Nochmals viele Grüße an alle. In den Kommentaren zu meinem ersten Artikel über ein
selbstgemachtes Lasersystem erinnerten
sie sich erneut an einen Artikel aus der Zeitschrift Young Technician mit dem Titel „Building a Laser“. Es liefert eine schrittweise Beschreibung des Aufbaus eines gepulsten Lasers, der mit einer flüssigen Lösung eines organischen Farbstoffs arbeitet. Der Text des Artikels
ist nach 2 Minuten Googeln
verfügbar .
Trotzdem sind weder mir noch meinen Kollegen die Präzedenzfälle für den erfolgreichen Bau eines Farbstofflasers bekannt, die von diesem Artikel geleitet werden. Warum so? Was sind die versteckten Fallstricke in Farbstofflasern? Wie sind industrielle Farbstofflaser angeordnet? Lass es uns herausfinden.
Der Farbstofflaser ist sehr attraktiv für Heimwerker. Da es keine knappen und schwer zugänglichen Kristalle oder Gläser oder komplexe Glasbläsarbeiten wie bei der Herstellung von aktiven Elementen von Gaslasern benötigt. Es verbraucht sehr wenig Energie und erzeugt helles sichtbares Licht. Seine Strahlung hat eine sehr wertvolle Eigenschaft - er kann in das Spektrum zerlegt werden und die gewünschte Farbe des Strahls hervorheben.
Zunächst ist anzumerken, dass der Artikel aus UT Nr. 8 von 1971, der dann in Nr. 11 von 1992 neu herausgegeben wurde, nicht original ist. Dies ist eine Adaption eines Artikels, der in der Februar-Ausgabe 1970 in der Kolumne "The Amateur Scientist" der amerikanischen Zeitschrift "Scientific American" veröffentlicht wurde. Und alles wäre in Ordnung (vielleicht!), Wenn diese Anpassung nicht mit inakzeptablen Reduzierungen und nervigen Fehlern durchgeführt würde. Schauen wir uns zunächst das Volumen beider Artikel an. Der Originalartikel umfasste 6 Seiten, angepasst an UT - nur 3 Seiten. Die Bilder werden praktisch 1 zu 1 kopiert. Der amerikanische Originalartikel kann
von hier heruntergeladen
werden, nachdem er bösen Textern über Sci-Hub gestohlen wurde. Oder schon vom
Datei-Hosting .
Vergleichen Sie die Ähnlichkeit der Bilder im Original und in den angepassten Artikeln.
Original:
Schauen wir uns nun die Bilder von UT an:
Daraufhin enden die Ähnlichkeiten in den Bildern und die Unterschiede beginnen. Vergleichen Sie beispielsweise die im Original und in den angepassten Artikeln gezeigten Stromkreise.
Original:
Anpassung:
Wie Sie sehen können, ist die Schaltung hinsichtlich der Elementbasis und der Netzwerkspannung an unsere Realität angepasst. In dem ursprünglichen Schema wird jedoch vorgeschlagen, eine Vorionisierungsschaltung für die Lampe hinzuzufügen, die in der angepassten weggelassen wurde. Auch in der ursprünglichen Schaltung wird ein Hochspannungs-Leistungstransformator von einem Oszilloskop als Leistungstransformator vorgeschlagen. Und gemessen an der Ausgangsspannung meinte ich die Wicklung der CRT-Stromversorgung dieses Oszilloskops. Die Person, die den Artikel übersetzt hat, hat höchstwahrscheinlich alles richtig verstanden, aber in einer Anpassung an unsere Realität erinnerte sie sich wahrscheinlich an Fernseher (es ist einfacher, einen Fernseher in irgendeiner Weise zu zerlegen als ein Oszilloskop), bei denen die CRT von einer Hochspannungswicklung eines horizontalen Transformators gespeist wird. Daher nannte er den Leistungstransformator in der angepassten Schaltung „TVS“, ähnlich einem horizontalen Transformator. Wie Sie wissen, ist eine typische Brennelementanordnung auf einen Ferritkern gewickelt und kann nicht mit einer Frequenz von 50 Hz betrieben werden. Und das sind sehr ärgerliche Fehler, die die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Laserbetriebs auf Null reduzieren. Tatsache ist, dass für einen Farbstofflaser die Blitzdauer, die im Mikrosekundenbereich liegt, sehr kritisch ist. Die im Originalartikel vorgeschlagene Vorionisierungskette ermöglicht es, die Entwicklung der Entladung in der Lampe zu beschleunigen und die Dauer des Blitzes zu verkürzen. Es ist auch ratsam, eine möglichst dichte Struktur mit möglichst kurzen Leitern herzustellen. Darüber hinaus wird im Originalartikel geschrieben, dass der Speicherkondensator eine kleine Streuinduktivität aufweisen muss. Genauer gesagt: "Es sollte für kurzzeitige Entladungen ausgelegt sein." Und sie spezifizierten direkt, dass gewöhnliche Kondensatoren nicht funktionieren würden - der Laser würde mit ihnen nicht funktionieren. In einem angepassten Artikel beschlossen sie, eine so unbedeutende Sache nicht zu erwähnen. Vergleichen wir den Text des Originals und die Anpassung. Rot zeigt die Anforderung eines Kondensators mit niedriger Induktivität an.
In einem adaptierten Artikel über einen Kondensator mit niedriger Induktivität wurde geschwiegen. Und wenn sie still waren, bedeutet dies, dass Sie den ersten Elektrolyten nachlaufen können, deren Verwendung den Laser unmöglich macht.
Dies allein reicht aus, um den Versuch, das, was in dem Artikel von „UT“ beschrieben wurde, „blind“ zu wiederholen, zum völligen Zusammenbruch zu bringen, da die Notwendigkeit eines Kondensators mit niedriger Induktivität weder für einen ungeschulten „Repeater“ noch für einen gewöhnlichen Lehrer eines technischen Kreises völlig offensichtlich ist. Es sei denn natürlich, er ist versiert in Lasertechnologie. Ich schweige über die Brennelemente, es wäre richtiger, zumindest einen "Leistungstransformator von einem Oszilloskop" zu empfehlen.
Ich stelle auch fest, dass im Originalartikel eine Ergänzung zur Herstellung eines Geräts aus einem Beugungsgitter zum Einstellen der Laserwellenlänge enthalten ist, die im angepassten Artikel ebenfalls ignoriert wurde.
Was tun, wenn Sie noch selbst einen Farbstofflaser bauen wollten? Zuerst müssen Sie Fachliteratur lesen. Und noch besser - ausländische Primärquellen. Glücklicherweise gibt es bereits Alternativen zum UT-Artikel.
Die detaillierteste und gründlichste Beschreibung finden Sie auf der
Website des bekannten Heimwerkers Yun Sothory.
Das Material ist eine Zusammenstellung von Auszügen aus Fachartikeln und seiner umfangreichen persönlichen Erfahrung, daher können Sie es sicher verwenden.
Und jetzt schlage ich vor, einen Blick in die bereits in Serie hergestellten „echten“ Farbstofflaser zu werfen. Schauen wir uns zunächst den gepulsten LOS-4M-Laser an, der in einigen Quellen als "Regenbogen" bezeichnet wird.
Dies ist ein röhrengepumpter Laser mit einer deklarierten Ausgangsenergie von 1 J ohne Wellenlängenauswahl. Durch Hinzufügen eines selektiven Elements (Beugungsgitter) zum optischen Resonator wird die Ausgangsenergie reduziert, Sie können jedoch die Strahlungswellenlänge anpassen.
Die Möglichkeit, die Strahlungswellenlänge auszuwählen, ist die wertvollste Eigenschaft von Farbstofflasern und kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Sie können das Beugungsgitter oder Prisma hinter dem Ausgangsspiegel des Resonators einstellen und im Resonator installieren. Im zweiten Fall wird eine engere Emissionslinie erreicht. Zusätzlich zu dem Gitter oder Prisma, dessen Prinzip offensichtlich ist, verwenden sie auch Polarisationsfilter, die nachstehend beschrieben werden.
Wie Sie sehen können, ist die Vorrichtung des Emitters fast identisch mit dem klassischen Festkörperlaser, nur dass anstelle des Stabes des Laserkristalls oder Glases die Röhre ist, durch die die Farbstofflösung fließt. Draußen ist dieses Rohr von einem anderen umgeben, durch das eine Filterlösung fließt, die das kurzwellige UV-Licht der Pumplampen abschneidet und den Farbstoff schnell zerstört. Das Pumpen erfolgt mit zwei IFP-1200-Lampen. Der Resonator wird durch einen stumpfen Spiegel gebildet, der am Ende des Quantrons verborgen und in einem Abstand davon durchscheinend ist.
Zwischen dem Quantron und dem Ausgangsspiegel befindet sich ein Halter für das Beugungsgitter, dessen Position mit einer Mikrometerschraube eingestellt werden kann. Farbstoff- und Filterlösungen werden durch die Schläuche zugeführt. Der Kühler ist über Koaxialkabel mit geringen Störparametern an die Stromversorgung angeschlossen.
Schauen wir uns nun das Netzteil an.
Im Vordergrund fällt der IRT-2-Zündableiter auf. Tatsache ist, dass die Kondensatorbank auf eine Spannung aufgeladen wird, die offensichtlich die Selbstdurchschlagspannung der IFP-1200-Lampen überschreitet. Damit der Laser in einem kontrollierten Modus arbeitet und schießt, wenn wir ihn brauchen und nicht, wenn er will, haben wir ein Steuerelement in Form dieses Ableiters verwendet. Seine Vorteile sind, dass es in der Lage ist, viel Energie in einem Impuls umzuwandeln, kleine parasitäre Parameter aufweist, eine sehr lange Lebensdauer hat und im Gegensatz zu herkömmlichen Funkenfängern, bei denen die Funkenstrecke regelmäßig angepasst und die Kontakte gereinigt werden müssen, keine Wartung erfordert. Rechts in der Ecke befindet sich ein Hochspannungstransformator mit Gleichrichter und Vorschaltwiderständen zum Laden von Kondensatoren. Auf der großen Platte links vom Transformator befindet sich eine Hilfselektronik zur Steuerung des Zündentladers und des Ladevorgangs der Kondensatoren. Kondensatoren befinden sich darunter.
Für jede Pumplampe gibt es 6 Kondensatoren mit einer Kapazität von jeweils 2 μF und einer Spannung von 5 kV. Kondensatoren einer niedriginduktiven Reihe k75-30. Insgesamt werden 12 Mikrofarad von 5 kV für jede Lampe erhalten. Wie Sie sehen können, liegt die in einem seriellen Laser verwendete Kapazität ziemlich nahe an der in den Artikeln für unabhängige Wiederholung angegebenen.
Wo in der Stromversorgung freier Platz ist, wurden Behälter mit Farbstoff und Filter sowie Pumpen für deren Zirkulation aufgestellt. Ich habe das Netzteil ohne sie bekommen, daher muss ich eine externe Zirkulationseinheit verwenden. Es besteht aus einer Pumpe, die bei niedriger konstanter Spannung (27 V) arbeitet, und einem Quarztank, in den eine Spirale eingelötet ist. Wasser wird durch die Spirale geleitet, um den Farbstoff abzukühlen, da es bei steigender Temperatur ansteigt.
Da ich noch mit anderen Projekten beschäftigt bin, ist die Wiederherstellung des Betriebszustands dieses Lasers bisher nur geplant, und das Gerät selbst wurde bisher „in den Hintergrund gedrängt“. Es ist erwähnenswert, dass es Farbstofflaser gibt, die Laserpumpen verwenden - von einem anderen gepulsten Laser im sichtbaren oder ultravioletten Bereich. Sie sind derzeit am häufigsten. Zusätzlich gab es Prototypen von Lasern, bei denen anstelle einer Farbstofflösung ein mit der entsprechenden organischen Verbindung gefärbtes plastisches Aktivelement verwendet wurde. Sie verwenden das Pumpen mit einem gepulsten Laser, aber die Lebensdauer der AE ist ziemlich begrenzt, daher sind solche Laser nicht verbreitet.
Zum Pumpen von LRK wird ein Stickstofflaser mit einer Wellenlänge von 337 nm (UV) oder ein Excimer (Wellenlänge und Energie hängen vom ausgewählten Gasgemisch ab) oder gepulstes Neodym mit einer Frequenzverdopplung (532 nm) oder Verdreifachung (355 nm) oder sogar Vervierfachung verwendet (266 nm) Frequenz. In einigen Fällen wird der bereits beschriebene
Kupferdampflaser verwendet. In diesen Fällen ist der Farbstofflaser selbst ein „passives“ Gerät, das mit Ausnahme der Farbstoffumwälzpumpe keinen Strom benötigt. Wenn Sie jedoch eine große Energieerzeugung (bis zu Zehntausende Joule) benötigen, gibt es keine Alternative zum Vakuumpumpen.
Nach der Überprüfung des klassischen gepulsten Farbstofflasers kann man sich fragen, was zu tun ist, wenn man die für einen Farbstofflaser charakteristische Strahlung mit seiner inhärenten Fähigkeit zur Abstimmung der Wellenlänge, aber mit dem kontinuierlichen Modus benötigt. Und auch hier wurde ein Ausweg gefunden. Betrachten Sie es am Beispiel eines Lasers der amerikanischen Firma Coherent.
In diesem Laser befindet sich ein komplexes optisches System, das aus einer Optik zur "Abgabe" eines Pumpstrahls und einem optischen Resonator mit einem Polarisationswellenlängenselektor besteht.
Wenn der Pumplaserstrahl in einem dünnen und schnell fließenden laminaren Strahl einer Farbstofflösung fokussiert wird, kann das Lasern in einem kontinuierlichen Modus erreicht werden. Die Energiedichte der Pumpe wird sehr hoch benötigt, und damit der Farbstoff nicht überhitzt, benötigen Sie einen schnell fließenden Strahl. Die am häufigsten verwendete Pumpquelle ist ein leistungsstarker Argonlaser, dessen Strahl durch einen selektiven konkaven Spiegel in den Strahl fokussiert wird. Ein Argonlaser eignet sich am besten zum Pumpen von Farbstoffen aus der Rhodamingruppe, sein Anfangsstrahl ist sehr dünn und fokussiert leicht auf die dünnste Stelle. Der Strahl wird durch eine Düse aus einem abgeflachten rostfreien Rohr gebildet.
Dieses Foto passte nicht zum Polarisationswellenlängenwähler und zum dritten Ausgangsspiegel des Resonators.
Um eine laminare Strömung zu erhalten, wird eine Farbstofflösung in Ethylenglykol mit einer bestimmten Temperatur und Viskosität benötigt, und eine spezielle Pumpe wird zum Pumpen verwendet. Vom Pumpstrahl strahlt der Strahl mit spontaner Strahlung, und die Strahlung, die zwischen den abgestimmten Resonatorspiegeln auftritt, wird verstärkt und in einen Laserstrahl umgewandelt. Im Resonator ist ein Polarisationswellenlängenwähler installiert, der aus einem Stapel Quarzplatten besteht. Es funktioniert so. Der Laserstrahl im Resonator ist polarisiert, und der Filter ist in einem bestimmten Winkel installiert, wobei ein bestimmter Polarisationswinkel überschritten wird. Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängen hat einen unterschiedlichen Polarisationswinkel und damit ungleichmäßige Verluste im Filter. Somit erhält die Wellenlänge, bei der der Polarisationswinkel idealerweise durch das Filter gleitet, die größte Verstärkung, und der Rest wird unterdrückt. Der Winkel der Filterposition ändert sich - die Wellenlänge der Strahlung ändert sich.
Die größte Effizienz wird bei Verwendung einer Lösung von Rhodamin-6G erzielt. Die Ausgangsstrahlungsleistung erreicht 4 Watt bei 12 Watt Pumpleistung. Leider wird dieser Laser in meinem Regal stehen, da ich weder ein Vollzeit-Lösungspumpsystem noch einen leistungsstarken Argonlaser habe, obwohl ich schon lange danach gesucht habe.
Dann visualisierte ich den Weg des Pumpstrahls mit einem kleinen Argonlaser, die Lösung wurde der Düse nicht zugeführt.
Hier finden Sie eine kleine Übersicht über die gängigsten Farbstofflaser und die wichtigen Punkte, an die Sie denken müssen, wenn Sie versuchen, einen solchen Laser selbst zu bauen. Wiederholen Sie nicht die im Artikel aus dem Kindermagazin beschriebenen Fehler.