Saudações a todos novamente. Nos comentários do meu primeiro artigo sobre um
sistema de laser fabricado por eles, eles se lembraram novamente de um artigo da revista Young Technician, chamado "Building a Laser". Ele fornece uma descrição em fases do conjunto de um laser pulsado operando em uma solução líquida de um corante orgânico. O texto do artigo
está disponível após 2 minutos de busca no Google.
Apesar disso, nem eu nem meus colegas estamos cientes dos precedentes para a construção bem-sucedida de um laser corante, guiados por este artigo. Porque Quais são as armadilhas escondidas nos lasers corantes? Como são organizados os lasers de corantes industriais? Vamos descobrir.
O laser corante é muito atraente para bricolage. Uma vez que não precisa de cristais ou vidros escassos e difíceis de alcançar, ou trabalhos complexos de sopro de vidro como para a fabricação de elementos ativos de lasers a gás. Consome muito pouca energia e produz luz visível brilhante. Sua radiação tem uma propriedade muito valiosa - pode ser decomposta no espectro e destacar a cor desejada do feixe.
Para começar, note-se que o artigo da UT nº 8 de 1971, que foi reeditado no nº 11 de 1992, não é original. Esta é uma adaptação de um artigo publicado na coluna "O cientista amador" da revista americana "Scientific American" na edição de fevereiro de 1970. E tudo ficaria bem (talvez!) Se essa adaptação não fosse realizada com reduções inaceitáveis e erros irritantes. Primeiro, vejamos o volume dos dois artigos. O artigo original ocupava 6 páginas, adaptado na UT - apenas 3 páginas. As imagens são copiadas praticamente 1 em 1. O artigo americano original pode ser baixado
daqui, roubando-o de redatores maus através do sci-hub. Ou já a partir da
hospedagem de arquivos .
Compare a semelhança das figuras nos artigos originais e adaptados.
Original:
Agora vamos ver as fotos da UT:
Com isso, as semelhanças nas figuras terminam e as diferenças começam. Por exemplo, compare os circuitos elétricos mostrados nos artigos originais e adaptados.
Original:
Adaptação:
Como você pode ver, o circuito é adaptado às nossas realidades em termos de base elementar e tensão de rede. No entanto, no esquema original, propõe-se adicionar um circuito de pré-ionização para a lâmpada, que foi omitido no circuito adaptado. Também no circuito original, um transformador de alta tensão de um osciloscópio é proposto como um transformador de potência. E, a julgar pela tensão de saída, eu quis dizer o enrolamento da fonte de alimentação CRT deste mesmo osciloscópio. A pessoa que traduziu o artigo provavelmente entendeu tudo corretamente, mas em um ajuste de adaptação às nossas realidades, ele provavelmente se lembrou de TVs (é mais fácil desmontar uma TV do que um osciloscópio), onde o CRT é alimentado por um enrolamento de alta tensão de um transformador horizontal. Portanto, ele chamou o transformador de potência no circuito adaptado de “TVS”, semelhante a um transformador horizontal. Como você sabe, um conjunto de combustível típico é enrolado em um núcleo de ferrite e não pode operar com uma frequência de 50 Hz. E esses são erros muito irritantes, que reduzem a probabilidade de uma operação bem-sucedida do laser a zero. O fato é que, para um laser de tintura, a duração do flash, que fica na faixa de microssegundos, é muito crítica. A cadeia de pré-ionização proposta no artigo original permite acelerar o desenvolvimento da descarga na lâmpada e diminuir a duração do flash. E também é aconselhável criar uma estrutura o mais rígida possível, com o menor número possível de condutores. Além disso, no artigo original está escrito que o capacitor de armazenamento deve ter uma pequena indutância perdida. Mais precisamente, "ele deve ser projetado para descargas de curta duração". E eles especificaram diretamente que capacitores comuns não funcionariam - o laser não funcionaria com eles. Em um artigo adaptado, eles decidiram não mencionar uma coisa tão insignificante. Vamos comparar o texto do original e da adaptação. Vermelho indica a necessidade de um capacitor de baixa indutância.
Em um artigo adaptado sobre um capacitor de baixa indutância, ficou silencioso. E se eles estavam silenciosos, significa que você pode correr atrás dos primeiros eletrólitos que aparecerem, cuja utilização tornará o laser impossível.
Isso por si só é suficiente para tentar "cegamente" repetir o que foi descrito no artigo de "UT", que terminou em colapso completo, uma vez que a necessidade de um capacitor de baixa indutância é completamente óbvia para um "repetidor" não treinado ou mesmo para um professor comum de um círculo técnico. A menos, é claro, que ele seja experiente em tecnologia a laser. Fico em silêncio sobre os conjuntos de combustível, seria mais correto recomendar pelo menos um "transformador de potência de um osciloscópio".
Também observo que no artigo original há um acréscimo em como fazer um dispositivo a partir de uma grade de difração para ajustar o comprimento de onda do laser, o que também foi ignorado no artigo adaptado.
O que fazer se você ainda quiser construir um laser de tinta? Primeiro você precisa ler literatura especializada. E ainda melhor - fontes primárias estrangeiras. Felizmente, já existem alternativas ao artigo da UT.
A descrição mais detalhada e completa está no
site do conhecido Yun Sothory, do-it-yourselfer.
O material é uma compilação de extratos de artigos especializados e sua vasta experiência pessoal; portanto, você pode usá-lo com segurança.
E agora proponho olhar para dentro dos lasers de tinta já "reais" produzidos em série. Primeiro, vamos dar uma olhada no interior do laser pulsado LOS-4M, em algumas fontes chamadas "Rainbow".
Este é um laser bombeado por tubo com uma energia de saída declarada de 1 J sem a seleção do comprimento de onda. A adição de um elemento seletivo (grade de difração) ao ressonador óptico reduz a energia de saída, mas permite ajustar o comprimento de onda da radiação.
A capacidade de selecionar o comprimento de onda da radiação é a propriedade mais valiosa dos lasers corantes e pode ser implementada de diferentes maneiras. Você pode definir a grade de difração ou o prisma atrás do espelho de saída do ressonador, pode instalá-lo dentro do ressonador. No segundo caso, uma linha de emissão mais estreita é alcançada. Além da grade ou do prisma, cujo princípio é óbvio, eles também usam filtros polarizadores, que são descritos abaixo.
Como você pode ver, o dispositivo do emissor é quase idêntico ao laser de estado sólido clássico, somente em vez da haste do cristal ou vidro do laser é o tubo através do qual a solução corante flui. Lá fora, este tubo é cercado por outro, através do qual flui uma solução de filtro, projetada para cortar o UV de ondas curtas das lâmpadas da bomba, que destrói rapidamente o corante. O bombeamento é realizado por duas lâmpadas IFP-1200. O ressonador é formado por um espelho opaco escondido no final do quantron e translúcido a uma distância dele.
Entre o quantron e o espelho de saída, existe um suporte para a grade de difração, cuja posição pode ser ajustada com um parafuso micrômetro. As soluções de corante e filtro são fornecidas através das mangueiras. O radiador é conectado à fonte de alimentação por cabos coaxiais, que possuem parâmetros espúrios baixos.
Agora vamos ver a fonte de alimentação.
Em primeiro plano, o pára-raios de ignitron IRT-2 é impressionante. O fato é que o banco de capacitores é carregado com uma voltagem que obviamente excede a voltagem automática das lâmpadas IFP-1200. Para que o laser funcione em um modo controlado e atire quando precisarmos, e não quando quisermos, usamos um elemento de controle na forma desse para-raios. Suas vantagens são que ele é capaz de comutar muita energia em um pulso, possui pequenos parâmetros parasitários, tem uma vida útil muito longa e não requer manutenção, ao contrário dos pára-centelhas tradicionais, que exigem ajuste periódico da folga e limpeza dos contatos. À direita, no canto, há um transformador de alta tensão com um retificador e resistências de lastro para carregar capacitores. Na placa grande à esquerda do transformador, são colocados eletrônicos auxiliares para controlar o descarregador de ignitron e o processo de carregamento dos capacitores. Os capacitores estão localizados embaixo.
Existem 6 capacitores para cada lâmpada da bomba, cada um com uma capacitância de 2 μF e uma tensão de 5 kV. Capacitores de uma série indutiva baixa k75-30. No total, são obtidas 12 microfarads de 5 kV para cada lâmpada. Como você pode ver, a capacitância usada em um laser serial é bastante próxima da indicada nos artigos para repetição independente.
Onde há espaço livre na fonte de alimentação, foram colocados contêineres com corante e filtro e bombas para circulação. Eu tenho a fonte de alimentação sem eles, então tenho que usar uma unidade de circulação externa. Consiste em uma bomba operando em baixa tensão constante (27V) e um tanque de quartzo com uma espiral soldada. A água é passada através da espiral para resfriar o corante, pois aumenta quando a temperatura aumenta.
Como ainda estou ocupado com outros projetos, a restauração do estado de funcionamento deste laser está apenas nos planos até agora, e o dispositivo em si já foi "colocado em segundo plano". Vale ressaltar que existem lasers de corante que usam bombeamento a laser - de outro laser pulsado na faixa visível ou ultravioleta. Eles são atualmente os mais comuns. Além disso, havia protótipos de lasers nos quais um elemento ativo plástico corado com o composto orgânico correspondente foi usado em vez de uma solução de corante. Eles usam bombeamento por um laser pulsado, mas a vida útil do AE é bastante limitada, portanto, esses lasers não são espalhados.
Para bombear LRK, é usado um laser de nitrogênio com comprimento de onda de 337 nm (UV) ou um excimer (comprimento de onda e energia depende da mistura de gases selecionada) ou neodímio pulsado com duplicação de frequência (532 nm) ou triplicação (355 nm) ou até quadruplicar Frequência (266 nm). Em alguns casos, o
laser de vapor de cobre que eu já descrevi é usado. Nesses casos, o próprio laser de corante é um dispositivo "passivo" que não requer energia, exceto a bomba de circulação de corante. Mas se você precisar de uma grande (até dezenas de centenas de joules) de energia de geração, não haverá alternativa ao bombeamento a vácuo.
Depois de revisar o laser de corante pulsado clássico, pode-se perguntar o que fazer se precisar de características de radiação de um laser de corante, com sua capacidade inerente de ajustar o comprimento de onda, mas com o modo contínuo? E aqui também foi encontrada uma saída. Considere isso com o exemplo de um laser da empresa americana Coherent.
Dentro desse laser, existe um sistema óptico complexo, composto de ótica para "fornecer" um feixe de bomba e um ressonador óptico com um seletor de comprimento de onda de polarização.
Se o feixe laser da bomba estiver focado dentro de um jato laminar fino e de fluxo rápido de uma solução de corante, o laser pode ser alcançado em modo contínuo. A densidade de energia da bomba é necessária muito alta e, como o corante não superaquece, é necessário um jato de fluxo rápido. A fonte da bomba mais usada é um poderoso laser de argônio, cujo feixe é focado por um espelho côncavo seletivo no jato. Um laser de argônio é mais adequado para bombear corantes do grupo rodamina, seu feixe inicial é muito fino e foca facilmente no ponto mais fino. O jato é formado por um bico de um tubo de aço inoxidável achatado.
Esta foto não se encaixava no seletor de comprimento de onda de polarização e no terceiro espelho de saída do ressonador.
Para obter um fluxo laminar, é necessária uma solução de corante em etilenoglicol a uma dada temperatura e viscosidade, e uma bomba especial é usada para bombear. A partir do feixe da bomba, o jato brilha com radiação espontânea e a radiação que aparece entre os espelhos ressonadores sintonizados é amplificada e convertida em um raio laser. Dentro do ressonador, um seletor de comprimento de onda de polarização é instalado, consistindo em uma pilha de placas de quartzo. Funciona assim. O feixe de laser no ressonador é polarizado e o filtro é instalado em um determinado ângulo, passando um certo ângulo de polarização. A radiação laser de diferentes comprimentos de onda possui um ângulo de polarização diferente e, consequentemente, perdas desiguais no filtro. Assim, o comprimento de onda no qual o ângulo de polarização desliza idealmente através do filtro recebe o maior ganho e o restante é suprimido. O ângulo da posição do filtro muda - o comprimento de onda da radiação muda.
A maior eficiência é alcançada ao usar uma solução de rodamina-6G. A potência de radiação de saída atinge 4 watts a 12 watts de bombeamento. Infelizmente, esse laser estará na minha prateleira, pois não tenho um sistema de bombeamento de solução em tempo integral, nem possuo um poderoso laser de argônio, apesar de procurá-lo há muito tempo.
Visualizei o caminho do feixe da bomba usando um pequeno laser de argônio, a solução não foi fornecida ao bico.
Então, aqui está uma pequena visão geral dos lasers de tinta mais comuns e dos pontos importantes que você precisa lembrar ao tentar construir esse laser sozinho. Não repita os erros descritos no artigo da revista infantil.