Termi "laser" tarkoittaa itse asiassa "valon vahvistusta stimuloidun säteilyn avulla". Ensimmäinen laser, joka käytti hopeapinnoitettua rubiinisylinteriä resonaattorina, kehitettiin vuonna 1960 Kalifornian Hughes Research Laboratoriesissa. Nykyään lasereita käytetään monenlaisiin tarkoituksiin mittauksesta salatun datan lukemiseen, ja lasereita on useita tapoja valmistaa budjetista ja ominaisuuksista riippuen.
Vaihe
Osa 1 /2: Laserin toiminnan ymmärtäminen
Vaihe 1. Anna energialähde
Laserit toimivat tai "laserit" stimuloimalla elektroneja lähettämään tietyn aallonpituuden valoa. (Prosessia ehdotti ensimmäisen kerran vuonna 1917 Albert Einstein.) Valojen lähettämiseksi elektronien on ensin absorboitava energiaa, jotta ne voidaan työntää korkeammalle kiertoradalle, ja vapauttamaan sitten energia valona palatessaan alkuperäiselle kiertoradalleen. Tätä energialähdettä kutsutaan "pumpuksi".
- Pienet laserit, kuten CD- ja DVD -soittimet ja laserosoittimet, käyttävät sähköpiiriä syöttääkseen sähkövirtaa diodille, joka toimii pumpuna.
- Hiilidioksidilaseria pumpataan sähkövirralla elektronien stimuloimiseksi.
- Excimer -laserit saavat energiaa kemiallisista reaktioista.
- Kristallista tai lasista valmistetut laserit käyttävät voimakasta valonlähdettä, kuten valokaarta tai salamalamppua.
Vaihe 2. Kanavoi energia vahvistinvälineen läpi
Vahvistusaine tai aktiivinen laserväliaine vahvistaa säteen vapauttamaa energiaa stimuloitujen elektronien vuoksi. Vahvistusaine voi olla jokin seuraavista:
- Puolijohteet, jotka on valmistettu materiaaleista, kuten gallium -arsenidi, alumiini -gallium -arsenidi tai indium -gallium -arsenidi.
- Rubiinin sylinterimäinen kristalli, jota käytettiin Hughes Laboratoriesin ensimmäisessä laserissa. Myös safiireja ja granaattiomenia sekä optisia lasikuituja on käytetty. Lasi ja kiteet käsitellään harvinaisten maametallien ioneilla.
- Keramiikka, joka on myös esikäsitelty harvinaisten maametallien ioneilla.
- Nesteitä, yleensä väriaineita, vaikka infrapunalasereita valmistetaan käyttämällä gin ja tonicia vahvistavana väliaineena. Gelatiinijälkiruokaa (Jell-O) on käytetty menestyksekkäästi myös vahvistavana väliaineena.
- Kaasut, kuten hiilidioksidi, typpi, elohopeahöyry tai helium-neon-seos.
- Kemiallinen reaktio.
- Elektroninen kohdevalo.
- Ydinaine. Ensimmäinen uraanilaser luotiin marraskuussa 1960, kuusi kuukautta ensimmäisen rubiinilaserin luomisen jälkeen.
Vaihe 3. Säädä peilit valon mukaan
Peili tai resonaattori pitää säteen laserkammiossa, kunnes se saavuttaa halutun energiatason purkautumista varten, joko peilin pienen aukon tai linssin kautta.
- Yksinkertaisin resonaattoriasetus, lineaarinen resonaattori, käyttää kahta peiliä, jotka on sijoitettu vastakkain laserkammiossa. Tämä asetus tuottaa yhden valonsäteen.
- Monimutkaisempi järjestely, rengasresonaattori, käyttää kolmea tai useampaa peiliä. Tämä järjestely voi tuottaa yhden säteen optisen eristimen avulla tai kaksoiskeilan.
Vaihe 4. Käytä tarkennuslinssiä ohjaamaan säde vahvistimen läpi
Yhdessä peilin kanssa linssi auttaa tarkentamaan ja suuntaamaan valoa niin, että vahvistava aine saa mahdollisimman paljon valoa.
Osa 2/2: Lasereiden valmistus
Menetelmä yksi: Laserin valmistaminen laserlaitteesta
Vaihe 1. Etsi laserlaitteita myyvä kauppa
Voit mennä sähkökauppaan tai etsiä Internetistä "laserlaitetta", "lasermoduulia" tai "laserdiodia". Laserlaitteen tulee sisältää:
- ohjainpiiri. (Tämä osa myydään joskus erikseen muista komponenteista.) Etsi ohjauspiiri, jonka avulla voit säätää ampeeria.
- Laserdiodit.
- Linssi, lasi tai muovi, jota voidaan säätää. Yleensä diodi ja linssi pakataan yhteen pieneen putkeen. (Nämä komponentit myydään joskus erikseen ohjainpiiristä.)
Vaihe 2. Kokoa ohjainpiiri
Monet laserlaitteet edellyttävät oman ohjainpiirin rakentamista. Tämäntyyppinen laite sisältää piirilevyn ja siihen liittyvät osat, ja sinun on juotettava ne yhteen laitteen mukana toimitetun kaavion mukaisesti. On kuitenkin myös muita laitteita, joissa on sisäänrakennettu ohjauspiiri.
- Voit myös suunnitella ohjainpiirin itse, jos sinulla on siihen elektroniikkaosaamista. LM317 -ohjainpiiri on loistava malli oman piirin suunnitteluun. Varmista, että käytät vastus-kondensaattoripiiriä, jotta syntyvä energia ei säteile liikaa pulsseja.
- Kun olet muodostanut ohjainpiirin, testaa se liittämällä se valodiodiin (LED). Jos LED ei syty heti, säädä potentiometriä. Jos ongelma ei poistu, tarkista piiri ja tarkista, että kaikki osat on kytketty oikein.
Vaihe 3. Liitä ohjainpiiri diodiin
Jos sinulla on digitaalinen yleismittari, kytke se piiriin diodin vastaanottaman virran seuraamiseksi. Useimpiin diodeihin mahtuu 30-250 milliampeeria (mA), kun taas 100-150 mA tuottaa melko vahvan säteen.
Vaikka diodin voimakkaampi säde tuottaa tehokkaamman laserin, säteen luomiseen tarvittava lisävirta palaa ja vahingoittaa diodia nopeammin
Vaihe 4. Liitä virtalähde (akku) ohjainpiiriin
Diodin pitäisi nyt loistaa kirkkaana.
Vaihe 5. Säädä linssi tarkentaaksesi lasersäteen
Jos haluat korostaa seinää, säädä sitä, kunnes mukava kirkas piste tulee näkyviin.
Kun olet asettanut linssin oikein, aseta tulitikku laserpolulle ja säädä linssiä, kunnes tulitikku alkaa savua. Voit myös kokeilla ilmapallojen räjäyttämistä tai rei'ittämistä paperiin laserilla
Menetelmä kaksi: Lasereiden valmistus käytetyistä diodeista
Vaihe 1. Hanki käytetty DVD- tai Blu-Ray-kirjoitin
Etsi yksikkö, jonka kirjoitusnopeus on 16x tai nopeampi. Laitteessa on diodi, jonka lähtöteho on 150 milliwattia (mW) tai enemmän.
- DVD -kirjoittimessa on punainen diodi, jonka aallonpituus on 650 nanometriä (nm).
- Blu-Ray-kirjoittimessa on sininen diodi, jonka aallonpituus on 405 nm.
- DVD -kirjoittimen pitäisi kyetä kirjoittamaan levyjä, vaikka sen ei tarvitse olla onnistunut. (Toisin sanoen diodin pitäisi silti toimia).
- Älä käytä DVD -lukijaa, CD -kirjoitinta tai CD -lukijaa DVD -kirjoittimen korvaamiseen. DVD -lukijoissa on punaisia diodeja, mutta ei yhtä tehokkaita kuin DVD -kirjoittajissa. CD -kirjoitusdiodit ovat melko tehokkaita, mutta ne lähettävät valoa infrapuna -alueella, joten sinun on etsittävä säteitä, joita et näe.
Vaihe 2. Ota diodi DVD/Blu-Ray-kirjoitinlaitteesta
Käännä laite. On poistettava vähintään neljä ruuvia, ennen kuin laite voidaan avata ja diodi voidaan irrottaa.
- Kun laite on avattu, siinä on pari metallikehystä, jotka pidetään paikoillaan ruuveilla. Kehys pitää laserkomponentit. Kun olet irrottanut ruuvit, voit irrottaa kehyksen ja irrottaa laserkomponentit.
- Diodit ovat pienempiä kuin kolikot. Diodissa on kolme metallijalkaa, ja se voidaan koteloida metallikerrokseen, läpinäkyvällä suojaikkunalla tai ilman, tai se voi olla auki.
- Sinun on otettava diodi laserkomponentista. Asioiden helpottamiseksi irrota jäähdytyselementti laserkomponentista ennen diodin poistamista. Jos sinulla on antistaattinen rannehihna, käytä sitä ottaessasi diodin.
- Käsittele diodia varoen, vielä varovammin, jos se on avoin diodi. Valmista antistaattinen kotelo diodien säilyttämiseen, kunnes olet valmis laserin valmistukseen.
Vaihe 3. Hanki tarkennuslinssi
Diodin säteen täytyy kulkea tarkennuslinssin läpi laserin tuottamiseksi. Voit tehdä tämän jollakin seuraavista tavoista:
- Käytä suurennuslasia tarkennuksena. Siirrä suurennuslasia, kunnes löydät oikean paikan lasersäteen tuottamiseksi, ja tämä on tehtävä joka kerta, kun haluat käyttää laseria.
- Hanki linssiputkisarja, jossa on pienitehoinen laserdiodi, kuten 5 mW, ja vaihda diodi DVD-kirjoittimen diodiin.
Vaihe 4. Hanki tai rakenna ohjainpiiri
Vaihe 5. Liitä diodi ohjainpiiriin
Kytke diodin positiivinen johdin ohjainpiirin positiiviseen johtoon ja negatiivinen johto negatiiviseen. Dioditappien sijainti vaihtelee sen mukaan, käytätkö DVD-kirjoittimen punaista diodia vai Blu-Ray-kirjoittimen sinistä diodia.
- Pidä diodia jalat itseäsi kohti ja pyöritä sitä niin, että jalkojen pohjat muodostavat oikealle osoittavan kolmion. Molemmissa diodeissa yläjalka on positiivinen jalka.
- DVD -kirjoittimen punaisella diodilla keskellä oleva jalka, joka muodostaa kolmion kärjen, on negatiivinen jalka.
- Blu-Ray-kirjoittimen sinisellä diodilla sääri on negatiivinen.
Vaihe 6. Liitä virtalähde ohjainpiiriin
Vaihe 7. Säädä linssi tarkentaaksesi lasersäteen
Vinkkejä
- Mitä pienempi tarkennat lasersäteen, sitä tehokkaampi laser on, mutta se on tehokas vain tällä polttovälillä. Jos laser on tarkennettu 1 metrin etäisyydelle, se toimii vain 1 metrin etäisyydellä. Jos et halua käyttää laseria, hajauta linssin tarkennus, kunnes lasersäde on noin pingispallon halkaisija.
- Suojaa laserlaitteesi säilyttämällä se säiliössä, kuten LED -taskulampussa tai paristopidikkeessä, riippuen siitä, kuinka pieni ohjainpiiri on.
Varoitus
- Älä loista laseria pinnalle, joka heijastaa valoa. Laserit ovat valonsäteitä, ja ne voivat heijastua aivan kuten tarkentamattomat säteet, mutta vain suuremmilla seurauksilla.
- Käytä aina suojalaseja, jotka vastaavat käyttämäsi lasersäteen aallonpituutta (tässä tapauksessa laserdiodin aallonpituutta). Lasersuojalaseja valmistetaan väreissä, jotka tasapainottavat lasersäteen väriä: vihreä 650 nm: n punaisella laserilla ja punaoranssi 405 nm: n sinisellä laserilla. Älä käytä hitsauskypärää, kylkiluun tai aurinkolaseja laserlasejen sijasta.
- Älä katso lasersäteeseen tai loista laseria ihmisten silmiin. Luokan IIIb laserit, tässä artikkelissa käsitelty laserlaji, voivat vahingoittaa silmiä jopa laserlaseja käytettäessä. Lasersäteen loistava syyttäminen on myös lain vastaista.
