Probablemente, todos los que gustan de los productos caseros casi electrónicos se preguntaron si es posible fabricar un láser por su cuenta, en casa. Y seguro, muy a menudo me encontré con una respuesta bastante predecible de los ancianos de que es muy difícil o casi imposible, dicen, la radiación láser se puede obtener solo de cristales y cristales caros especiales, o de otros materiales desconocidos que solo se pueden obtener en Dark Marsh o en el oeste de ultramar. Este no es realmente el caso. La cantidad de sustancias en las que el proceso láser es posible se estima en miles, y algunas de ellas están literalmente bajo nuestros pies, y literalmente a nuestro alrededor, en todas partes. Entonces, por ejemplo, uno se sorprenderá al saber que es posible obtener generación láser en vapor de agua, en tintes extraídos de rotuladores y, finalmente, en el dióxido de carbono exhalado por muchos seres vivos, se obtuvo generación láser con una potencia de cientos de kilovatios. Pero, hay otro entorno de trabajo con láser, que es mucho más común que todos los demás combinados. Esto es nitrógeno, de los cuales el 78% está en el aire atmosférico.
Si realiza una consulta de "láser casero" en Google, el nitrógeno aparece primero, con muchos ejemplos de diseños:
Considere el principio de su operación y diseño con más detalle.
Un láser de nitrógeno es un representante típico de los láseres de gas molecular que opera en transiciones electrónicas en una molécula de nitrógeno. Su propiedad principal es la generación intensiva en el rango ultravioleta, con una longitud de onda fundamental de 337,1 nm. Las propiedades del nitrógeno como medio de trabajo hacen posible la generación solo en modo pulsado, ya que las transiciones son autolimitadas, es decir, la duración de la inversión de la población en tales transiciones está limitada por la acumulación de partículas en el nivel inferior; no es más larga que la vida útil de las partículas en el nivel de trabajo superior. La vida útil del nivel superior para el nitrógeno es de aproximadamente 40 nanosegundos, por lo que el pulso láser emitido también es muy corto, del orden de varias decenas de nanosegundos. Esto impone requisitos específicos sobre el pulso eléctrico de excitación: también debe ser corto con un frente empinado para poder transferir una gran cantidad de moléculas al estado excitado durante la vida útil del nivel superior.
Al mismo tiempo, el nitrógeno, como medio activo, tiene una ganancia muy alta, tan alta que no se necesitan espejos; puede funcionar muy bien en el modo de súper luminosidad, cuando la radiación se amplifica en un solo paso. Y, sin embargo, puede operar en un amplio rango de presión hasta la atmosférica. Y, como resultó, el oxígeno atmosférico no interfiere, aunque reduce la potencia de generación máxima alcanzable. Por lo tanto, surge una imagen bastante atractiva para el hombre de bricolaje: el entorno de trabajo es extremadamente accesible, no es necesario preocuparse por el vacío y los gases, no se necesitan materiales escasos. Incluso los espejos de cavidad óptica no son necesarios. Solo necesita jugar un poco con alto voltaje. Consideremos con más detalle el dispositivo de un láser de nitrógeno, que se propone para la fabricación propia.
Basado en los requisitos para el pulso de excitación, generalmente surge un circuito de bomba láser basado en el generador Blumlein, que consta de dos condensadores planos que pueden formarse a partir de varias capas de papel de aluminio o cobre y una película dieléctrica. El interruptor en este dispositivo es el espacio de chispa más simple de dos tornillos con cabezas redondeadas. Parecería, ¿dónde está el láser en sí? Y el proceso de generación de radiación láser ocurre casi imperceptiblemente, en el espacio entre dos líneas de metal, en el que se enciende una descarga de pulso. Las reglas se montan en los bordes opuestos de los condensadores planos C1 y C2. La descarga se quema a través del eje de las reglas, y la radiación láser sale a lo largo, respectivamente, de un láser de gas con descarga transversal. Para que la descarga no se encienda al momento de cargar los condensadores, se incluye un pequeño inductor en paralelo con el espacio del láser, lo que acorta el espacio en la corriente continua. Es necesario aplicar un alto voltaje (aproximadamente 10-15 kV) como se muestra en el diagrama, y el láser funcionará. Cualquier medio adecuado es adecuado como fuente de AT: una pistola paralizante, una fuente de alimentación de un ionizador de aire, una máquina de electróforos, una fuente de AT de un televisor o monitor CRT. Como funciona sin espejos, la radiación sale de ambos extremos de las reglas. Dado que emite en el ultravioleta, esto le permite familiarizarse con la luminiscencia de varios objetos y materiales. Y un láser de este tipo es bastante conveniente para bombear un láser de tinte: simplemente agregue
agua a la cubeta de tinte y colóquelo debajo del haz.
Por la misma razón, y también, dado que la energía del pulso es muy pequeña (decenas de microjulios), su radiación es relativamente segura para los ojos, ya que es absorbida por la córnea y no llega a la retina. Sin embargo, no se debe mirar directamente al haz: las quemaduras ultravioletas de la córnea son algo bastante desagradable.
Por lo tanto, este esquema hace que el "umbral de entrada" en el mundo de la tecnología láser sea muy bajo, tal láser fue construido por innumerables personas.
Hay diseños más terribles. El punto verde en la primera foto es la luminiscencia del "objetivo" para la radiación.
Hay otras más detalladas y ordenadas, como esta.
Sí, ¡tal láser se puede ensamblar en general en menos de 2 minutos! A menos que, por supuesto, todas las materias primas estén preparadas y el diseño esté elaborado, es decir, La mano ya está llena.
La disponibilidad y simplicidad del diseño de un láser de este tipo puede ahorrar mucho dinero en los laboratorios de las universidades occidentales, si no tiene requisitos especiales para los parámetros de salida.
Sin embargo, para garantizar el funcionamiento exitoso de dicho láser, hay varios matices que deben observarse. El más importante de ellos es que los bordes de los electrodos de línea deben ser lo más lisos posible y tener bordes redondeados para que la descarga no tenga la oportunidad de ensamblarse en una sola chispa que se enciende desde algún punto. La segunda es la elección correcta de película aislante para condensadores planos, de modo que se obtenga la máxima capacidad posible con la máxima resistencia eléctrica posible. La tercera es la elección correcta del espacio entre los electrodos, que debe mantenerse exactamente a lo largo de toda la longitud y no debe ser superior a 2-3 mm. Es entonces cuando se obtiene el frente de corriente más corto a través de una descarga láser. Las tolerancias para los dos últimos matices se pueden facilitar reduciendo la presión de gas de trabajo a 100-200 mm Hg. Art., Y si se suministra nitrógeno puro en lugar de aire, pero esto automáticamente significa la aparición de un sistema primitivo pero al vacío, y la conclusión de los electrodos en un volumen ligeramente sellado. En esta configuración, la distancia entre los electrodos se puede aumentar y los requisitos para la inclinación del frente de corriente se reducen un poco: los condensadores planos se pueden reemplazar por cerámicos compactos. Pero tal diseño también tiene derecho a existir.
Por ejemplo, láseres de purga de nitrógeno caseros de Jarrod Kinsey.
Aquí, debido a la abundancia de varios objetos en su mesa, el láser en sí es bastante difícil de considerar.
Láser de nitrógeno de descarga transversal de baja presión donde los condensadores planos se reemplazan por cerámicos. Diseño de Thomas Rapp.
Si alguien está interesado en una guía exhaustiva y detallada para construir un láser de este tipo con una descripción de todos los matices no obvios, entonces vale la pena volver a ver el
sitio de Yun'a Sothory .
Y existe una leyenda bastante popular de que el efecto del láser durante una descarga de chispa en espacios de aire extendidos podría detectarse mucho antes de que se descubrieran los principios del funcionamiento del láser como tales, en aquellos días en que apenas comenzaban a absorber electricidad. Pero esta es una hermosa falsificación, como esta imagen. Lo que no niega la veracidad de su contenido.
Un artículo que describe el "láser victoriano" está
aquí .
Ahora consideraremos cuáles son, en principio, los diseños de láseres de nitrógeno disponibles comercialmente. En Occidente, absolutamente todos los láseres de nitrógeno que he encontrado tienen una descarga transversal bombeada por el generador Blumlyayn. Todo es igual que el láser hecho a sí mismo descrito anteriormente, solo controles láser convenientes, se agregaron fuentes de energía más avanzadas allí, en lugar del espacio de chispa más simple: un tirotrón de hidrógeno pulsado o un espacio de chispa controlado de alta presión, en lugar de condensadores planos grandes hechos de película y papel de aluminio, hay muchos electrodos de cerámica pequeños, y entre los cuales hay una descarga ubicada en un volumen cerrado en el que puede ajustar la presión y generalmente cargar cualquier otro gas. Pero el principio permanece sin cambios. Tal esquema tiene las siguientes ventajas:
- Simplicidad Como se mencionó anteriormente, en muchos casos, incluso la construcción de un láser de nitrógeno de nitrógeno simple hecho en casa que funciona en el aire atmosférico es bastante aplicable, incluso con un trabajo científico bastante serio en el laboratorio.
- Una energía de pulso de salida bastante seria: decenas de milijulios en grandes instalaciones.
- Una duración de pulso muy corta, en algunos casos de cientos de picosegundos.
- La combinación de los dos factores anteriores hace posible alcanzar enormes poderes de impulso: decenas a cientos de megavatios.
Junto con esto, hay algunas desventajas:
- Asqueroso haz de calidad. La viga no es redonda sino de forma oblonga, con intensidad desigual sobre la sección transversal. En algunos casos, esto no es crítico cuando, por ejemplo, necesita bombear un láser de tinte.
- Frecuencia de repetición de pulso limitada, generalmente no más de unas pocas decenas de Hz.
- Inestabilidad de energía de pulso a pulso.
- Algunos diseños requieren mantenimiento periódico: cambio del gas de trabajo, mantenimiento de su presión, limpieza periódica y pulido de los electrodos.
Todas las ventajas y desventajas mencionadas se aplican completamente al láser de nitrógeno hecho a sí mismo.
Veamos cómo se ven los láseres de nitrógeno de los fabricantes occidentales y comparemos su diseño con el más simple hecho en casa.
El láser de nitrógeno Spectra-Physics de tamaño pequeño y su cámara láser de flejado. Este es un láser de descarga transversal de baja presión.
En lugar de condensadores planos, hay unos de cerámica, y en la parte superior hay un espacio de chispa controlado. La cámara láser se llena con nitrógeno y se sella.
Potente láser de nitrógeno que opera en una transición menor en la región azul del espectro. Puede ver muchos condensadores cerámicos pequeños y un inductor de bloqueo entre los electrodos. Para obtener el láser en longitudes de onda diferentes a 337.1 nm, se requiere una adición de helio al nitrógeno.
La primera cámara láser de descarga transversal, que se fabricó en 1973.
Sistema láser Molectron.
El interior de un láser de alta potencia con una descarga transversal que, al reemplazar la mezcla de gases y la óptica, puede funcionar como un láser de CO2 o como un láser excimer.
Apariencia de electrodos de un láser de descarga transversal producido industrialmente.
Cámara láser para duraciones de pulso de picosegundos.
Ahora, después de todo lo anterior, surgirá una pregunta razonable para mí si he intentado repetir esta construcción. De hecho, no, no lo he probado. Había razones objetivas para esto. En resumen, me gusta un tipo de láser de nitrógeno completamente diferente: ¡un láser no transversal, sino una descarga longitudinal! Pero más sobre eso en la
siguiente parte .
Fuentes utilizadas:
1.
www.jarrodkinsey.org2.
www.rapp-instruments.de3.www.spakbangbuzz.com4.
www.jonsinger.org5.
www.swissrocketman.fr6.
www.mylaser.ucoz.ru7.
www.laserkids.sourceforge.net8.
www.technology.niagarac.on.caEspero no haber olvidado a nadie.