Mungkin, semua orang yang menyukai produk-produk rumahan yang hampir elektronik bertanya-tanya apakah mungkin membuat laser sendiri di rumah. Dan yang pasti, sangat sering saya menemukan jawaban yang agak dapat diprediksi dari para penatua bahwa itu sangat sulit atau hampir tidak mungkin, kata mereka, radiasi laser hanya dapat diperoleh dari kristal dan kacamata mahal, atau beberapa bahan tidak dikenal lainnya yang hanya dapat diperoleh di Dark Marsh atau di Luar Negeri Barat. Ini sebenarnya tidak demikian. Jumlah zat yang memungkinkan proses laser mencapai ribuan, dan beberapa di antaranya ada di bawah kaki kita, dan di sekitar kita, di mana-mana. Sebagai contoh, orang mungkin terkejut mengetahui bahwa adalah mungkin untuk memperoleh pembangkitan laser dalam uap air, dalam pewarna yang diekstraksi dari pen-tip, dan akhirnya, dalam karbon dioksida yang dihembuskan oleh banyak makhluk hidup, pembangkitan laser dengan kekuatan ratusan kilowatt diperoleh. Tapi, ada lingkungan kerja laser lain, yang jauh lebih umum daripada gabungan lainnya. Ini adalah nitrogen, 78% nya ada di udara atmosfer.
Jika Anda membuat kueri "laser buatan sendiri" di Google, nitrogen yang muncul pertama, dengan banyak contoh desain:
Pertimbangkan prinsip operasi dan desainnya secara lebih rinci.
Laser nitrogen adalah perwakilan khas dari laser gas molekuler yang beroperasi pada transisi elektronik dalam molekul nitrogen. Properti utamanya adalah generasi intensif dalam kisaran ultraviolet, dengan panjang gelombang fundamental 337,1 nm. Sifat-sifat nitrogen sebagai media kerja memungkinkan pembentukan hanya dalam mode berdenyut, karena transisinya terbatas, mis. durasi inversi populasi pada transisi semacam itu dibatasi oleh akumulasi partikel pada tingkat yang lebih rendah; itu tidak lebih lama dari umur partikel di tingkat kerja atas. Masa pakai level atas untuk nitrogen adalah sekitar 40 nanodetik, sehingga pulsa laser yang dipancarkan juga sangat singkat, dengan urutan beberapa puluh nanodetik. Ini membebankan persyaratan khusus pada pulsa elektrik eksitasi - ia juga harus pendek dengan bagian depan yang curam untuk mengatur transfer sejumlah besar molekul ke keadaan tereksitasi selama masa level atas.
Pada saat yang sama, nitrogen, sebagai media aktif, memiliki penguatan sangat tinggi, sangat tinggi sehingga tidak diperlukan cermin - dapat bekerja dengan baik dalam mode super-luminositas, ketika radiasi diperkuat dalam satu lintasan. Namun, ia dapat beroperasi dalam kisaran tekanan yang luas hingga atmosfer. Dan, ternyata, oksigen atmosfer tidak mengganggu, meskipun mengurangi daya pembangkitan maksimum yang dapat dicapai. Dengan demikian, gambar yang cukup menarik muncul untuk orang yang mengerjakannya sendiri: lingkungan kerja sangat mudah diakses, tidak perlu repot dengan ruang hampa udara dan gas, bahan langka tidak diperlukan. Bahkan cermin rongga optik tidak diperlukan. Anda hanya perlu sedikit mengotak-atik tegangan tinggi. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci perangkat laser nitrogen, yang diusulkan untuk produksi sendiri.
Berdasarkan persyaratan untuk pulsa eksitasi, rangkaian pompa laser berdasarkan pada generator Blumlein, yang terdiri dari dua kapasitor datar yang dapat dibentuk dari beberapa lapisan aluminium atau foil tembaga dan film dielektrik, biasanya muncul. Sakelar pada perangkat ini adalah celah percikan paling sederhana dari dua sekrup dengan kepala bundar. Tampaknya, di mana laser itu sendiri? Dan proses menghasilkan radiasi laser terjadi hampir tanpa terasa - di celah antara dua garis logam, di mana debit pulsa menyala. Penguasa dipasang di tepi berlawanan dari kapasitor datar C1 dan C2. Debit terbakar melintasi sumbu penguasa, dan radiasi laser keluar bersama, masing-masing, laser gas dengan debit transversal diperoleh. Agar pelepasan tidak menyala pada saat pengisian kapasitor, choke kecil disertakan secara paralel dengan celah laser, yang memperpendek celah dalam arus searah. Perlu untuk menerapkan tegangan tinggi (sekitar 10-15 kV) seperti yang ditunjukkan pada diagram - dan laser akan bekerja. Segala cara yang cocok cocok sebagai sumber HV - pistol setrum, catu daya dari pengion udara, mesin elektrofor, sumber HV dari TV CRT atau monitor. Karena berfungsi tanpa cermin, radiasi keluar dari kedua ujung penguasa. Karena memancarkan dalam ultraviolet - ini memungkinkan Anda untuk berkenalan dengan luminesensi berbagai objek dan bahan. Dan laser semacam itu cukup nyaman untuk memompa laser pewarna - cukup tambahkan
air ke kuvet pewarna dan letakkan di bawah sinar.
Untuk alasan yang sama, dan juga, karena energi nadi sangat kecil (puluhan microjoule), radiasinya relatif aman untuk mata, karena diserap oleh kornea dan tidak mencapai retina. Meskipun demikian, seseorang seharusnya tidak melihat langsung ke dalam berkas - luka bakar ultraviolet pada kornea adalah hal yang agak tidak menyenangkan.
Dengan demikian, skema ini membuat "ambang batas masuk" ke dunia teknologi laser sangat rendah, seperti laser yang dibangun oleh banyak orang.
Ada desain yang lebih mengerikan. Bintik hijau di foto pertama adalah pendaran dari "target" untuk radiasi.
Ada yang lebih detail dan rapi, seperti ini.
Ya, laser seperti itu dapat dirakit secara umum dalam waktu kurang dari 2 menit! Kecuali tentu saja semua bahan baku disiapkan, dan desainnya berhasil, mis. tangan sudah penuh.
Ketersediaan dan kesederhanaan desain laser semacam itu dapat menghemat banyak uang di laboratorium universitas Barat, jika tidak memiliki persyaratan khusus untuk parameter output.
Kendati demikian, untuk menjamin keberhasilan operasi laser semacam itu, ada beberapa nuansa yang harus diperhatikan. Yang paling penting dari mereka adalah bahwa tepi elektroda-garis harus sehalus mungkin dan memiliki tepi bulat sehingga debit tidak memiliki kesempatan untuk berkumpul menjadi percikan tunggal yang menyala dari beberapa titik. Yang kedua adalah pilihan yang benar dari film isolasi untuk kapasitor datar, sehingga kapasitas maksimum yang mungkin diperoleh dengan kekuatan listrik maksimum yang mungkin. Yang ketiga adalah pilihan yang benar dari celah antara elektroda, yang harus dipertahankan tepat sepanjang seluruh panjang dan tidak lebih dari 2-3 mm. Saat itulah arus terpendek akan diperoleh melalui pelepasan laser. Toleransi untuk dua nuansa terakhir dapat difasilitasi dengan mengurangi tekanan gas kerja menjadi 100-200 mm Hg. Art., Dan jika nitrogen murni disuplai alih-alih udara, tetapi ini secara otomatis berarti penampakan sistem primitif tetapi vakum, dan kesimpulan dari elektroda dalam volume yang sedikit tertutup. Dalam konfigurasi ini, jarak antara elektroda dapat ditingkatkan, dan persyaratan untuk kecuraman bagian depan saat ini agak berkurang - kapasitor datar dapat diganti dengan yang keramik kompak. Tetapi desain seperti itu juga memiliki hak untuk hidup.
Misalnya, laser pembersih nitrogen buatan rumah dari Jarrod Kinsey.
Di sini, karena banyaknya berbagai benda di mejanya, laser itu sendiri cukup sulit untuk dipertimbangkan.
Laser nitrogen pelepasan tekanan rendah transversal di mana kapasitor rata diganti dengan yang keramik. Desain oleh Thomas Rapp.
Jika ada yang tertarik pada panduan yang sangat teliti dan terperinci untuk membangun laser semacam itu dengan deskripsi semua nuansa yang tidak terlihat, maka patut untuk dilihat lagi di
situs Yun'a Sothory .
Dan ada legenda yang agak populer bahwa efek laser selama percikan api di celah udara yang panjang dapat dideteksi jauh sebelum prinsip-prinsip operasi laser ditemukan, pada masa itu ketika mereka baru mulai menyerap listrik. Tapi ini palsu, seperti gambar ini. Yang tidak meniadakan kebenaran kontennya.
Sebuah artikel yang menggambarkan "laser Victoria" ada di
sini .
Sekarang kita akan mempertimbangkan apa, pada prinsipnya, desain laser nitrogen yang tersedia secara komersial. Di Barat, benar-benar semua laser nitrogen yang saya temui memiliki debit melintang yang dipompa oleh generator Blumlyayn. Semuanya seperti laser buatan sendiri yang dijelaskan di atas, hanya kontrol laser yang mudah digunakan, sumber daya yang lebih canggih ditambahkan di sana, alih-alih celah percikan yang paling sederhana - sebuah thyratron hidrogen berdenyut atau celah percikan tekanan tinggi yang terkontrol, alih-alih kapasitor datar besar yang terbuat dari film dan foil - ada banyak elektroda keramik kecil, dan di antaranya ada pelepasan yang terletak di volume tertutup di mana Anda dapat menyesuaikan tekanan dan biasanya mengisi gas lainnya. Namun prinsipnya tetap tidak berubah. Skema semacam itu memiliki keuntungan sebagai berikut:
- Kesederhanaan. Seperti disebutkan di atas, dalam banyak kasus bahkan konstruksi laser nitrogen nitrogen sederhana buatan sendiri yang beroperasi di udara atmosfer cukup dapat diterapkan, bahkan dengan karya ilmiah yang cukup serius di laboratorium.
- Energi pulsa keluaran yang cukup serius - puluhan millijoule dalam instalasi besar.
- Durasi pulsa yang sangat singkat, dalam beberapa kasus berjumlah ratusan picoseconds.
- Kombinasi dari dua faktor sebelumnya memungkinkan untuk mencapai kekuatan impuls yang sangat besar - puluhan hingga ratusan megawatt.
Seiring dengan ini, ada beberapa kelemahan:
- Kualitas balok menjijikkan. Balok tidak bulat tetapi dari bentuk lonjong, dengan intensitas yang tidak merata di atas penampang. Dalam beberapa kasus, ini tidak penting ketika, misalnya, Anda perlu memompa laser pewarna.
- Laju pengulangan pulsa terbatas, biasanya tidak lebih dari beberapa puluh Hz.
- Ketidakstabilan energi dari pulsa ke pulsa.
- Beberapa desain memerlukan perawatan berkala - mengganti gas yang bekerja, mempertahankan tekanannya, pembersihan berkala, dan pemolesan elektroda.
Semua kelebihan dan kekurangan yang disebutkan sepenuhnya berlaku untuk laser nitrogen buatan sendiri.
Mari kita lihat bagaimana laser nitrogen dari pabrikan Barat terlihat dan membandingkan desain mereka dengan buatan rumah yang paling sederhana.
Spectra-Physics laser nitrogen berukuran kecil dan ruang laser yang kuat. Ini adalah laser debit transversal tekanan rendah.
Alih-alih kapasitor datar, ada yang keramik, dan di atas ada celah percikan yang terkendali. Ruang laser diisi dengan nitrogen dan disegel.
Laser nitrogen yang kuat beroperasi pada transisi minor di wilayah biru spektrum. Anda dapat melihat banyak kapasitor keramik kecil dan induktor pemblokiran di antara elektroda. Untuk mendapatkan penguat pada panjang gelombang selain 337.1 nm, diperlukan penambahan helium ke nitrogen.
Kamera laser transversal-discharge pertama, yang dibuat pada tahun 1973.
Sistem laser Molectron.
Bagian dalam laser berdaya tinggi dengan debit transversal, yang, ketika mengganti campuran gas dan optik, dapat bekerja sebagai laser CO2 atau sebagai laser excimer.
Penampilan elektroda dari laser transversal-discharge yang diproduksi secara industri.
Kamera laser untuk durasi pulsa picosecond.
Sekarang, setelah semua hal di atas, pertanyaan yang masuk akal akan muncul untuk saya jika saya telah mencoba mengulangi konstruksi ini. Padahal, tidak, saya belum mencobanya. Ada alasan obyektif untuk ini. Singkatnya, saya suka jenis laser nitrogen yang sama sekali berbeda - laser yang bukan melintang, tetapi pelepasan longitudinal! Tetapi lebih lanjut tentang itu di bagian
selanjutnya .
Sumber yang digunakan:
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.caSaya harap saya tidak melupakan siapa pun.