Laser Lightsaber buatan rumah: bagaimana itu. Bagian 2

Penafian: proyek ini dilakukan karena kecintaan saya yang besar pada seni mendapatkan radiasi laser, sebagian besar demi proses implementasinya, oleh karena itu saya meminta Anda untuk tidak mengajukan pertanyaan "mengapa ini perlu" dalam komentar. Informasi di bawah ini hanya untuk panduan, penulis tidak bertanggung jawab atas konsekuensi dari upaya untuk mengulangi yang dijelaskan

Ringkasan bagian pertama :

• Model sumber daya untuk laser uap tembaga UL-102 dibangun
• Dengan coba-coba, ditemukan kondisi di mana generasi radiasi dapat diperoleh
• Menerima daya radiasi yang signifikan, sekitar 1 W
• Versi terakhir dari emitor dirakit
• Kemudian serangkaian kegagalan aneh diikuti, menempatkan proyek dalam risiko penutupan.

Apa yang terjadi selanjutnya? Lihat di bawah luka.

Proyek ini ditangguhkan karena kebocoran elemen aktif UL-102. Elemen aktif dimasukkan ke dalam penyimpanan dalam kondisi kerja, setelah 2 bulan ditemukan bocor. Dilihat dari tekanan gas kondisi tunak di dalamnya, kebocorannya sangat lambat, karena masih mungkin untuk membakar ke aliran streamer dari bentuk karakteristik di dalamnya, tetapi di sepanjang saluran pembuangan itu tidak lagi dinyalakan. Upaya untuk menemukan kebocoran tidak berhasil. Dan semua ini terlepas dari kenyataan bahwa kerangka kerja untuk jenis elemen aktif ini telah dirakit, dan pemasangan tipe lain tidak mungkin dilakukan.

Ini adalah bagaimana debit di AE terlihat setelah mengalir.



Tidak ada pilihan selain mencari UL-102 baru. Saya harus memobilisasi semua koneksi saya di berbagai lembaga penelitian dan laboratorium laser di berbagai kota, tetapi ini masih memberikan hasil saya - elemen aktif baru diperoleh, juga yang baru, di kotak pabrik. Terlebih lagi, ia adalah tahun yang lebih baru untuk dirilis.

Membuka kemasan AE baru:



Selama mencari AE baru, saya berhasil mengenal spesialis yang baik dalam catu daya CVL, yang menunjukkan sejumlah kesalahan saya. AE baru segera dipasang di emitor jadi dan percobaan dilanjutkan. "Skema eksitasi langsung" dikembalikan lagi sebagai yang paling sederhana, tetapi dengan sedikit modifikasi pada rangkaian grid thyratron, yang memungkinkan peningkatan stabilitas operasinya ke tingkat generator Blumlyayn, tetapi masih belum cukup. Dan sekali lagi kegagalan epik - selama operasi berkepanjangan pada daya pengenal, belitan sekunder dari salah satu transformator daya IVN terbakar, yang disertai dengan pelepasan awan besar asap kaustik kuning. Sebagai solusi sementara, trafo ini diganti dengan trafo tegangan tinggi dari oven microwave Soviet (juga merupakan warisan dari pekerjaan saya).

"Solusi sementara untuk masalah transformator." Harga untuk ini adalah untuk mengurangi tegangan anoda yang dapat dicapai.



Transformator terbakar dibongkar untuk menjaga besinya untuk berliku baru. Dalam foto ini, alasan overheating terlihat jelas - isolasi termal yang baik dari belitan. Segera setelah pengambilan sampel saat ini (yang untuk transformer Soviet dapat dilampaui oleh 20-30%) sedikit terlampaui, belitan mudah menjadi terlalu panas. Saya belum pernah bertemu sebelumnya bahwa seluruh sisa jendela di setrika (hampir 1 cm di setiap sisi dan 5 mm di sisi) diisi dengan epoksi ...









Ada satu masalah dengan sumber daya yang tidak dapat diatasi pada saat itu, yaitu, stabilitas yang buruk dari thyratron dalam mode operasi. Generasi masih dapat diperoleh, tetapi mempertahankan operasi normal jangka panjang dari laser sudah sangat sulit. Tinjauan terhadap banyak artikel dalam jurnal ilmiah memungkinkan untuk berargumen bahwa alasannya adalah kelebihan tegangan balik pada anoda thyratron pada saat pengunciannya. Keunikan dari thyratron hidrogen berdenyut adalah bahwa tegangan balik maksimum, misalnya, 25 kV, untuk tgi700 \ 25 dan tgi1000 \ 25 dapat diterapkan hanya 25 mikrodetik setelah arus melalui thyratron berhenti, ketika semua plasma telah diselesaikan. Cukup logis untuk mengasumsikan bahwa aturan ini tidak dilanggar, karena respons frekuensi adalah 10 kHz, yang berarti bahwa “celah” antara pulsa adalah 100 μs. Tetapi saya tidak memperhitungkan satu faktor. Plasma dari arc arc di dalam thyratronnya lembam. Jika tidak semua, maka banyak yang mungkin ingat bahwa jika Anda melihat storyboard kepunahan busur yang dinyalakan di gardu transformator besar, Anda dapat melihat bahwa busur tidak menghilang secara instan, tetapi selama beberapa frame video perlahan-lahan pecah menjadi beberapa bagian, yang kemudian secara bertahap keluar. Hal yang sama terjadi pada thyratron hidrogen berdenyut - setelah arus berhenti (shutoff), pelepasan busur juga mendingin secara relatif lambat, membusuk menjadi serpihan, kemudian benar-benar menghilang. Hanya setelah akhir proses ini, tegangan balik 25 volt dapat diterapkan. Jika Anda melakukan ini lebih awal, maka kerusakan baru pada thyratron dengan arah yang berlawanan akan terjadi dan ini akan menyebabkan korsleting IVN dan pengoperasian perlindungan saat ini. Sebaliknya, tidak semuanya begitu suram. Pada saat resorpsi pelepasan (sebelum berakhirnya pasca-pulsa 25 μs yang disepakati), tegangan balik dapat diterapkan, dan thyratron tidak akan menerobos. Namun hanya 5 kilovolt. Akibatnya, ketika thyratron beroperasi dalam rangkaian pompa laser uap tembaga, tegangan ini terlampaui karena berbagai proses non-stasioner pada saat menutup thyratron. Selain itu, ia menjadi yang terbesar tepat ketika tembaga muncul dalam pelepasan laser, yang sangat banyak mengubah karakteristik AE sebagai beban untuk generator, yang mengarah pada ketidakcocokan.

Banyak metode telah dicoba untuk menghilangkan fenomena ini dengan mengoptimalkan pencocokan pada mode operasi yang berbeda, tetapi tidak ada hasil radikal yang diperoleh - kondisi yang memberikan operasi stabil dalam mode pembangkit radiasi ternyata tidak cocok untuk mode pemanasan dan sebaliknya. Solusi radikal hanya mengubah topologi unit daya, dengan penambahan elemen baru.

Diagram unit daya sekali lagi diubah menjadi sirkuit "Arkadyev-Marx generator" yang tampaknya menjanjikan pada dua thyratron. Ini menjanjikan penggunaan lagi thyratron TGI1-700 \ 25 yang lebih sederhana dan lebih mudah diakses tanpa membebani daya yang hilang di anoda. Generator pulsa kontrol juga diperbaiki untuk ini agar secara bersamaan membuka 2 thyratron. Gagasan dari sirkuit yang diperbarui adalah bahwa ia memiliki 2 kapasitor yang berada dalam koneksi paralel pada saat pengisian, dan pada saat dua thyratron secara bersamaan dibuka, kapasitor ini dihubungkan secara seri, sebagai akibatnya tegangan mereka ditambahkan dan diterapkan pada elektroda AE. Ini juga menjanjikan beberapa peningkatan dalam kecuraman front pulsa pada AE dan, sebagai akibatnya, peningkatan daya radiasi keluaran, karena amplitudo tegangan sesaat pada elektroda meningkat. Tata letak baru unit daya dirakit, yang terlihat seperti ini:





Dan pada diagram itu masih terlihat cukup sederhana, meskipun ada lebih banyak detail.



Pengujian menunjukkan bahwa rangkaian ini tidak dapat dioperasikan dalam kinerja saya - thyratron dibuka terpisah. Mungkin saya melakukan sesuatu yang salah. Setelah itu, saya memutuskan untuk mengubah topologi unit daya lagi, setelah berkonsultasi dengan seorang spesialis. Jadi, generator Blumlyayn yang dimodifikasi. Ini hampir identik dengan generator Blumlyayn yang biasa, tetapi beberapa elemen ditambahkan ke dalamnya. Yakni, yang disebut "sirkuit kompresi pulsa magnetik". Inti dari kerjanya adalah bahwa amplitudo arus pulsa yang mengalir melalui induktor jenuh pada saat kejenuhan induktor meningkat tajam. Karena jumlah energi yang ditransfer oleh satu pulsa terbatas, dan durasi pulsa awal juga terbatas, maka pada saat saturasi induktor dan peningkatan arus dalam rangkaian, porsi energi ini tidak ada hubungannya kecuali “kompres” dalam waktu, masing-masing, pulsa arus pada AE (tabung laser) secara signifikan menyusut. Dan jika demikian, maka durasi pulsa saat ini melewati thyratron dapat ditingkatkan, dan pada tabung laser durasi pulsa dapat dikurangi, dan yang paling penting, Anda dapat meningkatkan kemiringan depan pada AE dan meningkatkan daya radiasi output. Terlihat sangat menggoda.

Beginilah sirkuit yang saya kumpulkan dengan nilai-nilai yang diberikan pada bagian-bagiannya.



L2 induktor meregangkan pulsa saat ini melalui thyratron dalam waktu, dan induktor L4 adalah induktor yang dapat saturable untuk "kompresi magnetik" dari pulsa pada tabung laser. Dan sirkuit ini akhirnya mulai bekerja secara stabil! Hasilnya jelas membenarkan upaya yang dihabiskan untuk pembuatan choke non-linear. Saya akan membahas ini lebih terinci. Sekali lagi, saya memutuskan untuk mengulangi desain yang dijelaskan dalam literatur. Dan di sana diusulkan untuk membuat throttle, yang terdiri dari satu "putaran" tabung tembaga tebal, melewati 120 cincin ferit kecil. Sepotong tabung tembaga dengan diameter 12 mm dibeli di toko untuk lemari es. Cincin ferit dengan margin kecil dibeli. Satu-satunya yang tersisa adalah merangkai mereka di pipa. Merangkai semuanya dalam sekali jalan tidak masuk akal - sosisnya terlalu panjang. Kemudian saya memutuskan untuk membuat dua buah tabung, memasang 60 cincin di atasnya dan melipatnya dalam bentuk huruf U. Lebih mudah diucapkan daripada dilakukan. Faktanya adalah bahwa tabung itu tidak sepenuhnya mulus, dan di dalam cincin diameternya sedikit, dengan sepersepuluh milimeter, tetapi berbeda. Saya bahkan menemukan cincin di mana lubang itu berbentuk kerucut atau elips. Dan kemudian satu dan yang kedua pada saat yang sama.

Upaya untuk menarik cincin dengan paksa menyebabkan putusnya seketika. Sekitar setengah dari mereka berpakaian bebas, tanpa masalah. Kemudian saya harus merawat tabung tembaga dengan ampelas, sampai cincin berikutnya mulai naik. Kemudian lagi kulit, pakai lagi ... Dan ulangi sampai akhir. Hasilnya, kami mendapat desain seperti itu.





Itu dipasang di tata letak baru unit daya.





Instalasi sedang berjalan. Laser sedang memanas. Selama setengah jam, bukan operasi perlindungan tunggal. Itu sukses! Akhirnya, emisi tembaga spontan muncul, diikuti oleh generasi yang lemah. Kemudian menyetel cermin resonator. Dan ruangan itu diterangi oleh sinar laser kuat berwarna hijau beracun!

Titik cahaya di dinding ubin putih begitu terang sehingga seluruh ruangan menyala terang. Dan pada saat yang sama, kecerahan cahaya terus meningkat hingga mencapai nilai konstan. Ketika kecerahan meningkat, warna sinar berubah dari hijau beracun ke hijau-lemon, yang menunjukkan generasi garis kuning yang efektif. Daya radiasi melebihi minimum yang diperoleh sebelumnya beberapa kali, batas bawah diasumsikan tidak kurang dari 3 watt. Dengan konsumsi daya 1800 watt.





Sinar yang melewati lensa terbakar sangat keras di atas kardus.



Tes laser juga ada di video:



Sinar laser terlihat jelas. Diameternya sesuai dengan diameter saluran pembuangan, 20 mm.





Saluran pembuangan di dalam AE pada suhu operasi hampir putih panas.



Sinar laser terlihat jelas di ruangan yang terang.



Di belakang lensa fokus pendek, kerucut dari balok pertama berkumpul di depan fokus dan kemudian menyimpang (wilayah "penyempitan" sinar) terlihat indah. Lebih baik tidak menempatkan benda yang mudah terbakar dalam fokus.



Menggunakan fragmen CD-ROM, Anda dapat menguraikan berkas menjadi spektrum. Dapat dilihat dengan jelas bahwa balok itu memiliki garis-garis hijau dan kuning, sedangkan yang kuning menjadi jauh lebih kuat dari sebelumnya.



Garis kuning dapat dibedakan secara terpisah dengan filter yang menghalangi cahaya hijau, yaitu oranye.





Sekarang dimungkinkan untuk mengeluarkan dan memulai transisi dari tata letak ke produk jadi. Unit daya pertama dikemas dalam kasing. Sebagai bahan untuk kasus ini, kayu dan kayu lapis dipilih, seperti yang paling mudah diproses dengan alat listrik rumah. Semua elemen ditempatkan pada dasar yang kompak, throttle kompresi magnetik disembunyikan di bagian pipa selokan dan ditiup di sana oleh kipas. Anoda thyratron dihembuskan oleh kipasnya. Dan agar udara panas tidak terakumulasi dalam wadah tertutup, kipas ketiga yang paling kuat dipasang, menciptakan aliran udara di dalam unit. Selama instalasi komponen, tampak seperti ini.





Dan berkumpul - seperti itu.



Berikutnya adalah generator kontrol untuk jaringan power thyratron. Osilator master dan amplifier dipindahkan ke rumah umum, dibuat sedemikian sehingga lebar dan dalamnya sama dengan lebar dan kedalaman unit daya.





Ternyata sesuatu seperti dasbor. Blok IVN sudah siap, secara umum, hanya perlu menambahkan dinding samping. Pada saat yang sama, dekorasi eksterior balok berlanjut - diputuskan untuk melukisnya hitam.



Stand ready ternyata seperti ini.



Namun, saya dihantui oleh perasaan bahwa operasi laser masih dapat ditingkatkan, dan daya radiasi masih meningkat. Karena masih ada transformator “sementara” dari gelombang mikro di dalam IVN, yang tidak memungkinkan untuk mendapatkan tegangan output lebih dari 5 kV setelah penyearah. Keputusan dengan tekad kuat dibuat - untuk membuat transformator tegangan tinggi yang benar-benar baru dengan isolasi oli dan pendingin air. Tugas diatur: tegangan bolak-balik 7 kV, arus keluaran kontinu - 400 mA. Dari belitan sekunder, saya memutuskan untuk membuat tikungan setiap 500V, dimulai dengan tegangan 4,5 kV. Perhitungan menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk menggunakan inti dari transformator yang terbakar, sementara jendela sudah terisi penuh. Pertama luka transformator itu sendiri.



Kemudian itu diperkuat ke piring textolite di mana semua kesimpulan keluar.





Kemudian tangki logam lembaran ditemukan pada penerimaan memo.



Sebuah koil dimasukkan ke dalam untuk mendinginkan oli.



Kemudian trafo dirakit.



Dan mengatur di tempat yang seharusnya.



Memulai laser dengan transformator baru meningkatkan daya hingga sekitar 5 watt! Yaitu ternyata setara dengan pengaturan pabrik, yang disebutkan di awal artikel. Hanya ukurannya lebih kecil, berat dan konsumsi energinya lebih sedikit.





Dengan kekuatan penuh, warna balok menjadi lebih kuning.





Hasil yang diinginkan tercapai! Hanya ada desain kosmetik. Pertama saya memesan pencetakan nameplates yang stylish dalam bahasa Inggris untuk menunjukkan semua kontrol. Pada saat yang sama, nama laser lahir - Lightsaber. Karena kekuatan sinar laser, ketebalannya, efek suara karakteristik yang menyertai operasi laser, sangat mengingatkan pada lightsabers Jedi. Dan mimpi masa kecilku tentang pedang seperti itu terpenuhi, meskipun dalam bentuk yang agak terdistorsi. Mungkin pengikut pointer laser yang kuat tidak setuju dengan saya mengenai kemiripan dengan lightsaber, tetapi, menurut saya, laser ini memiliki lebih banyak kesamaan, meskipun fakta bahwa mereka tidak dapat melambaikan seperti pointer.









Berikut adalah ulasan video dari sistem laser yang dihasilkan dari teman saya yang sedang berkunjung.


Tetap membuat casing luar emitor dan berdiri. Bahan baku untuk itu sudah disiapkan - pipa saluran pembuangan plastik dengan diameter 250 mm. Itu dipotong untuk ukuran, lonceng dipotong sehingga tak terlihat, dan lubang ventilasi dibor. Dudukannya juga terbuat dari kayu, khususnya dari dinding lemari tua. Pegangan yang indah terpasang di bagian atas kasing.





Kemudian semuanya dicat dan panel palsu tambahan dibuat, menutupi kasing dari ujungnya. Pemancar laser akhirnya mendapatkan kembali bentuk akhirnya.



Cahaya oranye yang tidak menyenangkan dari tabung laser dalam gelap tidak akan membuat siapa pun acuh tak acuh. Terutama saat itu digantikan oleh cahaya hijau yang tidak kalah menyeramkan.





Dan sumber listrik dalam bentuk akhirnya ternyata setengah dari ukuran kulkas biasa, dan dengan berat total tidak lebih dari 100 kilogram. Yang juga mengalahkan kabinet pabrik. Dan pada saat yang sama cocok dengan interior.



Berikut adalah kisah tentang sistem laser buatan sendiri, yang membawa saya pengalaman luar biasa dalam teknologi laser, teknologi pulsa tegangan tinggi dan disiplin ilmu terkait lainnya. Proyek ini tidak akan terlaksana tanpa dukungan teman dan kenalan saya. Saya terutama ingin mengucapkan terima kasih kepada orang-orang yang membantu saya mendapatkan 2 elemen aktif UL-102, Pavel Gugin dari Institut Fisika dan Teknologi Cabang Siberia dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, yang membantu dengan tips dan tautan ke literatur dalam mengoptimalkan bagian daya dari catu daya, Alex Neuromantix karena membantu saya menemukan artikel ilmiah diskusi terkait dan berbuah, Alexander "landak" Larionov untuk fakta bahwa saya menjual lebih thyratrons, dan terutama ingin mengucapkan terima kasih kepada pembawa dan temannya, yang membantu dengan pengiriman thyratrons ini dari Rusia, dengan baik dan akhirnya saya ingin mengucapkan terima kasih Dennis "neutron Badai "untuk inspirasi untuk melakukan proyek ini, untuk apa yang bisa membangkitkan kembali impian masa. Dan juga semua orang yang memantau implementasi proyek ini dan memberikan dukungan moral. Terima kasih sudah membaca. Dan bagi mereka yang masih memiliki pertanyaan "Mengapa semua ini diperlukan" - baca penafian.

Akhir dari epik tentang UL102 ada di sini

Sumber literatur utama:

1. Grigoryan A. G., Kazaryan M. A., Lyabin N. A. Laser uap tembaga: karakteristik desain dan aplikasi. Fizmatlit, 2005

2. Batenin V. M., Bohan P. A., Buchanov V. V., Evtushenko G. S., Kazaryan M. A., Karpukhin V. T., Klimovsky I. I., Malikov M. M. Laser berdasarkan transisi logam mandiri. Fizmatlit, 2011

3. Lyabin N. A. Penciptaan laser industri modern dan sistem laser berdasarkan uap tembaga untuk pemrosesan bahan yang presisi. Disertasi untuk gelar doktoral Doctor of Technical Sciences, Moskow, 2014

4. G. G. Petrash. Laser uap logam dan halida-nya. Prosiding Lebedev Physical Institute, vol. 181, 1987

PS: Hampir segera setelah penyelesaian proyek, elemen aktif yang sama sekali baru dari laser uap tembaga ditangkap dengan daya keluaran 20 watt. GL201 "Kristal". Tapi ini akan menjadi cerita yang sangat berbeda ...



Awal di bagian pertama .