrum žiarenia svetla je spravidla súborom úzkych spektrálnych čiar, ktorých intervaly sú rovnaké a rovné c/2L. Počet čiar (komponentov) pre danú dĺžku L závisí od vlastností aktívneho prostredia, t. j. od spektra spontánnej emisie pri použitom kvantovom prechode a môže dosiahnuť niekoľko desiatok a stoviek. Za určitých podmienok sa ukazuje, že je možné izolovať jednu spektrálnu zložku, t. j. implementovať jednovidový režim lasera. Spektrálna šírka každého komponentu je určená energetickými stratami v rezonátore a predovšetkým priepustnosťou a absorpciou svetla zrkadlami.

Frekvenčný profil zosilnenia v pracovnej látke (je určený šírkou a tvarom čiary pracovnej látky) a súborom vlastných frekvencií otvoreného rezonátora. Pri otvorených rezonátoroch s vysokým faktorom kvality používaným v laseroch je priepustné pásmo rezonátora ??p, ktoré určuje šírku rezonančných kriviek jednotlivých módov a dokonca aj vzdialenosť medzi susednými módmi ??h, menšie ako šírka čiary zisku. a dokonca aj v plynových laseroch, kde je rozšírenie čiary najmenšie. Preto do zosilňovacieho obvodu vstupuje niekoľko druhov kmitov rezonátora.

Laser teda nemusí nutne generovať na jednej frekvencii častejšie, naopak, ku generovaniu dochádza súčasne pri viacerých typoch kmitov, pre ktoré je zosilnenie? viac strát v rezonátore. Aby laser pracoval na jednej frekvencii (v jednofrekvenčnom režime), je spravidla potrebné prijať špeciálne opatrenia (napríklad zvýšiť straty, ako je znázornené na obrázku 3) alebo zmeniť vzdialenosť medzi zrkadlami. aby sa do obvodu zosilnenia dostal len jeden. Pretože v optike, ako je uvedené vyššie, ?h > ?p a generačná frekvencia v laseri je určená hlavne frekvenciou rezonátora, aby bola generačná frekvencia stabilná, je potrebné stabilizovať rezonátor. Takže ak zisk v pracovnej látke pokrýva straty v rezonátore pre určité typy kmitov, dochádza na nich ku generovaniu. Zárodkom jeho vzniku je ako v každom generátore hluk, ktorý v laseroch predstavuje spontánnu emisiu.
Aby aktívne médium emitovalo koherentné monochromatické svetlo, je potrebné zaviesť spätnú väzbu, t.j. časť svetelného toku emitovaného týmto médiom smeruje späť do média, aby sa vytvorila stimulovaná emisia. Pozitívny Spätná väzba sa vykonáva pomocou optických rezonátorov, čo sú v elementárnej verzii dve koaxiálne (paralelné a pozdĺž rovnakej osi) zrkadlá, z ktorých jedno je priesvitné a druhé je „hluché“, t.j. úplne odráža svetelný tok. Pracovná látka (aktívne médium), v ktorej sa vytvára inverzná populácia, je umiestnená medzi zrkadlá. Stimulované žiarenie prechádza aktívnym prostredím, je zosilnené, odrazené od zrkadla, opäť prechádza prostredím a ďalej sa zosilňuje. Cez priesvitné zrkadlo sa časť žiarenia vyžaruje do vonkajšieho prostredia a časť sa odráža späť do okolia a opäť sa zosilňuje. Za určitých podmienok sa tok fotónov vo vnútri pracovnej látky začne lavínovo zvyšovať a začne sa generovať monochromatické koherentné svetlo.

Princíp činnosti optického rezonátora, prevažujúci počet častíc pracovnej látky, reprezentovaný otvorenými kruhmi, je v základnom stave, t.j. na nižšej energetickej úrovni. Len malý počet častíc, reprezentovaných tmavými kruhmi, je v elektronicky excitovanom stave. Keď je pracovná látka vystavená čerpaciemu zdroju, väčšina častíc prejde do excitovaného stavu (počet tmavých kruhov sa zvýšil) a vytvorí sa inverzná populácia. Ďalej (obr. 2c) nastáva spontánna emisia niektorých častíc vyskytujúcich sa v elektronicky excitovanom stave. Žiarenie smerujúce pod uhlom k osi rezonátora opustí pracovnú látku a rezonátor. Žiarenie, ktoré smeruje pozdĺž osi rezonátora, sa priblíži k povrchu zrkadla.

Pre priesvitné zrkadlo prejde časť žiarenia cez neho životné prostredie a jeho časť sa odrazí a opäť nasmeruje do pracovnej látky, pričom častice v excitovanom stave sa zapoja do procesu stimulovanej emisie.

Na „hluchom“ zrkadle sa celý tok žiarenia odrazí a opäť prejde cez pracovnú látku, pričom sa indukuje žiarenie zo všetkých zostávajúcich excitovaných častíc, čo odráža situáciu, keď všetky excitované častice odovzdali svoju nahromadenú energiu, a na výstupe rezonátor, na strane priesvitného zrkadla sa vytvoril silný tok indukovaného žiarenia.

Základné konštrukčné prvky lasery zahŕňajú pracovnú látku s určitými energetickými hladinami ich základných atómov a molekúl, zdroj pumpy, ktorý vytvára inverznú populáciu v pracovnej látke, a optický rezonátor. Existuje veľké množstvo rôznych laserov, ale všetky majú rovnaké a jednoduché schematický diagram zariadenie, ktoré je znázornené na obr. 3.

Výnimkou sú polovodičové lasery kvôli ich špecifickosti, pretože všetko je na nich špeciálne: fyzika procesov, čerpacie metódy a dizajn. Polovodiče sú kryštalické útvary. Energia elektrónu v jednotlivom atóme nadobúda prísne definované diskrétne hodnoty, a preto sú energetické stavy elektrónu v atóme opísané v reči úrovní. V polovodičovom kryštáli tvoria energetické hladiny energetické pásy. V čistom polovodiči, ktorý neobsahuje žiadne nečistoty, sú dva pásy: takzvaný valenčný pás a pás vodivosti umiestnený nad ním (na energetickej stupnici).

Medzi nimi je medzera zakázaných energetických hodnôt, ktorá sa nazýva bandgap. Pri teplote polovodiča rovnej absolútnej nule by mal byť valenčný pás úplne naplnený elektrónmi a vodivý pás by mal byť prázdny. V reálnych podmienkach je teplota vždy nad absolútnou nulou. Ale zvýšenie teploty vedie k tepelnej excitácii elektrónov, niektoré z nich preskočia z valenčného pásma do vodivého pásma.

V dôsledku tohto procesu sa vo vodivom pásme objaví určitý (relatívne malý) počet elektrónov a zodpovedajúci počet elektrónov bude vo valenčnom pásme chýbať, kým sa úplne nenaplní. Prázdne miesto elektrónov vo valenčnom pásme predstavuje kladne nabitá častica, ktorá sa nazýva diera. Kvantový prechod elektrónu cez pásovú medzeru zdola nahor sa považuje za proces generovania páru elektrón-diera s elektrónmi sústredenými na spodnom okraji vodivého pásma a otvormi na hornom okraji valenčného pásma. Prechody cez zakázanú zónu sú možné nielen zdola nahor, ale aj zhora nadol. Tento proces sa nazýva rekombinácia elektrón-diera.

Keď je čistý polovodič ožiarený svetlom, ktorého energia fotónu mierne presahuje zakázané pásmo, môžu v polovodičovom kryštáli nastať tri typy interakcie svetla s hmotou: absorpcia, spontánna emisia a stimulovaná emisia svetla. Prvý typ interakcie je možný, keď je fotón absorbovaný elektrónom umiestneným blízko horného okraja valenčného pásma. V tomto prípade bude energetická sila elektrónu dostatočná na prekonanie zakázaného pásma a kvantový prechod do vodivého pásma. Spontánna emisia svetla je možná, keď sa elektrón spontánne vráti z vodivého pásma do valenčného pásma s emisiou energetického kvanta - fotónu. Vonkajšie žiarenie môže iniciovať prechod do valenčného pásma elektrónu umiestneného blízko spodného okraja vodivého pásma. Výsledkom tohto tretieho typu interakcie svetla s polovodičovou látkou bude zrodenie sekundárneho fotónu, identického svojimi parametrami a smerom pohybu s fotónom, ktorý prechod inicioval.

Na generovanie laserového žiarenia je potrebné vytvoriť inverznú populáciu „pracovných úrovní“ v polovodiči – aby sa vytvorila dostatočne vysoká koncentrácia elektrónov na spodnom okraji vodivého pásma a zodpovedajúca vysoká koncentrácia otvorov na okraji vodivého pásma. valenčné pásmo. Na tieto účely sú čisté polovodičové lasery zvyčajne čerpané prúdom elektrónov.

Zrkadlá rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu. Nevýhodou takýchto laserov je, že mnohé polovodičové materiály generujú laserové žiarenie len pri veľmi vysokej úrovni nízke teploty a bombardovanie polovodičových kryštálov prúdom elektrónov spôsobuje jeho veľké zahrievanie. To si vyžaduje dodatočné chladiace zariadenia, čo komplikuje konštrukciu zariadenia a zväčšuje jeho rozmery.

Vlastnosti polovodičov s prímesami sa výrazne líšia od vlastností nečistých, čistých polovodičov. Je to spôsobené tým, že atómy niektorých nečistôt ľahko darujú jeden zo svojich elektrónov do vodivého pásma. Tieto nečistoty sa nazývajú donorové nečistoty a polovodič s takýmito nečistotami sa nazýva n-polovodič. Atómy iných nečistôt naopak zachytia jeden elektrón z valenčného pásma a takéto nečistoty sú akceptorom a polovodič s takýmito nečistotami je p-polovodič. Úroveň energie atómy nečistôt sa nachádzajú vo vnútri zakázaného pásma: pre n-polovodiče - blízko spodného okraja vodivého pásma, pre /-polovodiče - blízko horného okraja valenčného pásma.

Ak sa v tejto oblasti vytvorí elektrické napätie tak, že na strane p-polovodiča je kladný pól a na strane n-polovodiča záporný pól, potom vplyvom elektrického poľa elektróny z n- polovodič a otvory z /^-polovodiča sa presunú (vstreknú) do oblasť p-n— prechod.

Keď sa elektróny a diery rekombinujú, budú emitované fotóny a v prítomnosti optického rezonátora sa môže generovať laserové žiarenie.

Zrkadlá optického rezonátora sú leštené hrany polovodičového kryštálu, orientované kolmo p-n rovina— prechod. Takéto lasery sú miniatúrne, pretože veľkosť polovodičového aktívneho prvku môže byť približne 1 mm.

V závislosti od uvažovanej charakteristiky sú všetky lasery rozdelené nasledovne).

Prvý znak. Je zvykom rozlišovať medzi laserovými zosilňovačmi a generátormi. V zosilňovačoch sa na vstup privádza slabé laserové žiarenie a na výstupe sa príslušne zosilňuje. V generátoroch nie je žiadne vonkajšie žiarenie, vzniká v pracovnej látke jej budením pomocou rôznych čerpacích zdrojov. Všetky lekárske laserové zariadenia sú generátory.

Druhým znakom je fyzikálny stav pracovnej látky. V súlade s tým sa lasery delia na pevné (rubín, zafír atď.), plynové (hélium-neón, hélium-kadmium, argón, oxid uhličitý atď.), kvapalné (kvapalné dielektrikum s nečistotami pracujúcimi atómami vzácnych kovy zemín) a polovodiče (arzenid-gálium, fosfid arzenidu gália, selenid olovnatý atď.).

Metóda budenia pracovnej látky je treťou charakteristickou črtou laserov. V závislosti od zdroja budenia sa lasery rozlišujú: opticky čerpané, čerpané plynovým výbojom, elektronické budenie, vstrekovanie nosičov náboja, tepelne čerpané, chemicky čerpané a niektoré ďalšie.

Ďalším klasifikačným znakom je laserové emisné spektrum. Ak je žiarenie sústredené v úzkom rozsahu vlnových dĺžok, potom sa laser považuje za monochromatický a jeho technické údaje označujú špecifickú vlnovú dĺžku; ak je v širokom rozsahu, potom by sa laser mal považovať za širokopásmový a je uvedený rozsah vlnových dĺžok.

Podľa charakteru vyžarovanej energie sa rozlišujú pulzné lasery a lasery s kontinuálnym žiarením. Netreba si zamieňať pojmy pulzný laser a laser s frekvenčnou moduláciou kontinuálneho žiarenia, keďže v druhom prípade dostávame v podstate prerušované žiarenie rôznych frekvencií. Impulzné lasery majú vysoký výkon v jedinom pulze, dosahujúci 10 W, pričom ich priemerný pulzný výkon, určený zodpovedajúcimi vzorcami, je relatívne malý. Pre kontinuálne frekvenčne modulované lasery je výkon v takzvanom pulze nižší ako výkon kontinuálneho žiarenia.

Na základe priemerného výkonu žiarenia (ďalší klasifikačný znak) sa lasery delia na:

· vysokoenergetické (hustota toku generovaného výkonu žiarenia na povrchu objektu alebo biologického objektu je vyššia ako 10 W/cm2);

· stredná energia (hustota toku generovaného výkonu žiarenia - od 0,4 do 10 W/cm2);

· nízkoenergetický (hustota generovaného výkonu žiarenia je menšia ako 0,4 W/cm2).

· mäkké (generovaná energia ožiarenia - E alebo hustota toku energie na ožarovanom povrchu - do 4 mW/cm2);

· priemer (E - od 4 do 30 mW/cm2);

· tvrdý (E - viac ako 30 mW/cm2).

V súlade s " Sanitárne normy a pravidlá pre návrh a prevádzku laserov č. 5804-91“, podľa stupňa nebezpečenstva vznikajúceho žiarenia pre obsluhujúci personál sa lasery delia do štyroch tried.

Medzi prvotriedne lasery patria také technické zariadenia, ktorých výstupné kolimované (obmedzené priestorové uhly) žiarenie nepredstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní ľudských očí a pokožky.

Lasery druhej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným žiarením.

Lasery tretej triedy sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo pri ožarovaní očí priamym a zrkadlovo odrazeným, ako aj difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne reflexného povrchu a (alebo) pri ožarovaní pokožky priame a zrkadlovo odrazené žiarenie.

Lasery triedy 4 sú zariadenia, ktorých výstupné žiarenie predstavuje nebezpečenstvo, keď je pokožka ožarovaná difúzne odrazeným žiarením vo vzdialenosti 10 cm od difúzne odrážajúceho povrchu.

Je možné vytvoriť domácu úroveň budovy pri vytváraní svetelných efektov pri zdobení domácej diskotéky, pre dodatočný zadný signál pre autá, motocykle, bicykle atď.

Laserová dióda je polovodičový kryštál vyrobený vo forme tenkej obdĺžnikovej dosky. Lúč prechádza cez zbernú šošovku a predstavuje tenkú čiaru, keď sa pretína s povrchom, vidíme bod. Ak chcete získať viditeľnú čiaru, môžete pred laserový lúč nainštalovať valcovú šošovku. Lomený lúč bude vyzerať ako vejár.

Vyrobil som ho z 5mW lasera, napájacie napätie 3V z AliExpressu. Napriek nízkemu výkonu laserového žiariča je potrebné dodržiavať základné bezpečnostné opatrenia, aby lúč nesmeroval do očí.

Pozrite si celý proces výroby vo videu:

Zoznam nástrojov a materiálov
-laserový žiarič 5mW, 3V (prepojenie na laser)
-skrutkovač; nožnice;
- spájkovačka;
-cambric; fóliový textolit;
- dve 1,5V batérie;
- spojovacie vodiče; kryt priestoru pre batérie s tlačidlom zapnutia svetlometu;
-5 Ohm odpor;
-LED s priehľadnou žiarovkou;
- pásik cínu.

Krok jedna. Výroba laserovej dosky.

Možnosť vyrobiť niečo užitočné z nepoužívaného alebo opotrebovaného zariadenia láka nejedného domáceho majstra. Jedným z takýchto užitočných zariadení je laserová rezačka. Ak máte k dispozícii takéto zariadenie (niektoré ho dokonca vyrábajú z bežného laserového ukazovátka), môžete vykonávať dekoratívny dizajn výrobky z rôznych materiálov.

Aké materiály a mechanizmy budú potrebné

Na vytvorenie jednoduchého laserového rezača vlastnými rukami budete potrebovať nasledujúce materiály a technické zariadenia:

• laserové ukazovátko;
• bežná baterka vybavená nabíjateľnými batériami;
• stará napaľovačka (CD/DVD-RW), vybavená poháňaný laserom(vôbec nie je potrebné, aby bol takýto pohon v prevádzkovom stave);
• spájkovačka;
• súprava zámočníckeho náradia.

Môžete si tak vyrobiť jednoduché laserové rezacie zariadenie z materiálov, ktoré ľahko nájdete vo vašej domácej dielni alebo garáži.

Proces výroby jednoduchého laserového rezača

Hlavný pracovný prvok domáci vykrajovač Navrhovaný dizajn je laserový prvok diskovej jednotky počítača. Mali by ste si vybrať model zapisovacej jednotky, pretože laser v takýchto zariadeniach má vyšší výkon, čo vám umožňuje vypáliť stopy na povrch disku nainštalovaného v nich. Konštrukcia čítacej diskovej mechaniky obsahuje aj laserový žiarič, no jeho výkon, slúžiaci len na osvetlenie disku, je nízky.

Laserový žiarič, ktorý je vybavený zapisovacou diskovou jednotkou, je umiestnený na špeciálnom vozíku, ktorý sa môže pohybovať v dvoch smeroch. Na vybratie žiariča z vozíka je potrebné uvoľniť ho z veľkého počtu upevňovacích prvkov a odnímateľných zariadení. Mali by byť odstránené veľmi opatrne, aby nedošlo k poškodeniu laserového prvku. Okrem bežných nástrojov na odstránenie červenej laserovej diódy (a to je to, čo potrebujete na vybavenie domácej laserovej rezačky), budete potrebovať spájkovačku, aby ste opatrne uvoľnili diódu z existujúcich spájkovaných spojov. Pri vyberaní žiariča z jeho uloženia by ste mali byť opatrní a opatrní, aby ste ho nevystavili silnému mechanickému namáhaniu, ktoré by mohlo spôsobiť jeho poruchu.

Namiesto LED, ktorá bola pôvodne vybavená laserovým ukazovátkom, musí byť nainštalovaný žiarič odstránený z jednotky zapisovacieho počítača. Na vykonanie tohto postupu je potrebné rozobrať laserové ukazovátko a rozdeliť jeho telo na dve časti. V hornej časti je LED, ktorá by sa mala odstrániť a nahradiť laserovým žiaričom z diskovej jednotky počítača. Pri upevňovaní takéhoto žiariča v tele ukazovateľa môžete použiť lepidlo (je dôležité len zabezpečiť, aby oko žiariča bolo umiestnené presne v strede otvoru určeného na výstup lúča).

Napätie generované napájacími zdrojmi v laserovom ukazovátku nestačí na zabezpečenie efektívnosti používania laserovej rezačky, preto nie je vhodné ich používať na vybavenie takéhoto zariadenia. Pre najjednoduchšiu laserovú rezačku sú vhodné dobíjacie batérie používané v bežnej elektrickej baterke. Teda vyrovnaním spodnej časti baterky, v ktorej sú umiestnené jej batérie vrchná časť Pomocou laserového ukazovátka, kde je už umiestnený žiarič z diskovej jednotky počítača, získate plne funkčný laserový rezač. Pri vykonávaní takejto kombinácie je veľmi dôležité zachovať polaritu batérií, ktoré budú napájať vysielač.

Pred montážou domácej ručnej laserovej rezačky navrhovaného dizajnu je potrebné odstrániť sklo, ktoré je v nej nainštalované, z hrotu ukazovateľa, čo bude brániť prechodu laserového lúča. Okrem toho musíte ešte raz skontrolovať správne spojenie vysielača s batériami, ako aj to, ako presne je jeho oko umiestnené vo vzťahu k výstupnému otvoru hrotu ukazovateľa. Keď sú všetky konštrukčné prvky navzájom bezpečne spojené, môžete začať používať frézu.

Samozrejme, s takýmto nízkovýkonným laserom nebude možné rezať plech a nebude vhodný na spracovanie dreva, ale je vhodný na riešenie jednoduchých problémov spojených s rezaním lepenky alebo tenkých polymérových dosiek.

Pomocou algoritmu opísaného vyššie je možné vyrobiť výkonnejšiu laserovú rezačku, ktorá mierne zlepšuje navrhovanú konštrukciu. Takéto zariadenie musí byť najmä dodatočne vybavené takými prvkami, ako sú:

• kondenzátory, ktorých kapacita je 100 pF a 100 mF;
• odpory s parametrami 2–5 ohmov;
• kolimátor - zariadenie, ktoré sa používa na zhromažďovanie svetelných lúčov, ktoré ním prechádzajú do úzkeho lúča;
• LED baterka s oceľovým telom.

Kondenzátory a odpory v konštrukcii takejto laserovej rezačky sú potrebné na vytvorenie budiča, cez ktorý bude prúdiť elektrická energia z batérií do laserového žiariča. Ak nepoužívate ovládač a privádzate prúd priamo do žiariča, môže okamžite zlyhať. Napriek vyššiemu výkonu takýto laserový stroj nebude fungovať na rezanie preglejky, hrubého plastu a najmä kovu.

Ako vyrobiť výkonnejšie zariadenie

Domáci majstri majú často záujem o výkonnejšie laserové stroje, ktoré dokážu vyrobiť vlastnými rukami. Je celkom možné vyrobiť laser na rezanie preglejky vlastnými rukami a dokonca aj laserovú rezačku na kov, ale na to musíte získať príslušné komponenty. V tomto prípade je lepšie okamžite vyrobiť vlastný laserový stroj, ktorý bude mať slušnú funkčnosť a bude pracovať v automatickom režime, riadený externým počítačom.

V závislosti od toho, či máte záujem o DIY alebo potrebujete zariadenie na prácu s drevom a inými materiálmi, mali by ste správne vybrať hlavný prvok takéhoto zariadenia - laserový žiarič, ktorého výkon môže byť rôzny. prirodzene, rezanie laserom Preglejka pre domácich majstrov sa vykonáva pomocou zariadenia s nižším výkonom a laser na rezanie kovu musí byť vybavený žiaričom, ktorého výkon je najmenej 60 W.

Na výrobu plnohodnotného laserového stroja, vrátane rezania kovu vlastnými rukami, budete potrebovať nasledujúce Spotrebný materiál a komponenty:

1. ovládač, ktorý bude zodpovedný za komunikáciu medzi externým počítačom a elektronickými komponentmi samotného zariadenia, čím zabezpečí kontrolu nad jeho prevádzkou;
2. elektronická tabuľa vybavená informačným displejom;
3. laser (jeho výkon sa vyberá v závislosti od materiálov, pre ktoré sa bude používať rezačka);
4. krokové motory, ktoré budú zodpovedné za pohyb pracovnej plochy zariadenia v dvoch smeroch (ako takéto motory možno použiť krokové motory z nepoužívaných tlačiarní alebo DVD prehrávačov);
5. chladiace zariadenie pre žiarič;
6. DC-DC regulátor, ktorý bude riadiť množstvo napätia dodávaného do elektronickej dosky žiariča;
7. Tranzistory a elektronické dosky na riadenie krokových motorov rezačiek;
8. Koncové spínače;
9. kladky na inštaláciu rozvodových remeňov a samotných remeňov;
10. puzdro, ktorého veľkosť umožňuje umiestniť do neho všetky prvky zostavenej konštrukcie;
11. guľkové ložiská rôzne priemery;
12. skrutky, matice, skrutky, spojky a svorky;
13. drevené dosky, z ktorého bude vyrobený pracovný rám frézy;
14. kovové tyče s priemerom 10 mm, ktoré budú použité ako vodiace prvky;
15. počítač a kábel USB, pomocou ktorého sa pripojí k ovládaču rezačky;
16. súprava zámočníckeho náradia.

Ak plánujete použiť laserový stroj na kovoobrábanie vlastnými rukami, potom musí byť jeho konštrukcia vystužená, aby odolala hmotnosti spracovávaného plechu.

Prítomnosť počítača a ovládača v dizajne takéhoto zariadenia umožňuje jeho použitie nielen ako laserová rezačka, ale aj ako gravírovací stroj. Pomocou tohto zariadenia, ktorého činnosť je riadená špeciálnym počítačovým programom, je možné na povrch obrobku aplikovať zložité vzory a nápisy s vysokou presnosťou a detailmi. Príslušný program možno nájsť voľne dostupný na internete.

Dizajnovo je laserový stroj, ktorý si môžete vyrobiť sami, zariadenie kyvadlového typu. Jeho pohyblivé a vodiace prvky sú zodpovedné za pohyb pracovnej hlavy pozdĺž osí X a Y. Os Z je hĺbka, do ktorej je spracovávaný materiál rezaný. Za pohyb pracovnej hlavy laserovej rezačky prezentovaného dizajnu, ako je uvedené vyššie, sú zodpovedné krokové motory, ktoré sú upevnené na stacionárnych častiach rámu zariadenia a spojené s pohyblivými prvkami pomocou ozubených remeňov.

Posuvná podpera Hlava s laserom a radiátorom Montáž vozíka

Umiestnenie vozíka na stojany

Vytvorenie výkonného horiaceho lasera vlastnými rukami nie je náročná úloha, avšak okrem schopnosti používať spájkovačku budete musieť byť pri svojom prístupe pozorní a opatrní. Okamžite stojí za zmienku, že tu nie sú potrebné hlboké znalosti z oblasti elektrotechniky a zariadenie si môžete vyrobiť aj doma. Hlavnou vecou pri práci je prijať preventívne opatrenia, pretože vystavenie laserovému lúču je škodlivé pre oči a pokožku.

Laser je nebezpečná hračka, ktorá môže pri neopatrnom používaní poškodiť zdravie. Nemierte laserom na ľudí alebo zvieratá!

Čo budete potrebovať?

Každý laser možno rozdeliť do niekoľkých komponentov:

• žiarič svetelného toku;
• optika;
• Zdroj;
• stabilizátor napájania prúdu (ovládač).

Ak chcete vyrobiť výkonný domáci laser, budete musieť zvážiť všetky tieto komponenty samostatne. Najpraktickejší a najjednoduchší na zostavenie je laser založený na laserovej dióde, o ktorej budeme v tomto článku uvažovať.

Kde môžem získať diódu pre laser?

Pracovným prvkom každého lasera je laserová dióda. Môžete si ho kúpiť takmer v každom obchode s rádiami alebo ho získať z nefunkčnej jednotky CD. Faktom je, že nefunkčnosť pohonu je zriedka spojená so zlyhaním laserovej diódy. Ak máte pokazený disk, môžete dodatočné náklady získať požadovaný prvok. Treba ale počítať s tým, že jeho typ a vlastnosti závisia od úpravy disku.

Najslabší laser, pracujúci v infračervenom rozsahu, je inštalovaný v CD-ROM mechanikách. Jeho výkon je dostatočný len na čítanie CD a lúč je takmer neviditeľný a nie je schopný spaľovať predmety. CD-RW má zabudovanú výkonnejšiu laserovú diódu, vhodnú na napaľovanie a určenú pre rovnakú vlnovú dĺžku. Považuje sa za najnebezpečnejší, pretože vyžaruje lúč v zóne spektra neviditeľnej pre oči.

DVD-ROM mechanika je vybavená dvoma slabými laserovými diódami, ktorých energia postačuje len na čítanie CD a DVD disky. Napaľovačka DVD-RW obsahuje vysokovýkonný červený laser. Jeho lúč je viditeľný v akomkoľvek svetle a môže ľahko zapáliť určité predmety.

BD-ROM obsahuje fialový alebo modrý laser, ktorý je parametrami podobný analógu z DVD-ROM. Z BD-RE rekordérov môžete získať najvýkonnejšiu laserovú diódu s krásnym fialovým alebo modrým lúčom schopným horieť. Nájsť takýto pohon na demontáž je však dosť ťažké a fungujúce zariadenie je drahé.

Najvhodnejšia je laserová dióda prevzatá z DVD-RW mechaniky. Najkvalitnejšie laserové diódy sú nainštalované v mechanikách LG, Sony a Samsung.

Čím vyššia je rýchlosť zápisu jednotky DVD, tým výkonnejšia je laserová dióda v nej nainštalovaná.

Demontáž pohonu

Keď máte pred sebou jednotku, najskôr odstráňte horný kryt odskrutkovaním 4 skrutiek. Potom odstráňte pohyblivý mechanizmus, ktorý sa nachádza v strede a je pripojený vytlačená obvodová doska flexibilný kábel. Ďalším cieľom je laserová dióda, bezpečne zalisovaná do radiátora z hliníka alebo duralovej zliatiny. Pred demontážou sa odporúča zabezpečiť ochranu pred statickou elektrinou. Za týmto účelom sú vodiče laserovej diódy spájkované alebo obalené tenkým medeným drôtom.

Ďalej sú dve možnosti. Prvý zahŕňa prevádzku hotového lasera vo forme stacionárnej inštalácie spolu so štandardným žiaričom. Druhou možnosťou je zostavenie zariadenia do tela prenosnej baterky alebo laserového ukazovátka. V tomto prípade budete musieť použiť silu na prerezanie alebo pílenie radiátora bez poškodenia vyžarovacieho prvku.

Vodič

S laserovým napájaním sa musí zaobchádzať zodpovedne. Rovnako ako u LED diód musí ísť o stabilizovaný zdroj prúdu. Na internete je veľa obvodov napájaných batériou alebo akumulátorom cez obmedzovací odpor. Dostatočnosť tohto riešenia je otázna, keďže napätie na batérii alebo batérii sa mení v závislosti od úrovne nabitia. V súlade s tým sa prúd pretekajúci laserovou emitujúcou diódou bude značne líšiť od menovitej hodnoty. V dôsledku toho zariadenie nebude efektívne pracovať pri nízkych prúdoch a pri vysokých prúdoch to povedie k rýchlemu zníženiu intenzity jeho žiarenia.

Najlepšou možnosťou je použiť jednoduchý stabilizátor prúdu postavený na základe. Tento mikroobvod patrí do kategórie univerzálnych integrovaných stabilizátorov so schopnosťou nezávisle nastaviť výstupný prúd a napätie. Mikroobvod pracuje v širokom rozsahu vstupných napätí: od 3 do 40 voltov.

Analógom LM317 je domáci čip KR142EN12.

Pre prvý laboratórny experiment je vhodná schéma uvedená nižšie. Jediný odpor v obvode sa vypočíta podľa vzorca: R=I/1,25, kde I je menovitý prúd laser (referenčná hodnota).

Niekedy je na výstupe stabilizátora paralelne s diódou inštalovaný polárny kondenzátor 2200 μFx16 V a nepolárny kondenzátor 0,1 μF. Ich účasť je opodstatnená v prípade privádzania napätia na vstup zo stacionárneho zdroja, ktorému môže chýbať nepodstatná striedavá zložka a impulzný šum. Jeden z týchto obvodov napájaný batériou Krona alebo malou batériou je uvedený nižšie.

Diagram ukazuje približnú hodnotu odporu R1. Ak to chcete presne vypočítať, musíte použiť vyššie uvedený vzorec.

Po zhromaždení elektrická schéma, môžete vykonať predbežné zapnutie a ako dôkaz funkčnosti obvodu pozorovať jasne červené rozptýlené svetlo emitujúcej diódy. Po meraní skutočného prúdu a telesnej teploty stojí za to premýšľať o potrebe inštalácie radiátora. Ak sa laser bude dlhodobo používať v stacionárnej inštalácii pri vysokých prúdoch, je potrebné zabezpečiť pasívne chladenie. Teraz zostáva len veľmi málo na dosiahnutie cieľa: zaostriť a získať úzky lúč vysokej sily.

Optika

Z vedeckého hľadiska je čas postaviť jednoduchý kolimátor, zariadenie na vytváranie lúčov paralelných svetelných lúčov. Ideálna možnosť Na tento účel bude z mechaniky odobratý štandardný objektív. S jeho pomocou môžete získať pomerne tenký laserový lúč s priemerom asi 1 mm. Množstvo energie takéhoto lúča stačí na to, aby v priebehu niekoľkých sekúnd prepálil papier, látku a lepenku, roztavil plast a prepálil drevo. Ak zaostríte tenší lúč, tento laser dokáže rezať preglejku a plexisklo. Ale nastavenie a bezpečné pripevnenie objektívu k mechanike je dosť náročné kvôli jeho malej ohniskovej vzdialenosti.

Oveľa jednoduchšie je postaviť kolimátor na základe laserového ukazovátka. Do jeho puzdra sa navyše zmestí vodič a malá batéria. Výstupom bude lúč s priemerom cca 1,5mm a menším horiacim efektom. V hmlistom počasí alebo hustom snežení môžete nasmerovaním svetelného prúdu na oblohu pozorovať neuveriteľné svetelné efekty.

Prostredníctvom internetového obchodu si môžete zakúpiť hotový kolimátor, špeciálne určený na montáž a ladenie lasera. Jeho telo bude slúžiť ako radiátor. Poznať veľkosti každého komponentov zariadenia, môžete si kúpiť lacnú LED baterku a použiť jej puzdro.

Na záver by som chcel pridať pár fráz o nebezpečenstve laserového žiarenia. Po prvé, nikdy nesmerujte laserový lúč do očí ľudí alebo zvierat. To vedie k vážnemu poškodeniu zraku. Po druhé, pri experimentovaní s červeným laserom noste zelené okuliare. Blokujú prechod väčšiny červenej časti spektra. Množstvo svetla prepusteného cez okuliare závisí od vlnovej dĺžky žiarenia. Pohľad zboku na laserový lúč bez ochranných prostriedkov je povolený len na krátky čas. V opačnom prípade môže dôjsť k bolestiam očí.

Prečítajte si tiež