أرحب بالجميع ، ستناقش هذه المقالة أحد أكثر المشاريع تعقيدًا - تركيب محلي باستخدام ليزر بخار نحاسي. سأحجز فورًا على الانتهاء من المشروع بنجاح ، وإحضاره إلى منتج مكتمل بالكامل وتبرير الاسم الذي أعطيته له. أعتقد أنه من الضروري أن أقول بكل التفاصيل كيف تم تنفيذه وما كان علي أن أواجهه في طريق تنفيذه. تاريخ التثبيت طويل جدًا ، لذلك يجب تقسيمه إلى عدة أجزاء.
وإخلاء مسؤولية واحد آخر: تم تنفيذ هذا المشروع بسبب حبي الكبير لفن الحصول على إشعاع الليزر ، إلى حد كبير من أجل تنفيذه ، لذلك أطلب منك عدم طرح سؤال "لماذا هذا ضروري" في التعليقات. المعلومات المقدمة معروضة لأغراض إعلامية ، المؤلف غير مسؤول عن عواقب محاولات تكرار الوصف.صورة لجذب الانتباه.
والاستمرار تحت القطع.
أولا ، عليك القيام ببعض الاستطراد. الشيء هو أنني على الأرجح واحد من العديد من الأشخاص الذين حلموا ذات مرة بسيفهم الخفيف أو مسدسات الليزر ، على الأقل في الشكل الذي يكون فيه هذا ممكنًا باستخدام التقنيات الحالية. وكما اتضح ، كل شيء ممكن إذا عملت عليه. منذ بداية أيام طلابي ، أصبحت مهتمًا بالهندسة الكهربائية ، وهي الحصول على الفولتية العالية والترددات العالية. لذلك اكتشفت بنفسي جهازًا مثيرًا للاهتمام مثل محول تسلا في العديد من مظاهره باستخدام مجموعة متنوعة من الطوبولوجيا ومجموعة متنوعة من المكونات. في الوقت نفسه ، أدركت أنني جذبت بشكل خاص جماليات محرك الديزل ، أي أردت أن تبدو جميع منتجاتي وكأنها أتت إلي مباشرة من مختبرات Frankenstein أو Tesla نفسه. هذا هو السبب في أنني أطلقت قاعدة العنصر ، التي تتكون من محولات الزيت القديمة ، وأنابيب الراديو القوية ، ومولدات المحركات عالية التردد (المحولات) ، وعدادات لوحة القياس في علبة كاربوليت ، إلخ. ومع ذلك ، اتضح أنه كان من الصعب بالفعل مفاجأة أي شخص حتى مع إفرازات طويلة إلى حد ما من محول تسلا. لذلك ، قررت تغيير اتجاه النشاط ، مع الأخذ في الاعتبار المكان الذي غامر فيه عدد قليل جدًا من الناس بالدخول. وهي تكريس هوايته لتكنولوجيا الليزر. كان حلمي دائمًا معرفة ماهية الليزر ، والكشف عن أسرار أجهزتهم والعمل ، أخيرًا ، لبناء مولد إشعاع متماسك خاص بك. مع مرور الوقت ، درست الكثير من المؤلفات ، وتحدثت مع أشخاص مختلفين ، وتراكمت الخبرات تدريجيًا في دراسة وإنشاء وإصلاح الليزرات في المختبرات وحصلت على "غنيمة" في شكل ليزر كامل وأجزائه ، والتي درستها بأكثر الطرق تفصيلاً.
من بين مجموعة متنوعة من أشعة الليزر ، يستحق أحدها اهتمامًا أكبر بكثير من الليزر الآخر - ليزر بخار النحاس. عندما تمكنت من رؤية وإحساس مثل هذا الليزر أثناء العمل في أحد المختبرات ، خلقت أقوى انطباعاتي. لكن الأمر برمته هو هذا. هذا هو الليزر الأكثر فعالية الذي يعمل في النطاق المرئي من الطيف ، القادر على امتلاك طاقة إشعاعية لعشرات الواط بأطوال موجية 510 نانومتر (أخضر ساطع) و 578 نانومتر (أصفر مشبع). يحتوي الشعاع الذي يحتوي على خطي الانبعاث على لون ليموني مخضر فريد وقادر على حرق المواد المختلفة القابلة للاحتراق ليس أسوأ من شعاع ليزر ثاني أكسيد الكربون بالأشعة تحت الحمراء. كان الهدف هو الحصول على مثل هذا الليزر.
أثناء العمل باستخدام ليزر مشابه في المختبر ، أدركت أنه لا يمكنني الاعتماد على شراء التثبيت النهائي ، على الرغم من المحاولات التي تمت. كبيرة جدا وثقيلة ومكلفة. مثل أي ليزر ، يتكون من جزأين رئيسيين - باعث ومصدر الطاقة. إليك ما يبدو عليه أحد أقدم الموديلات لمثل هذا الليزر - LGI-101. يبلغ طول الباعث مترين تقريبًا ، ومصدر الطاقة بحجم الثلاجة المنزلية "الكاملة". ويزن 4 ثلاجات. إجمالي الطاقة الإشعاعية بالليزر المعلنة لكلا خطي الانبعاثات هي 5 واط مع استهلاك 2.5 كيلو واط. يمكن رؤية مظهر الباعث ومصدر الطاقة في الصور:
يتكون الباعث بدوره من مجموعة من الأجزاء الخاصة به: الأهم - العنصر النشط ، ثم مرايا الرنان ، ونظام التبريد والسكن الذي يتم فيه تجميعه معًا. يتكون مصدر الطاقة من عدد من الكتل الوظيفية الموضحة أدناه. لذلك ، كان عليّ أن أقصر نفسي على البحث فقط عن الجزء الذي لا يمكن استبداله - العنصر النشط (أنبوب الليزر لتفريغ الغاز) ، ثم حشد كل خبرتي والتغلب على كل شيء مفقود. بعد مرور بعض الوقت ، وبمساعدة لا تقدر بثمن من أصدقائي ، تلقيت أخيرًا صندوقًا خشبيًا عزيزًا في البريد ، مع عنصر نشط جديد تمامًا مثل UL-102 "Quantum" ، وهو تطور أحدث مقارنة بـ LGI-101. مقارنةً بـ LGI-101 ، يبلغ حجم UL-102 تقريبًا نصف الحجم ، وتنتج نفس طاقة الإشعاع تمامًا ، واستهلاك الطاقة أقل 1.5 مرة ، أي إنه أكثر اقتصادا. يبدو العنصر النشط "العاري" في UL-102 على هذا النحو.
هذا جهاز ضخم مصنوع من المعدن والسيراميك والزجاج. في داخلها يحدث تحويل الطاقة الكهربائية إلى تفريغ غاز عالي التيار ، والذي يتبخر من النحاس المعدني للحرارة ، والذي تنتقل فيه ذرات النحاس إلى حالة مثارة. عند الانتقال من الحالة المثارة إلى الأرض ، تنبعث الذرات من الفوتونات ، والتي تتصادم مع الذرات الأخرى المستثارة ، ستسبب انبعاث الفوتونات الجديدة ، لذلك حتى يتضخم الضوء إلى أقصى قيمة ممكنة ، والتي تحددها درجة إثارة الوسط النشط. من أجل مرور الضوء بحرية عبر أنبوب الليزر وتضخيمه ، توجد نوافذ بصرية ضخمة في النهايات ، ومن أجل استهلاك طاقة أقل لتسخين النحاس إلى درجة حرارة التبخر ، يلزم عزل حراري جيد لأنبوب التفريغ الخزفي الداخلي ، والمرفق في علبة خارجية مصنوعة من السيراميك الوردي. . يتم توفير الطاقة الكهربائية للقطبين المعدنيين من الخارج ، وداخل الأنبوب يوجد نيون تحت ضغط جوي مخفض. إن التفريغ في النيون هو بمثابة المصدر الرئيسي للحرارة لتبخر النحاس ، الموجود على شكل قطع صغيرة داخل قناة التفريغ ، ولا توجد أبخرة في الأنبوب البارد ، وسيكون من المستحيل إشعال التفريغ إذا كان هناك فراغ كامل. إلى جانب أنبوب الليزر ، حصلت أيضًا على مجموعة من مرايا الرنان.
وهكذا ، ظهرت لي أهم التفاصيل بالفعل.
لقد كان لدي بالفعل فكرة حول مبدأ تشغيل هذا الليزر وما هو مطلوب للحصول على إشعاع متماسك قوي من مجموعة من قطع الغيار. كان من الضروري التوصل إلى النظام الأمثل للتثبيت الحراري للعنصر النشط ، وتجميع كل شيء في شكل باعث ليزر ، والأهم من ذلك - بناء مصدر طاقة.
من المعروف من الأدبيات أن ليزر بخار النحاس يمكن أن يعمل فقط في وضع النبض. يمكن أن يختلف معدل تكرار النبضة لأنبوب UL-102 من 6 إلى 16 كيلو هرتز. يجب أن يكون لكل نبضة طاقة فردية جبهة شديدة الارتفاع للتيار الحالي من خلال التفريغ. من الناحية المثالية ، سيكون انحدار الواجهة الحالية من خلال التفريغ عند مستوى 50 نانو ثانية ، وهو ما يمكن مقارنته بعمر الحالة المثارة لذرات النحاس ، وسيكون التيار في النبضة عدة مئات من الأمبيرات مع مدة نبضة من 300 إلى 1000 نانوثانية. بشكل عام ، سيظهر توليد الليزر عند منحدر سفلي من الأمام ، عند مستوى 100 نانوثانية وحتى 300 نانوثانية ، ولكن كفاءته ستكون أسوأ بكثير. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الجهد عند أقطاب الأنبوب في وقت ما قبل الانهيار يجب أن يكون على الأقل 10 كيلو فولت ويفضل أكثر. يجب أن يكون متوسط الطاقة المستثمرة في التفريغ بواسطة النبضات الفردية كافياً للتدفئة والحفاظ على درجة الحرارة المثلى لبخار النحاس ، وبالنسبة لـ UL-102 ، فإن القيمة الدنيا لهذه الطاقة هي 1600 واط. كان هناك أخبار جيدة: أبخرة النحاس لديها أعلى مكسب. وهذا يعني أن متطلبات دقة محاذاة الرنان متحررة للغاية (لا يلزم وجود أجهزة خاصة عالية الدقة لتركيب وضبط موضع المرايا). بالإضافة إلى ذلك ، يكون الكسب أعلى ، كلما زاد تركيز ذرات النحاس في التفريغ ، أي إذا تم تسخينه بقوة كافية ، يمكن الحصول على الليزر ليس مع اثنين ، ولكن مع مرآة واحدة ، أو حتى بدونهما على الإطلاق (تضخيم واحد للانبعاث التلقائي أو "لمعان فائق"). وقد سهل هذا إلى حد كبير مهمة إنشاء التخطيط الأساسي ، أي تم تبسيط المهمة إلى بناء مصدر طاقة فقط ، ويمكن تأجيل بناء الباعث إلى اللحظة التي سيتم فيها عمل الخفايا مع الطاقة. الآن عن التغذية. إذا نظرت إلى دائرة طاقة الأنبوب ، فإن للوهلة الأولى كل شيء بسيط للغاية. فقط بعض التفاصيل عند استخدام أبسط الطوبولوجيا ، والتي تسمى في الأدب "مخطط الإثارة المباشرة".
كل شيء بسيط - 2 محثات ، 2 مكثفات ، تبديل ثيراترون ، محول تحكم ثيراترون. كل شيء بسيط حتى تنظر إلى قيم الأجزاء ومتطلباتها. نظرًا لأن المهمة هي الحصول على منحدر جيد للجزء الأمامي من النبض الحالي من خلال العنصر النشط ، فإن الثاثرون يحتاج إلى سرعة عالية ، مع تعبئة الهيدروجين ، والجهد العكسي العالي ، وتيار التحويل العالي. الحد الأدنى المطلوب للنبض للثيراترون هو 500 أمبير. أفضل - 1000 أو أكثر. يحتاج الجهد العكسي إلى 20 على الأقل ، ويفضل 25 كيلو فولت. عادة ما يتم استخدام هذه الثايراترون في الرادارات وليس من السهل الحصول عليها. لكني محظوظ. ورقد زوجان في أنقاض قطعة القماش. سقطت النظرة الخاطفة على الزجاج الجميل TGI-700 \ 25 ، بحجم زجاجة صودا سعة 2 لتر. وفقًا للمعايير الاسمية التي تناسبها ، كانت السرعة المعلنة المنخفضة نسبيًا (700 هرتز) فقط محرجة ، ولكن تقرر محاولة استخدامها في الوقت الحالي. المكثفات من 1000 إلى 3300 pF التخزين الرئيسي و 235-470 pF إضافية بين أقطاب الأنبوب. هذا فقط. لكن! مطلوب جهد التشغيل من 15 كيلو فولت. والخسارة المنخفضة عند التردد العالي أمر مرغوب فيه للغاية ؛ يجب التقليل من الحث الزائف. بعد كل شيء ، أحتاج إلى الحصول على مقدمة قصيرة من التيار من خلال الأنبوب ، وإلا فلن أرى الفوتونات المتماسكة كأذني. لذلك ، فقط المكثفات الخزفية ذات الطاقة التفاعلية العالية المسموح بها هي المناسبة ، والتي تستخدم في أجهزة إرسال الراديو الأنبوبية ونفس الرادارات. ففوه ، يمكنك التنفس ، ولدي أيضًا مثل هذه ، لأنها تراكمت منذ الوقت الذي كنت أعمل فيه في تسلا. الحث. لكن الأمر أكثر صعوبة معهم ... حتى الآن ، لم أكن بحاجة إلى الاختناقات في حرفتي ، على الأقل بمثل هذا الحجم ، 0.5 H ، وحتى بدون نواة ، مع قوة كهربائية عالية. هناك حاجة إلى مثل هذا الاختناق لما يسمى. "الشحنة الرنانة" لمكثفات التخزين. في هذا الوضع ، تحدث عملية الشحن بأقصى قدر من الكفاءة ، ويمكن مضاعفة الجهد على المكثف بالنسبة للإمداد. كان علي أن أختم مثل هذا الاختناق من عدة أقسام ، لأن هناك خبرة. من خلال ربط العدد المطلوب من الأقسام ، كان من الممكن تنظيم الحث في خطوات ، وعن طريق تغيير المسافة بينهما ، يمكن تعديل الحث بسلاسة ضمن حدود معينة. مع محث الحجب الثاني ، وهو ضروري لمنع التيار المباشر من التدفق عبر العنصر النشط ، يكون أبسط بكثير - الحث المطلوب هو 100-300 μH ، لكن القوة الكهربائية عالية أيضًا. لذلك ، جرح أيضًا على إطار مقسم إلى أقسام. هذه هي الطريقة التي بدت فيها "مجموعة الشوربة" الأهم ، كما أسميتها ، جزء الطاقة من مصدر الطاقة.
لكن هذا لا يكفي. لكي يعمل الثايراترون بشكل طبيعي - تحتاج إلى مصدر جهد للكاثود للتوهج - يظهر أول محول ثقل. من أجل إشعال تفريغ في أنبوب الليزر وتخفيفه ، هناك حاجة إلى مصدر جهد ثابت عالي ، ومن المستحسن جدًا أن تكون قادرًا على تنظيمه من 0 إلى 7-8 كيلو فولت. أخيرًا ، أنت بحاجة إلى مولد لإشارة تحكم قوية بما يكفي لفتح الثايراترون. يبدو أن هناك كتلة صعبة أخرى لتوليدها. كان الأمر أسهل أيضًا مع الأخير ، نظرًا لوجود كتل من التصميم غير الناجح لملف مصباح Tesla مع وضع تشغيل نابض ، كان كافياً لإعادة تكوينها للعمل عند التردد المطلوب.
هنا تم تجميع مثل هذا النظام الفرعي النموذجي لجهد الأنود لوحدة الطاقة ، يسمى "IVN" - مصدر جهد عالي. يتكون من محولين للطاقة يعطون ما يصل إلى 8 كيلو فولت من الجهد المتناوب على التوالي ، مقوم على شكل جسر الصمام الثنائي على أعمدة KTs201D ، مكثف تصفية k41-1a عند 2 uF 10 kV ، LATR عند 9A في الدائرة الأساسية لمحولات الطاقة ، وأزرار التشغيل وإيقاف التشغيل تحكم فردي في المولد و IVN ، أجهزة لمراقبة الجهد والتيار.
يتكون مولد التحكم (منظم فرعي) من كتلتين رئيسيتين - مذبذب رئيسي ومضخم طاقة. يتم تصنيع كل من الكتل على المصابيح - في المحرك الرئيسي ، يتم استخدام مولد حجب على مصباح 6n6p مع مضخم مسبق على TGI1-10 \ 1 ثيراترون. يتم تصحيح إمدادات الطاقة لدوائر الأنود بواسطة kenotron.
الكتلة الثانية هي مضخم طاقة ، في هذه المرحلة تم تجميعها على مصباح GMI-5 ، وتتكون من مكبر للصوت نفسه ومجموعة أدوات في شكل مصادر انحياز للشبكة الأولى والثانية ، وكذلك على مقومات kenotron. يتم الحصول على جهد أنود 2 كيلو فولت باستخدام مضاعف الجهد ، أيضًا على kenotrons 6d22s. هذا هو السبب في وجود الكثير من المصابيح في هذه الكتلة.
لقد حان الوقت عندما تحتاج إلى توصيل جميع العناصر في دائرة واحدة. بدا الأمر هكذا.
تم وضع دائرة وحدة الطاقة في مكان قريب على الطاولة ، وتم تجميعها "على المخاط" ، حيث قد تضطر إلى إعادة شيء ما وضبط قيم الأجزاء.
كان الإطلاق فوريًا.
للوهلة الأولى ، تتفاعل جميع المكونات بشكل صحيح. تكون المحولات صاخبة ، ويضاء تفريغ في أنبوب الليزر ، ويسمع صرير مميز بتردد 10 كيلوهرتز ، ويضاء ثيراترون التبديل ، لكن جهد الإمداد لم يتم زيادته بعد إلى "التصميم" 6 كيلو فولت. بالمعنى الدقيق للكلمة ، لا يلعب الجهد دورًا حاسمًا ، فمن المهم تحقيق متوسط طاقة معين مستثمر في تفريغ الليزر ، والذي يجب أن يكون على الأقل 1600 واط لهذا الأنبوب. هذا هو المكان الذي تعثرت فيه المسألة. عند دوران 500 واط ، فقد الثايرترون التحكم ، ببساطة يحوم في الوضع المفتوح ، مما يؤدي إلى دائرة كهربائية قصيرة في IVN. بعد أن لعبنا مع معدل تكرار النبض (المشار إليه فيما يلي باسم ChSI) ، وسعة المكثفات الرئيسية والإضافية ، وحث خانق الشحن (من أقسام كبيرة) ، تمكنا من التغلب على هذه الحدود والوصول إلى الحد أولاً عند 1000 ، ثم 1500 واط. بقي فقط انتظار التسخين التدريجي والأنبوب للوصول إلى نظام درجة حرارة التشغيل.
ومع ذلك ، بعد وقت قصير ، حوالي 10 دقائق ، فقد الثايرترون السيطرة مرة أخرى ، وأغلق IVN. واتضح أن هناك خطأ ما في الثيراترون! كان أنوده أحمر حار!
خلال الوقت الذي يعمل فيه الجهاز بشكل مستقر ، تمكنت قناة التفريغ في أنبوب الليزر أيضًا من تسخين أحمر حار ، لأنه ، على عكس الثيراترون ، فهو أكثر من العمل العادي. لكن درجة الحرارة هذه لقناة التفريغ لا تزال غير كافية تمامًا.
بعد عدة محاولات لإعادة التشغيل ، أصبح من الواضح أنه في الثيراترون من هذا النوع تكون خسائر الطاقة كبيرة جدًا ، وهناك حاجة إلى ثيراترون آخر أكثر ملاءمة. اضطررت لاستخراج TGI1-1000 \ 25 ثايرترون من ليزر نبضي آخر ، وفي نفس الوقت قمت بتغيير هيكل وحدة الطاقة إلى دائرة "أكثر تقدمًا" ، ما يسمى مولد Blumlyayn.
وقد تغير التصميم تمامًا - اختفى كابل التوصيل الطويل بين أنبوب الليزر ووحدة الطاقة.
في مثل هذا الهيكل ، سارت الأمور على الفور بشكل أفضل. عملت الدائرة بشكل مستقر للغاية وكان من الممكن تحقيق دخل طاقة في التفريغ من 2000 وات. بدأ التسخين الثابت لقناة التفريغ.
بعد حوالي نصف ساعة من العمل ، أصبح لون التفريغ ملحوظًا. من النيون البرتقالي ، تحول لونه إلى اللون الوردي أولاً ، ثم أشرق حتى أصبح أبيض تقريبًا ، وبعد ذلك اكتسب لونًا أصفر مخضرًا قذرًا. ظهر انبعاث تلقائي من النحاس ، والذي بدأ يتبخر. أخيرًا ، على خلفية الضوء من التفريغ ، بدأت تظهر بقعة خضراء زاهية نسبيًا مع "بقع". توليد الليزر في شكل سطوع فائق ، أي بدون مرايا رنان. ازداد سطوع بقعة ضوء الليزر بسرعة ، في بضع دقائق أصبحت ساطعة بشكل مذهل.
إذا قمت بتثبيت مرآة رنان فارغة على جانب واحد من الأنبوب والتقطت مكانها الصحيح ، فإن السطوع يزداد بنحو 5 مرات ، ويقل اختلاف الشعاع بشكل كبير
شعاع الليزر مرئي بوضوح!
وإذا وضعت عدسة في مسار الشعاع ، فهي قادرة بالفعل على الحرق على الخشب الرقائقي. مما يشير إلى أن قوة الضوء لا تقل عن 0.5-1 واط. وهذا مع مرآة رنان واحدة فقط. لذلك لا يزال هناك احتياطي كبير من الطاقة الناتجة لزيادة تركيب المرآة الثانية. بالنسبة لنظام الليزر محلي الصنع ، حقق هذا نجاحًا كبيرًا بالفعل! خاصة عندما يتم إتقان مخططات الطاقة هذه لأول مرة.
إذا قمت بعكس الشعاع مع جزء من قرص مضغوط في الجدار ، يمكنك أن ترى أن هناك مكونان في الشعاع - الأخضر والأصفر ، لا يزال المكون الأصفر أقل وضوحًا من الأخضر.
, , , . – , . , . , . . . , . , , . , . . , . , . , , . . , . 2 , , , . . «» . – , . . .
.
.
.
, 50 . -21, . – -50 , . 470 .
. , 250. . , .
, , . «»:
«»
. .
.
.
«» . . – -5 . . . -270\12. , .
, 2 – , . . , , . . . , .
.