Salutations à tous. Dans les commentaires sur mon premier article sur un
système laser autodidacte, ils ont de nouveau rappelé un article du magazine Young Technician, qui s'appelait «Construire un laser». Il fournit une description progressive de l'assemblage d'un laser pulsé fonctionnant sur une solution liquide d'un colorant organique. Le texte de l'article
est disponible après 2 minutes de recherche sur Google.
Malgré cela, ni moi ni mes collègues ne connaissons les précédents pour la réussite de la construction d'un laser à colorant, guidés par cet article. Pourquoi Quels sont les pièges cachés des lasers à colorant? Comment sont disposés les lasers à colorant industriels? Voyons cela.
Le laser à colorant est très attrayant pour le bricolage. Puisqu'il ne nécessite pas de cristaux ou de verres rares et difficilement accessibles, ni de travaux de soufflage de verre complexes quant à la fabrication d'éléments actifs de lasers à gaz. Il consomme très peu d'énergie et produit une lumière visible vive. Son rayonnement a une propriété très précieuse - il peut être décomposé dans le spectre et mettre en évidence la couleur souhaitée du faisceau.
Pour commencer, il convient de noter que l'article de l'UT n ° 8 de 1971, qui a ensuite été réédité le n ° 11 de 1992, n'est pas original. Il s'agit d'une adaptation d'un article publié dans la chronique «The amateur scientist» de la revue américaine «Scientific American» dans le numéro de février 1970. Et tout irait bien (peut-être!) Si cette adaptation n'était pas réalisée avec des réductions inacceptables et des erreurs gênantes. Voyons d'abord le volume des deux articles. L'article original occupait 6 pages, adapté à l'UT - seulement 3 pages. Les photos sont copiées pratiquement 1 en 1. L'article américain original peut être téléchargé
ici, après l'avoir volé à des rédacteurs maléfiques via sci-hub. Ou déjà depuis l'
hébergement de fichiers .
Comparez la similitude des images dans les articles originaux et adaptés.
Original:
Voyons maintenant les images de UT:
Sur ce point, les similitudes dans les images se terminent et les différences commencent. Par exemple, comparez les circuits électriques présentés dans les articles originaux et adaptés.
Original:
Adaptation:
Comme vous pouvez le constater, le circuit est adapté à nos réalités en termes de base élémentaire et de tension réseau. Cependant, dans le schéma d'origine, il est proposé d'ajouter un circuit de préionisation pour la lampe, qui a été omis dans celui adapté. Toujours dans le circuit d'origine, un transformateur de puissance haute tension d'un oscilloscope est proposé comme transformateur de puissance. Et à en juger par la tension de sortie, je voulais dire l'enroulement de l'alimentation CRT de cet oscilloscope même. La personne qui a traduit l'article a probablement tout compris correctement, mais dans un ajustement d'adaptation à nos réalités, il s'est probablement souvenu des téléviseurs (il est plus facile de démonter un téléviseur de quelque manière qu'un oscilloscope), où le CRT est alimenté par un enroulement haute tension d'un transformateur horizontal. Par conséquent, il a appelé le transformateur de puissance dans le circuit adapté "TVS", semblable à un transformateur horizontal. Comme vous le savez, un assemblage combustible typique est enroulé sur un noyau en ferrite et ne peut pas fonctionner à une fréquence de 50 Hz. Et ce sont des erreurs très ennuyeuses, qui réduisent à zéro la probabilité de réussite du fonctionnement du laser. Le fait est que pour un laser à colorant, la durée du flash, qui est de l'ordre de la microseconde, est très critique. La chaîne de préionisation proposée dans l'article d'origine permet d'accélérer le développement de la décharge dans la lampe et de raccourcir la durée du flash. Et il est également conseillé de réaliser une structure aussi étanche que possible, avec des conducteurs aussi courts que possible. De plus, dans l'article original, il est écrit que le condensateur de stockage doit avoir une petite inductance parasite. Plus précisément, "il doit être conçu pour des décharges de courte durée". Et ils ont directement spécifié que les condensateurs ordinaires ne fonctionneraient pas - le laser ne fonctionnerait pas avec eux. Dans un article adapté, ils ont décidé de ne pas mentionner une chose aussi insignifiante. Comparons le texte de l'original et de l'adaptation. Le rouge indique la nécessité d'un condensateur à faible inductance.
Dans un article adapté sur un condensateur à faible inductance étaient silencieux. Et s'ils étaient silencieux, cela signifie que vous pouvez courir après les premiers électrolytes rencontrés, dont l'utilisation rendra le laser impossible.
Cela suffit à lui seul pour tenter de répéter «aveuglément» ce qui a été décrit dans l'article de «UT» s'est terminé par un effondrement complet, car le besoin d'un condensateur à faible inductance est complètement évident pour un «répéteur» non formé ou même un enseignant ordinaire d'un cercle technique. À moins bien sûr qu'il ne soit averti en technologie laser. Je ne parle pas des assemblages combustibles, il serait plus correct de recommander au moins un "transformateur de puissance à partir d'un oscilloscope".
Je note également que dans l'article original, il y a un ajout sur la façon de fabriquer un appareil à partir d'un réseau de diffraction pour régler la longueur d'onde laser, ce qui a également été ignoré dans l'article adapté.
Que faire si vous vouliez toujours fabriquer vous-même un laser à colorant? Vous devez d'abord lire la littérature spécialisée. Et encore mieux - les sources primaires étrangères. Heureusement, il existe déjà des alternatives à l'article UT.
La description la plus détaillée et la plus complète se trouve sur le
site du célèbre bricoleur Yun Sothory.
Le matériel est une compilation d'extraits d'articles spécialisés et de sa vaste expérience personnelle, vous pouvez donc l'utiliser en toute sécurité.
Et maintenant, je propose de regarder à l'intérieur des lasers à colorant déjà «réels» produits en série. Tout d'abord, regardons à l'intérieur du laser pulsé LOS-4M, dans certaines sources appelées "Rainbow".
Il s'agit d'un laser à tube avec une énergie de sortie déclarée de 1 J sans sélection de longueur d'onde. L'ajout d'un élément sélectif (réseau de diffraction) au résonateur optique réduit l'énergie de sortie, mais vous permet d'ajuster la longueur d'onde du rayonnement.
La capacité de sélectionner la longueur d'onde de rayonnement est la propriété la plus précieuse des lasers à colorant et elle peut être mise en œuvre de différentes manières. Vous pouvez définir le réseau de diffraction ou le prisme derrière le miroir de sortie du résonateur, vous pouvez l'installer à l'intérieur du résonateur. Dans le second cas, une ligne d'émission plus étroite est obtenue. En plus du réseau ou prisme, dont le principe est évident, ils utilisent également des filtres polarisants, qui sont décrits ci-dessous.
Comme vous pouvez le voir, le dispositif de l'émetteur est presque identique au laser à semi-conducteurs classique, mais au lieu de la tige du cristal laser ou du verre se trouve le tube à travers lequel la solution de colorant s'écoule. À l'extérieur, ce tube est entouré d'un autre, à travers lequel circule une solution de filtre, conçu pour couper les UV à ondes courtes des lampes de la pompe, qui détruisent rapidement le colorant. Le pompage est effectué par deux lampes IFP-1200. Le résonateur est formé par un miroir terne caché à l'extrémité du quantron et translucide à distance de celui-ci.
Entre le quantron et le miroir de sortie, il y a un support pour le réseau de diffraction, dont la position peut être ajustée avec une vis micrométrique. Les solutions de colorant et de filtre sont fournies par les tuyaux. Le radiateur est connecté à l'alimentation par des câbles coaxiaux, qui ont de faibles paramètres parasites.
Voyons maintenant l'alimentation.
Au premier plan, le parafoudre ignitron IRT-2 frappe. Le fait est que la batterie de condensateurs est chargée à une tension qui dépasse évidemment la tension d'auto-claquage des lampes IFP-1200. Pour que le laser fonctionne en mode contrôlé et tire quand nous en avons besoin, et non quand il le souhaite, nous avons alors utilisé un élément de contrôle sous la forme de ce parafoudre. Ses avantages sont qu'il est capable de commuter beaucoup d'énergie en une seule impulsion, a de petits paramètres parasites, a une très longue durée de vie et ne nécessite aucun entretien, contrairement aux pare-étincelles traditionnels, qui nécessitent un réglage périodique de l'éclateur et un nettoyage des contacts. À droite dans le coin, un transformateur haute tension avec redresseur et résistances de ballast pour charger les condensateurs. Sur la grande plaque à gauche du transformateur, l'électronique auxiliaire est placée pour contrôler le déchargeur ignitron et le processus de charge des condensateurs. Les condensateurs sont situés en dessous.
Il y a 6 condensateurs pour chaque lampe de pompe, chacun avec une capacité de 2 μF et une tension de 5 kV. Condensateurs d'une série faiblement inductive k75-30. Au total, 12 microfarads de 5 kV pour chaque lampe sont obtenus. Comme vous pouvez le voir, la capacité utilisée dans un laser série est assez proche de celle indiquée dans les articles pour une répétition indépendante.
Là où il y a de l'espace libre dans l'alimentation électrique, des conteneurs avec colorant et filtre et des pompes pour leur circulation ont été placés. J'ai obtenu l'alimentation sans eux, donc je dois utiliser une unité de circulation externe. Il se compose d'une pompe fonctionnant à basse tension constante (27V) et d'un réservoir en quartz avec une spirale soudée. L'eau passe à travers la spirale pour refroidir le colorant, car elle augmente lorsque la température augmente.
Comme je suis toujours occupé par d'autres projets, la restauration de l'état de fonctionnement de ce laser n'est que dans les plans jusqu'à présent, et l'appareil lui-même a jusqu'à présent été «mis dans la poussière». Il convient de noter qu'il existe des lasers à colorant qui utilisent le pompage laser - à partir d'un autre laser pulsé dans la gamme visible ou ultraviolette. Ils sont actuellement les plus courants. En outre, il existait des prototypes de lasers dans lesquels un élément actif en plastique coloré avec le composé organique correspondant était utilisé à la place d'une solution de colorant. Ils utilisent le pompage par un laser pulsé, mais la durée de vie de l'AE est assez limitée, par conséquent, ces lasers ne se propagent pas.
Pour pomper LRK, on utilise un laser à azote d'une longueur d'onde de 337 nm (UV) ou un excimère (la longueur d'onde et l'énergie dépendent du mélange de gaz sélectionné), ou du néodyme pulsé avec un doublement de fréquence (532 nm) ou un triplement (355 nm) ou même un quadruplement (266 nm) fréquence. Dans certains cas, le
laser à vapeur de cuivre que j'ai déjà décrit est utilisé. Dans ces cas, le laser à colorant lui-même est un appareil «passif» qui ne nécessite pas d'alimentation, à l'exception de la pompe de circulation de colorant. Mais si vous avez besoin d'une énergie de génération importante (jusqu'à des dizaines de centaines de joules), il n'y a pas d'alternative au pompage sous vide.
Après avoir examiné le laser à colorant pulsé classique, on peut se demander quoi faire si on a besoin de la caractéristique de rayonnement d'un laser à colorant, avec sa capacité inhérente à régler la longueur d'onde, mais avec le mode continu? Et ici aussi, une issue a été trouvée. Considérez-le avec l'exemple d'un laser de la société américaine Coherent.
À l'intérieur de ce laser se trouve un système optique complexe composé d'optiques pour «délivrer» un faisceau de pompe et d'un résonateur optique avec un sélecteur de longueur d'onde de polarisation.
Si le faisceau laser de la pompe est focalisé à l'intérieur d'un jet laminaire mince et à écoulement rapide d'une solution de colorant, le laser peut être obtenu en mode continu. La densité d'énergie de la pompe est nécessaire très élevée, et pour que le colorant ne surchauffe pas, vous avez besoin d'un jet à écoulement rapide. La source de pompe la plus utilisée est un puissant laser à argon dont le faisceau est focalisé par un miroir concave sélectif dans le jet. Un laser à argon est le mieux adapté pour pomper les colorants du groupe rhodamine, son faisceau initial est très mince et se concentre facilement dans le point le plus fin. Le jet est formé par une buse à partir d'un tube inoxydable aplati.
Cette photo ne correspondait pas au sélecteur de longueur d'onde de polarisation et au troisième miroir de sortie du résonateur.
Pour obtenir un flux laminaire, une solution de colorant dans l'éthylène glycol d'une température et d'une viscosité données est nécessaire, et une pompe spéciale est utilisée pour le pompage. Du jet de pompe, le jet brille avec un rayonnement spontané, et le rayonnement qui apparaît entre les miroirs de résonateur accordés est amplifié et converti en un faisceau laser. À l'intérieur du résonateur, un sélecteur de longueur d'onde de polarisation est installé, composé d'un empilement de plaques de quartz. Cela fonctionne comme ça. Le faisceau laser dans le résonateur est polarisé et le filtre est installé à un certain angle, passant un certain angle de polarisation. Le rayonnement laser de différentes longueurs d'onde a un angle de polarisation différent et, par conséquent, des pertes inégales dans le filtre. Ainsi, la longueur d'onde à laquelle l'angle de polarisation glisse idéalement à travers le filtre reçoit le plus grand gain, et le reste est supprimé. L'angle de la position du filtre change - la longueur d'onde du rayonnement change.
La plus grande efficacité est obtenue lors de l'utilisation d'une solution de rhodamine-6G. La puissance de rayonnement de sortie atteint 4 watts à 12 watts de pompage. Malheureusement, ce laser sera sur mon étagère, car je n'ai pas de système de pompage de solution à temps plein, ni de laser à argon puissant, bien que je le recherche depuis longtemps.
Ensuite, j'ai visualisé le chemin du faisceau de pompe à l'aide d'un petit laser à argon, la solution n'a pas été fournie à la buse.
Voici donc un petit aperçu des lasers à colorant les plus courants et des points importants dont vous devez vous souvenir lorsque vous essayez de construire vous-même un tel laser. Ne répétez pas les erreurs décrites dans l'article du magazine pour enfants.