Słowo „laser” to akronim oznaczający „wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania”. Pierwszy laser, wykorzystujący posrebrzany rubinowy cylinder jako rezonator, został opracowany w 1960 roku w kalifornijskich laboratoriach badawczych Hughes. Obecnie lasery są używane do różnych celów, od pomiaru po odczytywanie zakodowanych danych. Istnieje kilka sposobów na wykonanie lasera, w zależności od budżetu i umiejętności.
Kroki
Część 1 z 2: Zrozumienie działania lasera
Krok 1. Zapewnij źródło energii
Lasery działają lub „lase”, stymulując elektrony do emitowania światła o określonej długości fali. (Proces ten został po raz pierwszy zaproponowany w 1917 roku przez Alberta Einsteina.) Aby elektrony mogły emitować światło, muszą najpierw pochłonąć energię, aby przenieść je na wyższą orbitę, a następnie rozładować tę energię jako światło po powrocie na pierwotną orbitę. Te źródła energii są znane jako „pompy”.
- Małe lasery, takie jak te w odtwarzaczach CD i DVD oraz wskaźniki laserowe, wykorzystują obwody elektroniczne do dostarczania prądu elektrycznego do diod, które służą jako pompa.
- Lasery na dwutlenek węgla są pompowane wyładowaniami elektrycznymi w celu wzbudzenia ich elektronów.
- Lasery ekscymerowe czerpią energię z reakcji chemicznych.
- Lasery zbudowane wokół kryształów lub okularów wykorzystują silne źródła światła, takie jak lampy łukowe lub lampy błyskowe.
Krok 2. Skieruj energię przez medium wzmacniające
Ośrodek wzmacniający lub aktywny ośrodek laserowy wzmacnia moc światła emitowanego przez stymulowane elektrony. Nośnik wzmocnienia może być dowolnym z następujących elementów:
- Półprzewodniki wykonane z materiałów takich jak arsenek galu, arsenek galu glinu lub arsenek indu galu.
- Kryształy takie jak rubinowy cylinder używany w laserze Hughes Laboratories. Wykorzystano również szafir i granat, a także włókna ze szkła optycznego. Te okulary i kryształy są traktowane jonami pierwiastków ziem rzadkich
- Ceramika, która została również potraktowana jonami ziem rzadkich.
- Ciecze, zwykle barwniki, chociaż laser na podczerwień został wyprodukowany przy użyciu ginu z tonikiem jako ośrodka wzmacniającego. Deser żelatynowy (Jell-O) był również z powodzeniem stosowany jako środek wzmacniający.
- Gazy, takie jak dwutlenek węgla, azot, pary rtęci lub mieszanina helowo-neonowa.
- Reakcje chemiczne.
- Wiązki elektronów.
- Materiały jądrowe. Laser uranowy został po raz pierwszy wyprodukowany w listopadzie 1960 roku, sześć miesięcy po pierwszym laserze rubinowym.
Krok 3. Ustaw lustra, aby pomieścić światło
Te zwierciadła lub rezonatory utrzymują światło w komorze lasera, aż nagromadzi się do pożądanego poziomu energii do uwolnienia, albo przez maleńki otwór w jednym z luster, albo przez soczewkę.
- Najprostsza konfiguracja rezonatora, rezonator liniowy, wykorzystuje dwa lustra umieszczone po przeciwnych stronach komory lasera. Wytwarza pojedynczą wiązkę wyjściową.
- Bardziej skomplikowana konfiguracja, rezonator pierścieniowy, wykorzystuje trzy lub więcej luster. Może tworzyć pojedynczą wiązkę za pomocą izolatora optycznego lub wiele wiązek.
Krok 4. Użyj soczewki skupiającej, aby skierować światło przez ośrodek wzmocnienia
Soczewka wraz z lustrami pomaga skoncentrować i ukierunkować światło tak, aby medium wzmacniające otrzymało jak najwięcej.
Część 2 z 2: Budowa lasera
Metoda pierwsza: budowanie lasera z zestawu
Krok 1. Znajdź sprzedawcę
Możesz przejść do sklepu elektronicznego lub wyszukać w Internecie „zestaw laserowy”, „moduł laserowy” lub „dioda laserowa”. Twój zestaw laserowy powinien zawierać następujące elementy:
- Obwód sterownika. (Czasami jest sprzedawany oddzielnie od innych komponentów.) Poszukaj obwodu sterownika, który pozwala dostosować prąd.
- Dioda laserowa.
- Regulowany obiektyw ze szkła lub tworzywa sztucznego. Zazwyczaj dioda i soczewka są umieszczone razem w małej tubie. (Te elementy są czasami sprzedawane oddzielnie od obwodu sterownika.)
Krok 2. Zmontuj obwód sterownika
Wiele zestawów laserowych wymaga złożenia obwodu sterownika. Zestawy te zawierają płytkę drukowaną i powiązane części i wymagają lutowania ich razem, zgodnie z załączonym schematem. Inne zestawy mogą mieć już zmontowany obwód.
- Możesz także zaprojektować własny obwód sterownika, jeśli masz odpowiednie umiejętności w zakresie elektroniki. Obwód sterownika LM317 stanowi dobry szablon do zaprojektowania własnego. Upewnij się, że używasz obwodu rezystora-kondensatora (RC), aby chronić moc wyjściową przed skokami.
- Po złożeniu obwodu sterownika można go przetestować, podłączając go do diody elektroluminescencyjnej (LED). Jeśli dioda LED nie zaświeci się od razu, wyreguluj potencjometr. Jeśli to nie rozwiąże problemu, ponownie sprawdź obwód, aby zobaczyć, czy wszystko jest prawidłowo podłączone.
Krok 3. Podłącz obwód sterownika do diody
Jeśli masz multimetr cyfrowy, możesz podłączyć go do obwodu, aby monitorować prąd odbierany przez diodę. Większość diod może pomieścić zakres od 30 do 250 miliamperów (mA), podczas gdy zakres od 100 do 150 mA wytworzy wystarczająco silną wiązkę.
Podczas gdy silniejsza wiązka z diody wytworzy mocniejszą wiązkę, dodatkowy prąd potrzebny do wygenerowania tej wiązki spowoduje szybsze spalenie diody
Krok 4. Podłącz źródło zasilania (akumulator) do obwodu sterownika
Dioda powinna teraz świecić jasno.
Krok 5. Wyreguluj soczewkę, aby skupić wiązkę lasera
Jeśli celujesz w ścianę, dostosuj, aż pojawi się ładna, jasna kropka.
Po wyregulowaniu soczewki tak daleko, umieść zapałkę w linii z belką i reguluj soczewkę, aż zobaczysz, że główka zapałki zacznie dymić. Możesz także spróbować przebić balony lub wypalić dziury w papierze
Metoda druga: budowanie lasera ze znalezioną diodą
Krok 1. Uzyskaj starą nagrywarkę DVD lub Blu-Ray
Szukaj jednostki z szybkością zapisu 16x lub większą. Jednostki te mają diody o mocy wyjściowej 150 miliwatów (mW) lub lepszej.
- Nagrywarka DVD posiada czerwoną diodę o długości fali 650 nanometrów (nm).
- Nagrywarka Blu-Ray ma niebieską diodę o długości fali 405 nm.
- Nagrywarka DVD musi być wystarczająco funkcjonalna, aby nagrywać płyty, choć niekoniecznie z powodzeniem. (Innymi słowy, jego dioda musi być sprawna.)
- Nie zastępuj nagrywarki DVD czytnika DVD, nagrywarki CD ani czytnika CD. Czytnik DVD ma czerwoną diodę, ale nie jest tak wydajny jak nagrywarka DVD. Dioda nagrywarki CD jest wystarczająco mocna, ale emituje światło w zakresie podczerwieni, kusząc do poszukiwania wiązki, której nie widać.
Krok 2. Wyjmij z niego diodę
Odwróć napęd. Zobaczysz cztery lub więcej śrub, które będziesz musiał odkręcić, zanim będziesz mógł oddzielić napęd i zebrać diodę.
- Po oddzieleniu dysku zobaczysz parę metalowych szyn przytrzymywanych śrubami. Wspierają one montaż lasera. Po odkręceniu szyn można je zdjąć i wyjąć zespół lasera.
- Dioda będzie mniejsza niż grosz. Ma trzy metalowe kołki i może być zamknięty w metalowej osłonie, z przezroczystym okienkiem ochronnym lub bez, lub może być odsłonięty.
- Będziesz musiał podważyć diodę z zespołu lasera. Łatwiej będzie wyjąć radiator z zespołu przed próbą wyjęcia diody. Jeśli masz antystatyczną opaskę na nadgarstek, użyj jej podczas wyjmowania diody.
- Z diodą należy obchodzić się ostrożnie, zwłaszcza jeśli jest to dioda odsłonięta. Możesz chcieć mieć antystatyczny pojemnik, w którym włożysz diodę, dopóki nie będziesz mógł złożyć lasera.
Krok 3. Uzyskaj soczewkę skupiającą
Będziesz musiał przepuścić wiązkę diody przez soczewkę skupiającą, aby użyć jej jako lasera. Możesz to zrobić na dwa sposoby:
- Użyj szkła powiększającego jako wyciągu okularowego. Będziesz musiał przesuwać szkło, aby znaleźć odpowiednie miejsce do wytworzenia wiązki laserowej, i będziesz musiał to robić za każdym razem, gdy używasz lasera.
- Zdobądź diodę laserową o małej mocy, taką jak 5 mW, zespół tubusu obiektywu i zastąp diodę zespołu diodą nagrywarki DVD.
Krok 4. Uzyskaj lub zmontuj obwód sterownika
Krok 5. Podłącz diodę do obwodu sterownika
Podłącz dodatni pin do dodatniego przewodu z obwodu sterownika, a ujemny pin do ujemnego przewodu. Lokalizacja pinów różni się w zależności od tego, czy pracujesz z czerwoną diodą nagrywarki DVD, czy niebieską diodą nagrywarki Blu-Ray.
- Trzymaj diodę tak, aby szpilki były skierowane do siebie, obrócone tak, aby główki szpilki tworzyły trójkąt skierowany w prawo. Na obu diodach pin na górze jest pinem dodatnim.
- Na czerwonej diodzie nagrywarki DVD, środkowy pin, który tworzy wierzchołek trójkąta, jest pinem ujemnym.
- Na niebieskiej diodzie nagrywarki Blu-Ray dolny pin jest pinem ujemnym.
Krok 6. Podłącz źródło zasilania do obwodu sterownika
Krok 7. Wyreguluj soczewkę, aby skupić wiązkę lasera
Porady
- Im mniejsza skoncentrujesz wiązkę lasera, tym będzie ona silniejsza, ale będzie skuteczna tylko w odległości, na którą ją skupisz. Jeśli skupisz wiązkę w odległości 1 m, będzie ona skuteczna tylko w odległości 1 m. Kiedy nie używasz lasera, rozogniskuj jego soczewkę, aż wytwarzana przez niego wiązka będzie miała średnicę piłki pingpongowej.
- Aby chronić zmontowany laser, będziesz chciał trzymać go w jakimś etui, takim jak latarka LED lub uchwyt baterii, w zależności od tego, jak mały jest obwód sterownika.
Ostrzeżenia
- Nie kieruj lasera na odbijającą powierzchnię. Laser to wiązka światła i może być odbijana tak samo jak nieskoncentrowana wiązka światła, tylko z większymi konsekwencjami.
- Zawsze noś okulary ochronne dostosowane do długości fali wiązki lasera, z którym pracujesz (w tym przypadku długości fali diody laserowej). Gogle laserowe mają kolor dopełniający wiązki: zielony dla lasera czerwonego 650 nm, pomarańczowo-czerwony dla lasera niebieskiego 405 nm. Nie zastępuj gogli laserowych maski spawalniczej, przyciemnianego szkła ani okularów przeciwsłonecznych.
- Nie patrz w wiązkę lasera ani nie kieruj jej w czyjeś oczy. Lasery klasy IIIb, rodzaj lasera opisanego w tym artykule, mogą uszkodzić oko, nawet podczas noszenia gogli laserowych. Nielegalne jest również bezkrytyczne nakierowywanie laserów tego rodzaju.
