Sana "laser" on lyhenne sanoista "valon vahvistaminen stimuloidun säteilyn avulla". Ensimmäinen laser, joka käytti hopeapinnoitettua rubiinisylinteriä resonaattorina, kehitettiin vuonna 1960 Kalifornian Hughes Research Laboratoriesissa. Nykyään lasereita käytetään tarkoituksiin, jotka vaihtelevat mittauksesta koodatun datan lukemiseen, ja on olemassa useita tapoja tehdä laser, budjetistasi ja taidoistasi riippuen.
Askeleet
Osa 1/2: Laserin toiminnan ymmärtäminen
Vaihe 1. Anna energialähde
Laserit toimivat tai”lase” stimuloimalla elektroneja lähettämään tietyn aallonpituuden valoa. (Albert Einstein ehdotti tätä prosessia ensimmäisen kerran vuonna 1917.) Jotta elektronit lähettäisivät valoa, niiden on ensin absorboitava energia nostaakseen ne korkeammalle kiertoradalle ja sitten purkautumaan tämä energia valona palatessaan alkuperäiselle kiertoradalleen. Näitä energialähteitä kutsutaan "pumpuiksi".
- Pienet laserit, kuten CD- ja DVD -soittimet ja laserosoittimet, käyttävät elektronisia piirejä toimittamaan sähkövirtaa diodeille, mikä toimii pumpuna.
- Hiilidioksidilasereihin pumpataan sähköpurkauksia niiden elektronien virittämiseksi.
- Excimer -laserit saavat energiansa kemiallisista reaktioista.
- Kiteiden tai lasien ympärille rakennetut laserit käyttävät voimakkaita valonlähteitä, kuten valokaaria tai salamalamppuja.
Vaihe 2. Kanavoi energia vahvistusvälineen kautta
Vahvistusväline tai aktiivinen laserväline vahvistaa stimuloitujen elektronien lähettämän valon tehoa. Vahvistusmateriaali voi olla mikä tahansa seuraavista:
- Puolijohteet, jotka on valmistettu materiaaleista, kuten gallium -arsenidi, alumiini -gallium -arsenidi tai indium -gallium -arsenidi.
- Kiteitä, kuten Hughes Laboratories -laserin rubiinisylinteri. Myös safiiria ja granaattia on käytetty, samoin kuin optisen lasin kuituja. Nämä lasit ja kiteet käsitellään harvinaisten maametallien ioneilla
- Keramiikka, jota on myös käsitelty harvinaisten maametallien ioneilla.
- Nesteitä, tavallisesti väriaineita, vaikka infrapunalaseri tuotettiin käyttämällä gin ja tonicia vahvistusväliaineena. Gelatiinijälkiruokaa (Jell-O) on myös käytetty menestyksekkäästi vahvistusväliaineena.
- Kaasut, kuten hiilidioksidi, typpi, elohopeahöyry tai helium-neon-seos.
- Kemialliset reaktiot.
- Elektronisäteet.
- Ydinmateriaalit. Uraanilaser tuotettiin ensimmäisen kerran marraskuussa 1960, kuusi kuukautta ensimmäisen rubiinilaserin jälkeen.
Vaihe 3. Aseta peilit sisältämään valoa
Nämä peilit tai resonaattorit pitävät valon laserkammiossa, kunnes se saavuttaa halutun energiatason vapautumista varten joko pienen aukon kautta yhdessä peileistä tai linssin läpi.
- Yksinkertaisin resonaattoriasetus, lineaarinen resonaattori, käyttää kahta peiliä, jotka on sijoitettu laserkammion vastakkaisille puolille. Se tuottaa yhden lähtösäteen.
- Monimutkaisempi kokoonpano, rengasresonaattori, käyttää kolmea tai useampaa peiliä. Se voi luoda yhden säteen optisen eristimen avulla tai useita säteitä.
Vaihe 4. Käytä tarkennuslinssiä ohjaamaan valo vahvistusvälineen läpi
Peilien ohella linssi auttaa keskittymään ja suuntaamaan valoa niin, että vahvistusväline vastaanottaa mahdollisimman paljon.
Osa 2/2: Laserin rakentaminen
Menetelmä yksi: Laserin rakentaminen sarjasta
Vaihe 1. Etsi jälleenmyyjä
Voit mennä elektroniikkaliikkeeseen tai etsiä verkosta hakusanalla "laserpaketti", "lasermoduuli" tai "laserdiodi". Lasersarjasi tulee sisältää seuraavat:
- Kuljettajapiiri. (Tämä myydään joskus erikseen muista komponenteista.) Etsi ohjainpiiri, jonka avulla voit säätää virtaa.
- Laserdiodi.
- Säädettävä linssi joko lasia tai muovia. Tyypillisesti diodi ja linssi on pakattu yhteen pieneen putkeen. (Näitä osia myydään joskus erillään ohjainpiiristä.)
Vaihe 2. Kokoa ohjainpiiri
Monet lasersarjat edellyttävät ohjainpiirin kokoamista. Nämä sarjat sisältävät piirilevyn ja siihen liittyvät osat, ja sinun on juotettava se yhteen oheisen kaavion mukaisesti. Muissa sarjoissa piiri voi olla jo koottu.
- Voit myös suunnitella oman ohjainpiirisi, jos sinulla on siihen tarvittavat elektroniset taidot. LM317 -ohjainpiiri tarjoaa hyvän mallin oman suunnittelemiseen. Muista käyttää vastus-kondensaattori (RC) -piiriä suojaamaan lähtötehoa piikeiltä.
- Kun olet koonnut ohjainpiirin, voit testata sen liittämällä sen valodiodiin (LED). Jos LED ei syty heti, säädä potentiometriä. Jos tämä ei korjaa ongelmaa, tarkista piiri uudelleen ja tarkista, että kaikki on kytketty oikein.
Vaihe 3. Liitä ohjainpiiri diodiin
Jos sinulla on digitaalinen yleismittari, voit kytkeä sen piiriin seurataksesi diodin vastaanottamaa virtaa. Useimpiin diodeihin mahtuu 30–250 milliampeeria (mA), kun taas 100–150 mA tuottaa riittävän tehokkaan säteen.
Vaikka tehokkaampi säde diodista tuottaa tehokkaamman säteen, säteen tuottamiseen tarvittava lisävirta polttaa diodin nopeammin
Vaihe 4. Liitä virtalähde (akku) ohjainpiiriin
Diodin pitäisi nyt hehkua kirkkaasti.
Vaihe 5. Säädä linssi tarkentaaksesi lasersäteen
Jos suunnittelet seinää, säädä, kunnes kaunis, kirkas piste tulee näkyviin.
Kun olet säätänyt linssin niin pitkälle, aseta tulitikku säteen kohdalle ja säädä linssiä, kunnes tulitikun pää alkaa savua. Voit myös yrittää ponnahtaa ilmapalloja tai polttaa reikiä paperiin
Menetelmä kaksi: Laserin rakentaminen löydetyllä diodilla
Vaihe 1. Hanki vanha DVD- tai Blu-Ray-kirjoittaja
Etsi yksikkö, jonka kirjoitusnopeus on 16x tai nopeampi. Näissä yksiköissä on diodeja, joiden lähtöteho on 150 milliwattia (mW) tai parempi.
- DVD -kirjoittimessa on punainen diodi, jonka aallonpituus on 650 nanometriä (nm).
- Blu-Ray-kirjoittajalla on sininen diodi, jonka aallonpituus on 405 nm.
- DVD -kirjoittimen on oltava riittävän toimiva levyjen kirjoittamiseksi, vaikkakaan ei välttämättä onnistuneesti. (Toisin sanoen sen diodin on oltava toiminnallinen.)
- Älä korvaa DVD -kirjoitinta DVD -lukijalla, CD -kirjoittimella tai CD -lukijalla. DVD -lukijalla on punainen diodi, mutta ei niin tehokas kuin DVD -kirjoitin. CD -kirjoittimen diodi on riittävän tehokas, mutta lähettää valoa infrapuna -alueella, houkutellen sinua etsimään sädettä, jota et näe.
Vaihe 2. Irrota diodi siitä
Käännä taajuusmuuttaja ympäri. Näet neljä tai useampia ruuveja, jotka sinun on avattava ennen kuin voit erottaa taajuusmuuttajan ja kerätä diodin.
- Kun olet erottanut aseman, näet parin metallikiskoja, jotka pidetään paikallaan ruuveilla. Nämä tukevat laserkokoonpanoa. Kun irrotat kiskot, voit irrottaa ne ja ottaa laserkokoonpanon ulos.
- Diodi on pienempi kuin penniäkään. Siinä on kolme metallistappia ja se voidaan koteloida metallivaippaan, läpinäkyvällä suojaavalla ikkunalla tai ilman, tai se voi olla paljaana.
- Sinun on irrotettava diodi laserkokoonpanosta. Jäähdytyselementin irrottaminen kokoonpanosta saattaa olla helpompaa ennen kuin yrität irrottaa diodin. Jos sinulla on antistaattinen ranneke, käytä sitä diodia irrotettaessa.
- Käsittele diodia varoen, etenkin jos se on avoin diodi. Saatat haluta hankkia antistaattisen säiliön diodin asettamiseen, kunnes voit koota laserisi.
Vaihe 3. Hanki tarkennuslinssi
Sinun täytyy viedä diodin säde tarkennuslinssin läpi käyttääksesi sitä laserina. Voit tehdä tämän kahdella tavalla:
- Käytä suurennuslasia tarkennuksena. Sinun on siirrettävä lasia ympäri löytääksesi oikean paikan lasersäteen tuottamiseksi, ja sinun on tehtävä tämä joka kerta, kun käytät laseriasi.
- Hanki pienitehoinen laserdiodi, kuten 5 mW, objektiiviputki ja vaihda kokoonpanon diodi DVD-kirjoitindiodiin.
Vaihe 4. Hanki tai koota ohjainpiiri
Vaihe 5. Liitä diodi ohjainpiiriin
Kytket positiivisen nastan ohjainpiirin positiiviseen johtoon ja negatiivisen nastan negatiiviseen johtoon. Nastan sijainti vaihtelee sen mukaan, käytätkö punaista DVD-kirjoitusdiodia vai sinistä Blu-Ray-kirjoitusdiodia.
- Pidä diodia siten, että nastat osoittavat sinua kohti, ja käännä niitä siten, että tapinpäät muodostavat kolmion, joka osoittaa oikealle. Molemmissa diodeissa yläreunassa oleva nasta on positiivinen nasta.
- Punaisella DVD -kirjoittimen diodilla keskimmäinen nasta, joka muodostaa kolmion kärjen, on negatiivinen nasta.
- Sinisen Blu-Ray-kirjoitusdiodin alatappi on negatiivinen nasta.
Vaihe 6. Liitä virtalähde ohjainpiiriin
Vaihe 7. Säädä linssi tarkentaaksesi lasersäteen
Vinkkejä
- Mitä pienempi lasersäde on, sitä voimakkaampi se on, mutta se on tehokas vain tarkennusetäisyydeltä. Jos tarkennat säteen 1 metrin etäisyydelle, se on tehokas vain 1 metrin etäisyydellä. Kun et käytä laseriasi, poista sen linssin tarkennus, kunnes sen tuottama säde on noin pingispallon halkaisija.
- Voit suojata koottua laseriasi pitämällä sen jossakin kotelossa, kuten LED -taskulampussa tai akun pidikkeessä, riippuen siitä, kuinka pieni ohjainpiiri on.
Varoitukset
- Älä loista laseria heijastavalle pinnalle. Laser on valonsäde, ja se voi heijastua samalla tavalla kuin tarkentamaton valonsäde, mutta sillä on vain suurempia seurauksia.
- Käytä aina suojalaseja, jotka on mitoitettu käyttämäsi laserin säteen aallonpituudelle (tässä tapauksessa laserdiodin aallonpituus). Lasersuojalasit ovat säteen täydentävässä värissä: vihreä punaisella 650 nm: n laserilla ja oranssi-punainen sinisellä 405 nm: n laserilla. Älä vaihda laserlaseja hitsausmaskiin, savustettuun lasiin tai aurinkolaseihin.
- Älä katso lasersäteeseen tai loista sitä toisen silmiin. Luokan IIIb laserit, kuten tässä artikkelissa kuvattu laser, voivat vahingoittaa silmiä, vaikka olisivat laseissa. On myös laitonta osoittaa tällaisia lasereita erottamattomasti.
