Dans l'un des articles consacrés à mon laser à vapeur de cuivre, basé sur l'élément actif UL-102, la question a été posée dans les commentaires - que se passera-t-il ensuite? Il ne restait plus qu'à trouver un moyen de fabriquer un élément laser actif par lui-même. Et cette méthode a été trouvée. Cela sera discuté dans le post d'aujourd'hui.
Franchement, j'avais pensé à fabriquer un tel laser bien avant d'avoir des éléments actifs UL102, GL201 et j'ai réussi à construire une source d'alimentation. Je lis depuis longtemps sur les lasers à vapeur de métal et je connaissais depuis longtemps leurs propriétés - un gain énorme, la puissance et l'efficacité les plus élevées pour le rayonnement visible, mais pendant longtemps ils étaient hors de ma portée. Il ne restait plus qu'à chercher de plus en plus d'informations à leur sujet. Et ici, je tombe sur le site Web FAQ de Sam's Laser, un centre qui organise toutes sortes d'informations sur la façon d'utiliser les lasers disponibles dans le commerce de presque tous les types, ainsi que de nombreux manuels d'auto-assemblage pour certains d'entre eux, qui sont accompagnés de dessins et de descriptions d'exemples de conceptions assemblées. De là, j'ai appris qu'il n'est pas du tout nécessaire d'utiliser du cuivre métallique pour obtenir une génération à ses atomes. Ses sels, tels que le chlorure, le bromure ou l'iodure monovalents, conviennent également parfaitement. Et la température de fusion des sels est deux fois inférieure à la température de fusion du cuivre métallique. De plus, dans des conditions de vide, même à la température de fusion, les sels s'évaporent de manière suffisamment intense pour exciter l'atome de cuivre dans une décharge gazeuse pulsée. Le principe d'excitation du milieu actif reste le même que pour les vapeurs de cuivre métallique, mais avec une différence - au départ, il n'y a pas d'atomes de cuivre métallique dans la décharge. Pour les obtenir, puis pour les exciter, vous en avez besoin de deux à côté avec un petit intervalle d'impulsions électriques de courte durée avec un front raide - au premier, la molécule d'halogénure de cuivre se désintègre en atomes de cuivre et d'halogène, la deuxième impulsion immédiatement après la première excite les atomes de cuivre.
«Immédiatement après la première» signifie un intervalle de temps très spécifique de l'ordre de 50 à 100 microsecondes. Si cet intervalle est plus long, alors les atomes auront le temps de «se fondre» dans les molécules et il n'y aura pas de rayonnement laser. La fréquence de répétition de ces paquets de deux impulsions peut être arbitraire. À la même FAQ sur le laser de Sam, le dessin suivant d'un laser à vapeur de chlorure de cuivre a été proposé.
Ici, il est proposé de chauffer le tube laser à une température de fonctionnement avec une source de chaleur tierce (spirale) et d'alimenter la décharge électrique à partir de la source haute tension la plus simple, composée d'un transformateur pour la publicité au néon et de deux redresseurs séparés, en chargeant deux condensateurs séparés - le premier pour une impulsion de "dissociation", le second pour " générationnelle. " Et la commutation des condensateurs vers le tube a été proposée par un éclateur rotatif, comme dans les bobines Tesla. L'emplacement des contacts et la vitesse de rotation ont déterminé la valeur de l'intervalle de temps entre les impulsions et le taux de répétition des impulsions. L'hélium est proposé comme gaz tampon, et une plaque de verre plate aluminisée comme miroir aveugle et un verre plan-parallèle sans aucun revêtement en sortie sont proposés comme résonateur optique. Au cours de la lecture, une référence a été trouvée à la source - le livre de G.G. Petrash "Lasers à base de vapeurs de métaux et de leurs halogénures." En général, la conception décrite est simple et est conçue pour utiliser des composants relativement facilement disponibles. Mais elle ne me convenait pas personnellement. Tout d'abord, la présence d'un éclateur bruyant et d'un assemblage purement mécanique du tube à partir de pièces individuelles. J'ai alors décidé d'étudier la source.
Ce livre est facilement disponible sur demande auprès de Google en russe, sur le site de collecte de l'Institut physique de Lebedev. Il existe également une traduction en anglais de ce livre, qui est déjà sous la surveillance attentive de mauvais rédacteurs qui extorquent de l'argent. Mais nous n'en avons pas besoin depuis 100 ans :)
Dans le livre source, le principe de fonctionnement du laser est décrit de la même manière, mais plus en détail, des comparaisons détaillées du fonctionnement avec différents gaz tampons sont données, des exemples de tubes laser sont donnés et une remarque très importante est donnée - si le taux de répétition des impulsions dépasse 8-10 kHz, les paquets ne sont pas nécessaires double impulsions, ce mode de fonctionnement est appelé mode «impulsions régulières», lorsque le rayonnement est généré à chaque impulsion d'excitation, car l'intervalle de temps est certainement plus court que le temps de recombinaison des atomes en molécules. Un effet secondaire de ceci est l'auto-échauffement du tube (une source de chaleur externe n'est pas nécessaire). Le néon a été reconnu comme le meilleur gaz tampon, mais l'opérabilité d'un laser à l'hélium et même à l'argon a été indiquée. Pour un homme «ordinaire» fait maison, la source décrite dans cet article nécessite des coûts inacceptables pour un thyratron à hydrogène à action rapide, des condensateurs à faible inductance, un puissant transformateur haute tension, des néons et autres composants similaires. En outre, il a été proposé de réaliser toutes les options de tubes par soudage à partir de verre de quartz avec des électrodes soudées, qui étaient des segments de tubes flash de la série IFP. Mais ce n'était pas un obstacle pour moi, car, contrairement à l'étranger proche / lointain, ces pièces sont bon marché et abordables, si vous regardez. Les voici, les différences entre les économies planifiées et les économies de marché ...
Puis c'était déjà une année lointaine 2015, et j'ai commandé un souffleur de verre pour fabriquer un tube laser d'une telle conception schématique.
Le tube laser se compose d'un boîtier 1 avec des électrodes de lampes flash 2. Au milieu du boîtier, des processus 3 sont conçus pour la substance active du laser - chlorure ou bromure de cuivre. Les processus sont nécessaires pour que la substance de travail ne chevauche pas la lumière du tube. Les fenêtres 5 sont soudées aux extrémités du tube laser pour une sortie de rayonnement. Pour lier l'halogène libre, qui se forme pendant la décharge, la cavité des électrodes est obstruée par des copeaux de cuivre.
En parallèle, j'ai discuté de l'idée de construire ce laser avec l'auteur du site laserkids.sourceforge.net Yun Sothory. Par la suite, il s'est également intéressé à ce projet et a décidé de le mettre en œuvre à sa manière, en utilisant l'approche la plus primitive, similaire à celle décrite dans la FAQ Laser de Sam. Son travail se trouve
ici .
Pendant ce temps, le tube laser pour mon laser au chlorure de cuivre était prêt, dont la conception suit celle illustrée dans la figure du livre. Le diamètre intérieur du tube est de 12 mm, la longueur de décharge est de 40 cm, le tube contient 3 processus et électrodes de lampes IFP800. Au-dessus de chacun des processus et des électrodes, il y a des rampes pour le remplissage de la substance de travail, ainsi que pour le pompage et l'arrivée de gaz.
En seulement quelques semaines, comment ce tube a été fabriqué, un élément actif sur la vapeur de cuivre UL-102 tombe entre mes mains. Et puis cette pipe a été remise dans une très longue boîte. Au cours du travail avec UL102, une source d'alimentation pour les lasers à vapeur de cuivre que vous connaissiez déjà est apparue.
Après avoir obtenu une source d'alimentation fonctionnant précisément avec des paramètres évidemment appropriés, il a été décidé de revenir à un tube laser de fortune. Après remplissage avec une substance de travail et du néon à une pression de 10 mm RT. Art. Le combiné a commencé à ressembler à ceci. Du chlorure de cuivre monovalent a été utilisé; les impuretés lui donnent une couleur jaunâtre. Au cas où, j'aurais enroulé du fil nichrome sur les pousses pour le chauffer, au cas où j'en aurais besoin.
J'ai rempli les cavités des nœuds d'électrode avec des copeaux de cuivre.
Scion avec gros plan de chlorure de cuivre.
Dès le début des expériences, il s'est avéré qu'un fil nichrome n'était pas nécessaire. Non seulement le chauffage n'était pas nécessaire, mais il y avait également une très forte fuite capacitive. La fermeture de ce tube était également une décision irréfléchie - à un moment donné, beaucoup de chlore s'est formé, à tel point que la décharge était à peine enflammée et instable. Du chlore a été libéré dans l'espace interne, tandis que sur les murs, du cuivre s'est déposé sur les murs, tous deux atomisés à partir des électrodes et qui se sont formés lors de la décomposition du chlorure. Et puis à un moment donné, le tube s'est fissuré suite à un coup accidentel. Elle a dû la refaire, à la suite de quoi elle a perdu l'un des processus et a diminué de longueur.
En conséquence, ce tube a commencé à être testé en mode débit.
D'un puits, il a été pompé par une pompe 3N1; du second, le néon a coulé à travers une aiguille à insuline. La pression a été réglée de l'ordre de 10 à 15 mm RT. Art. En mode débit, les choses se sont immédiatement améliorées - l'afflux de gaz frais a immédiatement remplacé à la fois les impuretés émises par le chlorure de cuivre et ses produits de désintégration. La décharge est restée stable. J'ai gardé le taux de répétition des impulsions à 15 kHz et la puissance moyenne incluse dans la décharge au niveau de 1-1,2 kW. Pour réduire la puissance requise et égaliser le champ de température, la zone de travail du tube a été isolée avec de la laine de céramique.
Combiné pendant l'échauffement.
Au fur et à mesure qu'il se réchauffe, la couleur de la décharge passe de l'orange fluo à toute une gamme de couleurs, dans laquelle vous pouvez voir la lueur du néon et les couleurs bleues et verdâtres.
Peu de temps après, la génération de superluminosité a commencé. J'ai oublié de mentionner que dans ces expériences je n'ai utilisé aucun résonateur optique.
Avec un chauffage supplémentaire, la puissance a augmenté et le faisceau laser lui-même est devenu visible. Au début, le faisceau est sorti des deux extrémités du tube, mais la fenêtre sur le côté du bouchon d'évacuation des gaz a commencé à devenir rapidement poussiéreuse avec du chlorure de cuivre condensé et d'autres saletés, ce qui a conduit à l'opacité complète de la fenêtre. La fenêtre côté entrée de gaz est restée propre.
Pour plus de commodité, la photographie reflète le faisceau avec le miroir sur le côté.
Après l'arrêt de la décharge, le tube de quartz, ainsi que l'isolation thermique, étaient clairement chauffés au rouge. Cela indique que la température optimale était d'au moins 700 degrés.
Il était difficile d'évaluer la puissance de sortie, car elle n'était pas constante, mais dépendait du choix du mode électrique. Avec une surchauffe, la puissance a d'abord diminué, puis la génération a complètement disparu. Mais au maximum, je noterais la puissance pas moins de 100-200 mW selon mes sentiments subjectifs, malgré le fait qu'il n'y ait pas de résonateur optique. Malheureusement, il n'y a pas d'appareil pour mesurer la puissance. À titre de comparaison, la puissance de rayonnement obtenue par Yun'th Sothory est de 2 ordres de grandeur moins - 2 mW, malgré l'énergie d'impulsion assez décente. Et la chose est la fréquence de répétition. Cependant, il y a encore place à amélioration dans ma conception - vous devez passer à de grands volumes de milieu actif et à un résonateur optique, puis quelques watts ne sont pas la limite. Mais en quelque sorte plus tard.
Sources utilisées:
- G. G. Petrash. Lasers à base de vapeurs de métaux et de leurs halogénures. Actes de l'Institut physique de Lebedev, vol. 181, 1987
- www.repairfaq.org/sam/laserccb.htm#ccbtoc