In einem Artikel über meinen Kupferdampflaser, der auf dem aktiven Element UL-102 basiert, wurde in den Kommentaren die Frage gestellt: Was wird als nächstes passieren? Es blieb nur noch ein Weg, ein aktives Laserelement selbst herzustellen. Und diese Methode wurde gefunden. Dies wird im heutigen Beitrag besprochen.
Ehrlich gesagt hatte ich lange bevor ich aktive Elemente UL102, GL201 hatte und es schaffte, eine Stromquelle zu bauen, über die Herstellung eines solchen Lasers nachgedacht. Ich habe lange über Metalldampflaser gelesen und wusste lange über ihre Eigenschaften Bescheid - ein enormer Gewinn, die höchste Leistung und Effizienz für sichtbare Strahlung, aber lange Zeit waren sie außerhalb meiner Reichweite. Alles was blieb war, nach immer mehr Informationen über sie zu suchen. Und hier stoße ich auf die Sam's Laser FAQ-Website, ein Zentrum, das alle Arten von Informationen zur Verwendung von handelsüblichen Lasern fast aller Art sowie viele Selbstmontagehandbücher für einige von ihnen enthält, denen Zeichnungen und Beschreibungen von Beispielen für zusammengebaute Konstruktionen beigefügt sind. Von dort erfuhr ich, dass es überhaupt nicht notwendig ist, metallisches Kupfer zu verwenden, um eine Erzeugung an seinen Atomen zu erhalten. Geeignet sind auch seine Salze wie einwertiges Chlorid, Bromid oder Iodid. Und die Schmelztemperatur von Salzen ist doppelt so niedrig wie die Schmelztemperatur von metallischem Kupfer. Darüber hinaus verdampfen die Salze unter Vakuumbedingungen selbst bei der Schmelztemperatur ausreichend intensiv, um das Kupferatom in einer gepulsten Gasentladung anzuregen. Das Prinzip der Anregung des aktiven Mediums bleibt das gleiche wie bei Dämpfen von metallischem Kupfer, jedoch mit einem Unterschied: Zunächst befinden sich keine metallischen Kupferatome in der Entladung. Um sie zu erhalten und dann anzuregen, benötigen Sie zwei elektrische Impulse mit einem kleinen Intervall von kurzer Dauer und steiler Front - beim ersten zerfällt das Kupferhalogenidmolekül in Kupfer- und Halogenatome, der zweite Impuls unmittelbar nach dem ersten regt Kupferatome an.
"Unmittelbar nach dem ersten" bedeutet ein ganz bestimmtes Zeitintervall in der Größenordnung von 50 bis 100 Mikrosekunden. Wenn dieses Intervall länger ist, haben die Atome Zeit, in die Moleküle zurückzukehren, und es gibt keine Laserstrahlung. Die Wiederholungsfrequenz dieser Pakete von zwei Impulsen kann beliebig sein. In den gleichen Sam's Laser FAQ wurde die folgende Zeichnung eines Kupferchloriddampflasers vorgeschlagen.
Hier wird vorgeschlagen, die Laserröhre mit einer Wärmequelle (Spirale) eines Drittanbieters auf Betriebstemperatur zu erwärmen und die elektrische Entladung von der einfachsten Hochspannungsquelle zu liefern, die aus einem Transformator für Neonwerbung und zwei separaten Gleichrichtern besteht, wobei zwei separate Kondensatoren geladen werden - der erste für einen "dissoziierenden" Impuls, der zweite für " Generation. " Das Umschalten von Kondensatoren auf die Röhre wurde durch eine rotierende Funkenstrecke wie bei Tesla-Spulen vorgeschlagen. Die Position der Kontakte und die Drehzahl bestimmten den Wert des Zeitintervalls zwischen den Impulsen und die Impulswiederholungsrate. Helium wird als Puffergas vorgeschlagen, und eine aluminisierte flache Glasplatte als Blindspiegel und planparalleles Glas ohne Beschichtungen als Ausgang werden als optischer Resonator vorgeschlagen. Im Verlauf der weiteren Lektüre wurde ein Verweis auf die Quelle gefunden - das Buch von G. G. Petrash "Laser auf Basis von Metalldämpfen und deren Halogeniden." Im Allgemeinen ist das beschriebene Design einfach und so ausgelegt, dass relativ leicht verfügbare Komponenten verwendet werden. Aber sie persönlich passte nicht zu mir. Zuallererst das Vorhandensein einer lauten Funkenstrecke und eine rein mechanische Montage des Rohres aus einzelnen Teilen. Dann beschloss ich, die Quelle zu studieren.
Dieses Buch ist auf Anfrage bei Google in russischer Sprache auf der Sammelstelle des Lebedev Physical Institute erhältlich. Es gibt auch eine englische Übersetzung dieses Buches, das bereits unter der sorgfältigen Aufsicht böser Texter steht, die Geld erpressen. Aber wir brauchen es seit 100 Jahren nicht mehr :)
Im Quellenbuch wird das Prinzip des Laserbetriebs ähnlich beschrieben, aber detaillierter werden detaillierte Vergleiche des Betriebs mit verschiedenen Puffergasen angegeben, Beispiele für Laserröhren angegeben und eine sehr wichtige Bemerkung gemacht - wenn die Pulswiederholungsrate 8-10 kHz überschreitet, werden keine Pakete benötigt Doppelimpulse, dieser Betriebsmodus wird als "regulärer Impuls" -Modus bezeichnet, wenn bei jedem Anregungsimpuls Strahlung erzeugt wird, da das Zeitintervall sicherlich kürzer ist als die Zeit der Rekombination von Atomen zu Molekülen. Ein Nebeneffekt davon ist die Eigenerwärmung des Rohres (eine externe Wärmequelle wird nicht benötigt). Neon wurde als das beste Puffergas erkannt, aber die Funktionsfähigkeit eines Lasers mit Helium und sogar Argon wurde angezeigt. Für einen "normalen" hausgemachten Mann erfordert die in diesem Artikel beschriebene Quelle unannehmbare Kosten für ein schnell wirkendes Wasserstoffthyratron, Kondensatoren mit niedriger Induktivität, einen leistungsstarken Hochspannungstransformator, Neon und dergleichen. Außerdem wurde dort vorgeschlagen, alle Rohrvarianten durch Schweißen aus Quarzglas mit gelöteten Elektroden durchzuführen, die Segmente von Blitzröhren der IFP-Serie waren. Dies war jedoch kein Hindernis für mich, da solche Teile im Gegensatz zum nahen / fernen Ausland billig und erschwinglich sind, wenn man so aussieht. Hier sind die Unterschiede zwischen Plan- und Marktwirtschaft ...
Dann war es schon ein fernes Jahr 2015, und ich bestellte einen Glasbläser, um eine Laserröhre mit einem solchen schematischen Design herzustellen.
Die Laserröhre besteht aus einem Gehäuse 1 mit Elektroden von Blitzlampen 2. In der Mitte des Gehäuses werden Verfahren 3 für die Arbeitssubstanz des Laserchlorids oder Kupferbromids durchgeführt. Die Prozesse sind erforderlich, damit die Arbeitssubstanz das Lumen des Rohrs nicht überlappt. Fenster 5 sind für die Strahlungsleistung an die Enden der Laserröhre geschweißt. Um freies Halogen zu binden, das während der Entladung gebildet wird, werden die Hohlräume der Elektroden mit Kupferspänen verstopft.
Parallel dazu diskutierte ich mit dem Autor der Website laserkids.sourceforge.net Yun Sothory die Idee, diesen Laser zu bauen. In der Folge interessierte er sich auch für dieses Projekt und beschloss, es auf seine eigene Weise umzusetzen, wobei er den primitivsten Ansatz verwendete, der dem in den Sam's Laser FAQ beschriebenen ähnelt. Seine Arbeit finden Sie
hier .
In der Zwischenzeit war die Laserröhre für meinen Kupferchloridlaser fertig, deren Design dem in der Abbildung aus dem Buch gezeigten folgt. Der Innendurchmesser der Röhre beträgt 12 mm, die Entladungslänge beträgt 40 cm, die Röhre enthält 3 Prozesse und Elektroden von IFP800-Lampen. Über jedem der Prozesse und Elektroden befinden sich Rampen zum Befüllen der Arbeitssubstanz sowie zum Pumpen und Einströmen von Gas.
In nur wenigen Wochen, wie diese Röhre hergestellt wurde, fällt mir ein aktives Element aus dem Dampf von UL-102-Kupfer in die Hände. Und dann wurde diese Pfeife wieder in eine sehr lange Schachtel gelegt. Während der Arbeit mit UL102 ist eine Ihnen bereits bekannte Stromquelle für Kupferdampflaser erschienen.
Nachdem ich eine genau funktionierende Stromquelle mit offensichtlich geeigneten Parametern erhalten hatte, wurde beschlossen, zu einer provisorischen Laserröhre zurückzukehren. Nach dem Befüllen mit einer Arbeitssubstanz und Neon auf einen Druck von 10 mm RT. Art. Das Mobilteil sah so aus. Einwertiges Kupferchlorid wurde verwendet, Verunreinigungen geben ihm eine gelbliche Farbe. Nur für den Fall, dass ich Nichromdraht zum Erhitzen auf die Triebe gewickelt habe, falls ich ihn brauche.
Ich füllte die Hohlräume in den Elektrodenknoten mit Kupferspänen.
Spross mit Kupferchlorid-Nahaufnahme.
Von Beginn der Experimente an stellte sich heraus, dass kein Nichromdraht benötigt wird. Es war nicht nur keine Heizung erforderlich, sondern es gab auch ein sehr starkes kapazitives Leck. Es war auch eine vorschnelle Entscheidung, dieses Rohr abzudichten - in einem Moment bildete sich viel Chlor, so dass sich die Entladung kaum entzündete und instabil war. Chlor wurde in den Innenraum freigesetzt, während an den Wänden Kupfer an den Wänden abgelagert wurde, das sowohl von den Elektroden zerstäubt als auch während der Zersetzung von Chlorid gebildet wurde. Und dann brach irgendwann die Röhre durch einen versehentlichen Schlag. Sie musste es wiederholen, wodurch sie einen der Prozesse verlor und an Länge verlor.
Infolgedessen wurde dieses Rohr im Durchflussmodus getestet.
Von einer Welle wurde es mit einer 3 × 1 × -Pumpe abgepumpt, von der zweiten floss Neon durch eine Insulinnadel. Der Druck wurde in der Größenordnung von 10-15 mm RT eingestellt. Art. Im Fließmodus lief es sofort besser - der Zufluss von Frischgas ersetzte sofort sowohl die vom Kupferchlorid als auch dessen Zerfallsprodukten emittierten Verunreinigungen. Die Entladung blieb stabil. Ich habe die Pulswiederholrate bei 15 kHz und die in der Entladung enthaltene durchschnittliche Leistung bei 1-1,2 kW gehalten. Um die erforderliche Leistung zu reduzieren und das Temperaturfeld auszugleichen, wurde der Arbeitsbereich des Rohrs mit Keramikwolle isoliert.
Mobilteil während des Aufwärmens.
Während des Aufwärmens ändert sich die Farbe der Entladung von Neonorange zu einer ganzen Reihe von Farben, in denen Sie das Leuchten von Neon sowie blaue und grünliche Farben sehen können.
Kurz darauf begann die Erzeugung von Superluminosität. Ich habe vergessen zu erwähnen, dass ich in diesen Experimenten keinen optischen Resonator verwendet habe.
Bei weiterer Erwärmung nahm die Leistung zu und der Laserstrahl selbst wurde sichtbar. Zuerst trat der Strahl aus beiden Enden des Rohrs aus, aber das Fenster an der Seite des Gasentleerungsstopfens begann schnell mit kondensiertem Kupferchlorid und anderem Schmutz zu staubig zu werden, was zur vollständigen Opazität des Fensters führte. Das Fenster auf der Gaseinlassseite blieb sauber.
Beim Fotografieren wurde der Strahl der Einfachheit halber mit dem Spiegel zur Seite reflektiert.
Nach dem Ausschalten der Entladung war das Quarzrohr zusammen mit der Wärmedämmung deutlich glühend heiß. Dies zeigt an, dass die optimale Temperatur mindestens 700 Grad betrug.
Es war schwierig, die Ausgangsleistung zu bewerten, da sie nicht konstant war, sondern von der Wahl des elektrischen Modus abhing. Mit Überhitzung nahm die Leistung zuerst ab und dann verschwand die Generation vollständig. Aber maximal würde ich die Leistung nicht weniger als 100-200 mW gemäß meinen subjektiven Gefühlen bewerten, obwohl es keinen optischen Resonator gibt. Leider gibt es kein Gerät zur Leistungsmessung. Zum Vergleich: Die von Yun'th Sothory erreichte Strahlungsleistung ist trotz der recht anständigen Impulsenergie um 2 Größenordnungen geringer - 2 mW. Und die Sache ist die Häufigkeit der Wiederholung. Es gibt jedoch noch Raum für Verbesserungen in meinem Design - Sie müssen zu großen Volumina des aktiven Mediums und eines optischen Resonators übergehen, dann sind ein paar Watt nicht die Grenze. Aber irgendwie später.
Verwendete Quellen:
- G. G. Petrash. Laser auf der Basis von Dämpfen von Metallen und ihren Halogeniden. Proceedings of the Lebedev Physical Institute, Bd. 181, 1987
- www.repairfaq.org/sam/laserccb.htm#ccbtoc