En uno de los artículos dedicados a mi láser de vapor de cobre, basado en el elemento activo UL-102, se hizo la pregunta en los comentarios: ¿qué sucederá después? Todo lo que quedaba era encontrar una manera de hacer un elemento láser activo por su cuenta. Y este método fue encontrado. Esto se discutirá en el post de hoy.
Francamente, pensé en hacer un láser así mucho antes de tener los elementos activos UL102, GL201 y logré construir una fuente de energía. Leí sobre los láseres de vapor de metal durante mucho tiempo, y supe durante mucho tiempo sobre sus propiedades: una gran ganancia, la mayor potencia y eficiencia para la radiación visible, pero durante mucho tiempo estuvieron fuera de mi alcance. Todo lo que quedaba era buscar más y más información sobre ellos. Y aquí me encuentro con el sitio web de preguntas frecuentes de Sam's Laser, un centro que organiza todo tipo de información sobre cómo usar láseres disponibles comercialmente de casi cualquier tipo, así como una gran cantidad de manuales de autoensamblaje para algunos de ellos, que están acompañados de dibujos y descripciones de ejemplos de diseños ensamblados. A partir de ahí aprendí que no es necesario usar cobre metálico para obtener generación en sus átomos. Sus sales, como cloruro monovalente, bromuro o yoduro, también son bastante adecuadas. Y la temperatura de fusión de las sales es dos veces menor que la temperatura de fusión del cobre metálico. Además, en condiciones de vacío, incluso a la temperatura de fusión, las sales se evaporan con la intensidad suficiente para excitar el átomo de cobre en una descarga de gas pulsado. El principio de excitación del medio activo sigue siendo el mismo que para los vapores de cobre metálico, pero con una diferencia: inicialmente no hay átomos de cobre metálico en la descarga. Para obtenerlos y luego excitarlos, necesita dos pulsos eléctricos próximos de corta duración con un intervalo corto con un frente pronunciado: el primer átomo desintegra la molécula de haluro de cobre en átomos de cobre y halógeno, el segundo pulso inmediatamente después del primero excita los átomos de cobre.
"Inmediatamente después del primero" significa un intervalo de tiempo muy específico del orden de 50-100 microsegundos. Si este intervalo es más largo, entonces los átomos tendrán tiempo para "desvanecerse" de nuevo en las moléculas y no habrá radiación láser. La frecuencia de repetición de estos paquetes de dos pulsos puede ser arbitraria. En las mismas preguntas frecuentes de Sam's Laser, se propuso el siguiente dibujo de un láser de vapor de cloruro de cobre.
Aquí se propone calentar el tubo láser a una temperatura de funcionamiento con una fuente de calor de terceros (espiral) y suministrar la descarga eléctrica desde la fuente de alto voltaje más simple, que consiste en un transformador para publicidad de neón y dos rectificadores separados, cargando dos condensadores separados: el primero para un pulso "disociante", el segundo para " generacional ". Y el cambio de condensadores al tubo fue propuesto por un espacio de chispa giratorio, como en las bobinas de Tesla. La ubicación de los contactos y la velocidad de rotación determinaron el valor del intervalo de tiempo entre pulsos y la tasa de repetición de pulsos. El helio se propone como gas amortiguador, y una placa de vidrio plano aluminizado como espejo ciego y vidrio plano paralelo sin ningún revestimiento como salida se proponen como un resonador óptico. En el curso de una lectura adicional, se encontró una referencia a la fuente: el libro de G.G. Petrash "Láseres basados en vapores de metales y sus haluros". En general, el diseño descrito es simple y está diseñado para usar componentes disponibles con relativa facilidad. Pero ella personalmente no me convenía. En primer lugar, la presencia de un espacio de chispa ruidoso y un ensamblaje puramente mecánico del tubo a partir de piezas individuales. Entonces decidí estudiar la fuente.
Este libro está fácilmente disponible a pedido de Google en ruso, en el sitio de recolección del Instituto Físico Lebedev. También hay una traducción al inglés de este libro, que ya está bajo la cuidadosa supervisión de malvados redactores extorsionando dinero. Pero no lo necesitamos por 100 años :)
En el libro fuente, el principio del funcionamiento del láser se describe de manera similar, pero con más detalle, se dan comparaciones detalladas del funcionamiento con diferentes gases de amortiguación, se dan ejemplos de tubos láser y se hace una observación muy importante: si la frecuencia de repetición del pulso supera los 8-10 kHz, entonces no se necesitan paquetes pulsos dobles, este modo de operación se llama el modo de "pulsos regulares", cuando se genera radiación en cada pulso de excitación, ya que el intervalo de tiempo es ciertamente más corto que el tiempo de recombinación de átomos en moléculas. Un efecto secundario de esto es el autocalentamiento del tubo (no se necesita una fuente de calor externa). El neón fue reconocido como el mejor gas tampón, pero se indicó la operabilidad de un láser con helio e incluso argón. Para un hombre hecho en casa "ordinario", la fuente descrita en este artículo requiere costos inaceptables para un tirotra de hidrógeno de acción rápida, condensadores de baja inductancia, un potente transformador de alto voltaje, neón y componentes similares. Además, allí se propuso llevar a cabo todas las variantes de tubos mediante soldadura de vidrio de cuarzo con electrodos soldados, que eran segmentos de tubos de flash de la serie IFP. Pero esto no fue un obstáculo para mí, ya que, a diferencia del cercano / lejano en el extranjero, esas partes son baratas y asequibles, si lo miras. Aquí están, las diferencias entre las economías planificadas y de mercado ...
Entonces ya era un año lejano 2015, y pedí un soplador de vidrio para hacer un tubo láser con un diseño tan esquemático.
El tubo láser consta de una carcasa 1 con electrodos de lámparas de flash 2. En el medio de la carcasa, se realizan procesos 3 para la sustancia de trabajo del láser: cloruro o bromuro de cobre. Los procesos son necesarios para que la sustancia de trabajo no se superponga a la luz del tubo. Las ventanas 5 están soldadas a los extremos del tubo láser para la salida de radiación. Para unir halógeno libre, que se forma durante la descarga, las cavidades de los electrodos están obstruidas con chips de cobre.
Paralelamente, discutí la idea de construir este láser con el autor del sitio web laserkids.sourceforge.net Yun Sothory. Posteriormente, también se interesó en este proyecto y decidió implementarlo a su manera, utilizando el enfoque más primitivo, similar al descrito en las Preguntas frecuentes de Sam's Laser. Su trabajo se puede encontrar
aquí .
Mientras tanto, el tubo láser para mi láser de cloruro de cobre estaba listo, cuyo diseño sigue el que se muestra en la figura del libro. El diámetro interno del tubo es de 12 mm, la longitud de descarga es de 40 cm, el tubo contiene 3 procesos y electrodos de lámparas IFP800. Encima de cada uno de los procesos y electrodos hay rampas para llenar la sustancia de trabajo, así como para bombear y recibir gas.
En solo un par de semanas, cómo se hizo este tubo, un elemento activo en el vapor de cobre UL-102 cae en mis manos. Y luego este tubo se volvió a colocar en una caja muy larga. En el curso del trabajo con UL102, apareció una fuente de energía para láseres de vapor de cobre que ya le son familiares.
Después de que obtuve una fuente de alimentación que funciona con precisión con parámetros obviamente adecuados, se decidió volver a un tubo láser improvisado. Después de llenar con una sustancia de trabajo y neón a una presión de 10 mm RT. Art. El teléfono comenzó a verse así. Se utilizó cloruro de cobre monovalente; las impurezas le dan un color amarillento. Por si acaso, envolví alambre de nicromo en los brotes para calentar, en caso de que lo necesite.
Llené las cavidades en los nodos de electrodos con virutas de cobre.
Scion con cloruro de cobre closeup.
Desde el comienzo de los experimentos, resultó que no se necesita un cable de nicromo. No solo no era necesario calentar, sino que también había una fuga capacitiva muy fuerte. Hacer que este tubo se sellara también fue una decisión precipitada: en un momento se formó mucho cloro, tanto que la descarga apenas se encendió y fue inestable. Se liberó cloro en el espacio interno, mientras que en las paredes se depositó cobre en las paredes, ambos atomizados por los electrodos y que se formaron durante la descomposición del cloruro. Y luego, en algún momento, el tubo se rompió por un golpe accidental. Tuvo que rehacerlo, como resultado de lo cual perdió uno de los procesos y disminuyó en longitud.
Como resultado, este tubo comenzó a probarse en modo de flujo.
Desde un eje, fue bombeado por una bomba 31; desde el segundo, el neón fluyó a través de una aguja de insulina. La presión se estableció en el orden de 10-15 mm RT. Art. En el modo de flujo, las cosas mejoraron de inmediato: la entrada de gas fresco reemplazó de inmediato tanto las impurezas emitidas por el cloruro de cobre como sus productos de descomposición. La descarga se mantuvo estable. Mantuve la frecuencia de repetición de pulso a 15 kHz y la potencia promedio incluida en la descarga al nivel de 1-1.2 kW. Para reducir la potencia requerida e igualar el campo de temperatura, el área de trabajo del tubo se aisló con lana de cerámica.
Auricular durante el calentamiento.
A medida que se calienta, el color de la descarga cambia de naranja neón a toda una gama de colores, en los que se puede ver el brillo del neón y los colores azul y verdoso.
Poco después, comenzó la generación de superluminosidad. Olvidé mencionar que en estos experimentos no utilicé ningún resonador óptico.
Con un mayor calentamiento, la potencia aumentó y el rayo láser se hizo visible. Al principio, el rayo salió de ambos extremos del tubo, pero la ventana en el lado del tapón de evacuación de gases comenzó a convertirse rápidamente en polvo con cloruro de cobre condensado y otra suciedad, lo que condujo a la opacidad completa de la ventana. La ventana en el lado de la entrada de gas permaneció limpia.
Por conveniencia, la fotografía reflejó el haz con el espejo a un lado.
Después de que se apagó la descarga, el tubo de cuarzo, junto con el aislamiento térmico, estaba claramente al rojo vivo. Esto indica que la temperatura óptima era de al menos 700 grados.
Fue difícil evaluar la potencia de salida, ya que no era constante, sino que dependía de la selección del modo eléctrico. Con el sobrecalentamiento, la potencia disminuyó primero y luego la generación desapareció por completo. Pero como máximo, calificaría la potencia no menos de 100-200 mW de acuerdo con mis sentimientos subjetivos, a pesar del hecho de que no hay resonador óptico. Desafortunadamente, no existe un dispositivo para medir la potencia. A modo de comparación, la potencia de radiación alcanzada por Yun'th Sothory es de 2 órdenes de magnitud menos - 2 mW, a pesar de la energía de pulso bastante decente. Y la cosa es la frecuencia de repetición. Sin embargo, todavía hay margen de mejora en mi diseño: debe pasar a grandes volúmenes del medio activo y un resonador óptico, entonces unos pocos vatios no son el límite. Pero de alguna manera más tarde.
Fuentes utilizadas:
- G. G. Petrash. Láseres basados en vapores de metales y sus haluros. Actas del Instituto Físico de Lebedev, vol. 181, 1987
- www.repairfaq.org/sam/laserccb.htm#ccbtoc