Em um dos artigos dedicados ao meu laser de vapor de cobre, com base no elemento ativo UL-102, a pergunta foi feita nos comentários - o que acontecerá a seguir? Tudo o que restou foi encontrar uma maneira de tornar ativo o elemento laser. E este método foi encontrado. Isso será discutido no post de hoje.
Sinceramente, eu pensei em fazer esse laser muito antes de ter os elementos ativos UL102, GL201 e conseguir construir uma fonte de energia. Eu li sobre lasers de vapor de metal por um longo tempo e sabia por um longo tempo sobre suas propriedades - um enorme ganho, a maior potência e eficiência para a radiação visível, mas por um longo tempo eles estavam além do meu alcance. Tudo o que restava era procurar mais e mais informações sobre eles. E aqui me deparo com o site de perguntas frequentes sobre o laser de Sam, um centro que organiza todos os tipos de informações sobre como usar lasers comercialmente disponíveis de quase qualquer tipo, bem como muitos manuais de auto-montagem para alguns deles, acompanhados de desenhos e descrições de exemplos de projetos montados. A partir daí, aprendi que não é necessário usar cobre metálico para obter geração em seus átomos. Seus sais, como cloreto monovalente, brometo ou iodeto, também são bastante adequados. E a temperatura de fusão dos sais é duas vezes menor que a temperatura de fusão do cobre metálico. Além disso, sob condições de vácuo, mesmo na temperatura de fusão, os sais evaporam suficientemente intensamente para que o átomo de cobre possa ser excitado em uma descarga de gás pulsado. O princípio de excitação do meio ativo permanece o mesmo que para os vapores de cobre metálico, mas com uma diferença - inicialmente não há átomos de cobre metálico na descarga. Para obtê-los e excitá-los, você precisa de dois pulsos elétricos de curta duração e curta duração com uma frente íngreme - no primeiro, a molécula de halogeneto de cobre se decompõe em átomos de cobre e halogênio, o segundo pulso imediatamente após o primeiro excita átomos de cobre.
"Imediatamente após o primeiro" significa um intervalo de tempo muito específico da ordem de 50 a 100 microssegundos. Se esse intervalo for maior, os átomos terão tempo para "desaparecer" de volta às moléculas e não haverá radiação a laser. A frequência de repetição desses pacotes de dois pulsos pode ser arbitrária. No mesmo Sam's Laser FAQ, o seguinte desenho de um laser de vapor de cloreto de cobre foi proposto.
É proposto aqui aquecer o tubo do laser a uma temperatura operacional com uma fonte de calor de terceiros (espiral) e fornecer a descarga elétrica da fonte de alta tensão mais simples, consistindo em um transformador para publicidade em neon e dois retificadores separados, carregando dois capacitores separados - o primeiro para um pulso de "dissociação", o segundo para " geracional ". E a troca de capacitores para o tubo foi proposta por um intervalo de centelha rotativo, como nas bobinas de Tesla. A localização dos contatos e a velocidade de rotação determinaram o valor do intervalo de tempo entre os pulsos e a taxa de repetição do pulso. O hélio é proposto como um gás tampão e uma placa de vidro plano aluminizado como um espelho cego e um vidro plano paralelo sem revestimentos como saída são propostos como um ressonador óptico. No decorrer de outras leituras, foi encontrada uma referência à fonte - o livro de G.G. Petrash "Lasers baseados em vapores de metais e seus halogenetos". Em geral, o design descrito é simples e foi projetado para usar componentes disponíveis com relativa facilidade. Mas ela pessoalmente não combina comigo. Em primeiro lugar, a presença de um espaço de faísca barulhento e uma montagem puramente mecânica do tubo a partir de peças individuais. Então eu decidi estudar a fonte.
Este livro está facilmente disponível mediante solicitação do Google em russo, no site de coleta do Lebedev Physical Institute. Há também uma tradução em inglês deste livro, que já está sob a cuidadosa supervisão de redatores malvados que extorquem dinheiro. Mas não precisamos disso há 100 anos :)
No livro de origem, o princípio da operação a laser é descrito de maneira semelhante, mas com mais detalhes são fornecidas comparações detalhadas de operação com diferentes gases-tampão, exemplos de tubos a laser e uma observação muito importante - se a taxa de repetição de pulso exceder 8-10 kHz, os pacotes não serão necessários pulsos duplos, esse modo de operação é chamado de "pulsos regulares", quando a radiação é gerada a cada pulso de excitação, pois o intervalo de tempo é certamente menor do que o tempo de recombinação de átomos em moléculas. Um efeito colateral disso é o autoaquecimento do tubo (não é necessária uma fonte de calor externa). O néon foi reconhecido como o melhor gás tampão, mas a operabilidade de um laser com hélio e até argônio foi indicada. Para um homem caseiro "comum", a fonte descrita neste artigo requer custos inaceitáveis para um hidrotrotron de ação rápida, capacitores de baixa indutância, um poderoso transformador de alta tensão, néon e componentes similares. Além disso, foi proposta a realização de todas as variantes de tubos soldando vidro de quartzo com eletrodos soldados, que eram segmentos de tubos de flash da série IFP. Mas isso não foi um obstáculo para mim, pois, ao contrário do próximo / distante no exterior, essas peças são baratas e acessíveis, se você olhar. Aqui estão elas, as diferenças entre as economias planejada e de mercado ...
Já era um ano distante de 2015 e pedi a um soprador de vidro para fazer um tubo a laser com um desenho tão esquemático.
O tubo do laser consiste em um invólucro 1 com eletrodos das lâmpadas de flash 2. No meio do invólucro, os processos 3 são feitos para a substância de trabalho do laser - cloreto ou brometo de cobre. Os processos são necessários para que a substância de trabalho não se sobreponha ao lúmen do tubo. As janelas 5 são soldadas nas extremidades do tubo do laser para gerar radiação. Para ligar o halogênio livre, formado durante a descarga, as cavidades dos eletrodos são entupidas com lascas de cobre.
Paralelamente, discuti a idéia de construir esse laser com o autor do site laserkids.sourceforge.net Yun Sothory. Posteriormente, ele também se interessou por esse projeto e decidiu implementá-lo à sua maneira, usando a abordagem mais primitiva, semelhante à descrita nas Perguntas frequentes sobre o laser de Sam. Seu trabalho pode ser encontrado
aqui .
Enquanto isso, o tubo de laser do meu laser de cloreto de cobre estava pronto, cujo design segue o mostrado na figura do livro. O diâmetro interno do tubo é de 12 mm, o comprimento da descarga é de 40 cm, o tubo contém 3 processos e eletrodos das lâmpadas IFP800. Acima de cada um dos processos e eletrodos, existem rampas para encher a substância de trabalho, bem como para bombear e inflar gás.
Em apenas algumas semanas, como esse tubo foi fabricado, um elemento ativo no vapor do cobre UL-102 cai em minhas mãos. E então este tubo foi colocado de volta em uma caixa muito longa. No decorrer do trabalho com UL102, uma fonte de energia para lasers de vapor de cobre já familiares a você apareceu.
Depois que obtive uma fonte de energia que funcionava precisamente com parâmetros obviamente adequados, foi decidido retornar a um tubo a laser improvisado. Depois de encher com uma substância ativa e neon a uma pressão de 10 mm RT. Art. O telefone começou a ficar assim. Foi utilizado cloreto de cobre monovalente; as impurezas conferem uma cor amarelada. Apenas por precaução, enrolei o fio de nicrómio nos brotos para aquecer, caso eu precise.
Enchi as cavidades nos nós dos eletrodos com lascas de cobre.
Scion com closeup de cloreto de cobre.
Desde o início dos experimentos, descobriu-se que um fio de nicromo não é necessário. Não apenas o aquecimento não era necessário, como também havia um vazamento capacitivo muito forte. Fechar esse tubo também foi uma decisão precipitada - em um momento, formou-se muito cloro, tanto que a descarga dificilmente foi inflamada e instável. O cloro foi liberado no espaço interno, enquanto nas paredes o cobre foi depositado nas paredes, ambos atomizados pelos eletrodos e formados durante a decomposição do cloreto. E então, em algum momento, o tubo rachou devido a um golpe acidental. Ela teve que refazê-lo, como resultado, perdeu um dos processos e diminuiu de comprimento.
Como resultado, este tubo começou a ser testado no modo de fluxo.
De um eixo, ele foi bombeado por uma bomba 31; a partir do segundo, o néon fluiu através de uma agulha de insulina. A pressão foi ajustada na ordem de 10-15 mm RT. Art. No modo de fluxo, as coisas imediatamente melhoraram - o influxo de gás fresco substituiu imediatamente as impurezas emitidas pelo cloreto de cobre e seus produtos de decomposição. A descarga permaneceu estável. Eu mantive a taxa de repetição do pulso em 15 kHz e a potência média incluída na descarga no nível de 1-1,2 kW. Para reduzir a potência necessária e equalizar o campo de temperatura, a área de trabalho do tubo foi isolada com lã cerâmica.
Aparelho durante o aquecimento.
À medida que se aquece, a cor da descarga muda de laranja neon para toda uma gama de cores, nas quais você pode ver o brilho do neon e as cores azul e esverdeada.
Logo depois, a geração de superluminosidade começou. Esqueci de mencionar que nessas experiências não usei nenhum ressonador óptico.
Com o aquecimento adicional, a energia aumentou e o próprio raio laser se tornou visível. A princípio, o feixe saiu de ambas as extremidades do tubo, mas a janela ao lado do bujão de evacuação de gás começou a ficar rapidamente empoeirada com cloreto de cobre condensado e outras sujeiras, o que levou à completa opacidade da janela. A janela do lado da entrada de gás permaneceu limpa.
Por conveniência, fotografar refletia o feixe com o espelho ao lado.
Depois que a descarga foi desligada, o tubo de quartzo, junto com o isolamento térmico, ficou claramente em brasa. Isso indica que a temperatura ideal era de pelo menos 700 graus.
Foi difícil avaliar a potência de saída, pois não era constante, mas dependia da seleção do modo elétrico. Com o superaquecimento, o poder diminuiu primeiro e depois a geração desapareceu completamente. Mas, no máximo, eu classificaria a potência não inferior a 100-200 mW de acordo com meus sentimentos subjetivos, apesar do fato de não haver ressonador óptico. Infelizmente, não há dispositivo para medir a potência. Para comparação, a potência de radiação alcançada por Yun'th Sothory é de 2 ordens de magnitude a menos - 2 mW, apesar da energia de pulso bastante decente. E o problema é a frequência da repetição. No entanto, ainda há espaço para melhorias no meu projeto - você precisa passar para grandes volumes do meio ativo e de um ressonador óptico, então alguns watts não são o limite. Mas de alguma forma mais tarde.
Fontes utilizadas:
- G. G. Petrash Lasers baseados em vapores de metais e seus halogenetos. Anais do Lebedev Physical Institute, volume 181, 1987
- www.repairfaq.org/sam/laserccb.htm#ccbtoc