自制光剑激光:如何。 第二部分

免责声明:之所以进行此项目,是因为我非常热衷于获取激光辐射的艺术,主要是为了实现该过程,因此,我请您在评论中不要问“为什么这是必要的”问题。 以下信息仅供参考,作者对重复描述的后果不承担任何责任

第一部分摘要:

  • 建立了铜蒸气激光器UL-102的电源模型
  • 通过反复试验,发现可以产生辐射的条件
  • 接收到很大的辐射功率,约为1 W
  • 发射器的最终版本已组装
  • 然后出现一系列奇怪的失败,使项目面临关闭的风险。

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接下来发生了什么? 看下切。

由于有源元件UL-102泄漏,该项目被暂停。 2个月后发现该活动元件泄漏,将其置于工作状态下进行存储。 从其中的稳态气体压力来看,泄漏非常缓慢,因为仍然有可能向其中特征性形式的拖缆放火,但沿着排放通道不再着火。 尝试发现泄漏失败。 尽管已经安装了用于这种特定类型的有源元件的框架,并且不可能安装另一种类型的元件,但所有这些都是不可能的。

这就是AE流动后的放电情况。

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除了寻找新的UL-102,别无选择。 我不得不动员我在不同城市的各个研究所和激光实验室的所有联系,但这仍然给了我结果-在工厂包装盒中获得了一种新的活性元素,也是一种新的元素。 而且,他是发布的较新的一年。

打开新的AE包装:

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在寻找新的自动曝光期间,我设法结识了CVL电源方面的优秀专家,他指出了我的许多错误。 新的AE立即安装在完成的发射器中,并继续进行实验。 再次以最简单的方式返回了“直接激励方案”,但对晶闸管栅极电路进行了少量修改,从而使其运行稳定性提高到Blumlyayn发电机水平,但仍然不够。 这又是一次史诗般的故障-在长时间以额定功率运行期间,IVN的其中一个电源变压器的次级绕组被烧毁,并伴随着巨大的黄色苛性烟云的释放。 作为临时解决方案,这些变压器被苏联微波炉的高压变压器代替(这也是我的工作遗产)。

“临时解决变压器问题。” 这样做的代价是降低可达到的阳极电压。

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拆卸烧毁的变压器,以保留其铁芯以备新绕组使用。 在这张照片中,可以清楚地看到过热的原因-绕组具有良好的隔热性能。 一旦电流采样(对于苏联变压器可以超过20-30%)被略微超过,绕组就很容易过热。 我从来没有遇到过,铁窗的整个剩余部分(每侧大约1厘米,两侧大约5毫米)都充满了环氧树脂...

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当时电源无法解决的一个问题是,晶闸管在工作模式下的稳定性很差。 仍然可以产生光,但是维持激光的长期正常运行已经非常困难。 对科学期刊上许多文章的回顾使得有可能争论,其原因是晶闸管阳极在锁定时反向电压过大。 脉冲氢可控硅的独特之处在于,当所有等离子体都已经分解时,仅在通过可控硅的电流停止后25微秒内,才可以施加tgi700 \ 25和tgi1000 \ 25的最大反向电压(例如25 kV)。 假设不违反该规则是很合逻辑的,因为频率响应为10 kHz,这意味着脉冲之间的“间隙”为100μs。 但是我没有考虑一个因素。 晶闸管内部的电弧放电等离子体是惰性的。 如果不是全部,那么很多人可能还记得,如果您观察在大型变电站中被点燃的电弧灭绝的故事板,您会发现电弧并没有立即消失,但是在几帧的过程中,视频逐渐分解成独立的片段,然后逐渐消失。 脉冲氢可控硅也会发生同样的事情-电流停止(关断)后,电弧放电也会相对缓慢地冷却,衰减成碎片,然后完全消失。 仅在此过程结束后,才能对其施加25千伏的反向电压。 如果您提早进行此操作,则将发生晶闸管在相反方向上的新的未经授权的击穿,这将导致IVN短路及其电流保护功能的运行。 相反,并非所有事物都是如此。 在放电吸收的瞬间(在约定的后脉冲25μs到期之前),可以施加反向电压,并且晶闸管不会击穿。 但只有5伏。 因此,当晶闸管在铜蒸气激光泵浦电路中工作时,由于在闭合晶闸管时的各种非平稳过程而超过了该电压。 而且,恰好在激光放电中出现铜时,它变为最大,这极大地改变了作为发电机负载的AE的特性,从而导致失配。

已经尝试了许多方法来通过优化不同操作模式下的匹配来消除此现象,但是未获得根本结果-在放射线生成模式下能够稳定运行的条件被证明不适合加热模式,反之亦然。 根本的解决方案是仅通过添加新元素来更改功率单元的拓扑。

功率单元图再次被重做为两个晶闸管上看似有希望的“阿卡捷夫-马克思发生器”电路。 这保证了再次使用更简单,更易接近的晶闸管TGI1-700 \ 25,而不会使阳极耗散的功率过载。 为此,还重做了控制脉冲发生器,以便同时解锁2个晶闸管。 更新电路的想法是,它有2个电容器在充电时并联连接,并且在两个闸流管同时解锁时,这些电容器串联连接,结果将其电压相加并施加到AE电极上。 由于电极处的瞬时电压幅度增加,这也保证了AE上的脉冲前沿的陡度有所改善,结果是输出辐射功率的增加。 组装了电源单元的新布局,如下所示:

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尽管有更多详细信息,但在图中仍然看起来非常简单。

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测试表明,该电路在我的性能中完全无法操作-晶闸管开裂了。 也许我做错了。 之后,在咨询专家后,我决定再次更改电源单元的拓扑。 因此,修改了Blumlyayn生成器。 它几乎与通常的Blumlyayn生成器相同,但是添加了一些其他元素。 即,所谓的“电磁脉冲压缩电路”。 其工作的实质是在电感饱和时,流过可饱和电感的脉冲电流的幅度急剧增加。 由于一个脉冲传输的能量受到限制,并且初始脉冲持续时间也受到限制,因此在节流阀饱和和电路中的电流增加时,这部分能量与时间无关,只是在时间上“压缩”,AE(激光管)上的电流脉冲非常明显在缩小。 如果是这样,则可以增加通过晶闸管的电流脉冲的持续时间,并且可以减少在激光管上的脉冲持续时间,最重要的是,您可以增加AE上的前部斜率并增加输出辐射功率。 看起来很诱人。

这就是我用给定的零件值组装的电路的样子。

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电感器L2及时将电流脉冲扩展通过晶闸管,并且电感器L4是用于在激光管上对脉冲进行“磁性压缩”的可饱和电感器。 并且此电路终于开始稳定工作! 结果肯定证明了在制造非线性扼流圈上花费的精力是合理的。 我将对此进行更详细的介绍。 同样,我决定重复文献中描述的设计。 在那里提出了一种节流阀,该节流阀由一圈“厚”的铜管组成,并通过120个小的铁氧体环。 在冰箱商店购买了一条直径为12毫米的铜管。 购买了少量的铁氧体环。 剩下的唯一一件事就是将它们串在管道上。 一口气把它们串起来是不合理的-香肠太长了。 然后,我决定制作两根试管,在其上串60个环,然后将它们折叠成U形。 说起来容易做起来难。 事实是,管子不是十分光滑,并且在圆环中,直径略有十分之几毫米,但有所不同。 我什至碰到了孔呈圆锥形或椭圆形的环。 然后一次又一次。

企图用力拉环导致其瞬间破碎。 大约一半的人穿着自由,没有任何问题。 然后我不得不用砂纸处理铜管,直到下一个环开始攀爬。 然后再一次换皮肤,再换一次……如此重复直到结束。 结果,我们得到了这样的设计。

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它安装在电源装置的新布局中。

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安装正在运行。 激光正在预热。 半小时内,没有一次保护操作。 成功了! 最后,出现铜的自发发射,随后产生弱电。 然后调整谐振镜。 而且房间被有毒的绿色强烈激光束照亮!

白瓷砖墙上的光点是如此明亮,整个房间都被照亮了。 同时,辉光的亮度持续增加,直到达到恒定值。 随着亮度的增加,光束的颜色从有毒的绿色变为绿色的柠檬,表明有效地产生了黄线。 辐射功率超过先前获得的最小值几次,假定下限不小于3瓦。 功耗为1800瓦。

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穿过镜头的光束在纸板上强烈燃烧。

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视频上也进行了激光测试:



激光束清晰可见。 其直径对应于排放通道的直径20 mm。

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AE内部的工作温度下的放电通道几乎是白热的。

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在明亮的房间里,激光束清晰可见。

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在短焦透镜后面,光束的圆锥形首先会聚在焦点前面,然后发散(光线“收缩”的区域),非常漂亮。 最好不要将可燃物体放在焦点上。

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使用CD-ROM的一部分,您可以将光束分解为光谱。 可以清楚地看到,光束有绿色和黄色的线,而黄色的线则比以前强大得多。

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黄线可以通过阻止绿光(即橙色)的滤镜单独区分。

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现在可以呼气并开始从布局到成品的过渡。 机箱中装有第一台动力装置。 作为外壳的材料,选择了木材和胶合板,例如最容易用家用电动工具加工的那些。 所有元件都放置在紧凑的底座上,磁性压缩节流阀隐藏在下水道的一部分中,并用风扇将其吹走。 晶闸管阳极被其风扇吹走。 为了使热空气不会在密闭的外壳中积聚,安装了第三大功率的风扇,从而在设备内部产生了气流。 在组件安装期间,它看起来像这样。

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并组装-这样。

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接下来是功率晶闸管电网的控制发电机。 主振荡器和放大器移到一个公共外壳上,使其宽度和深度等于电源单元的宽度和深度。

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原来是仪表板之类的东西。 IVN块已经准备就绪,通常只需要添加侧壁即可。 同时,砌块的外部装饰仍在继续-决定将它们涂成黑色。

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准备好了,结果变成了这样。

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尽管如此,我仍然感到激光操作仍可以改善,并且辐射功率仍在增加,这让我感到困扰。 由于IVN内部仍然存在来自微波的“临时”变压器,因此在整流器之后无法获得超过5 kV的输出电压。 做出了一个坚定的决定-制造具有油绝缘和水冷却功能的全新高压变压器。 设置任务:输出7 kV交流电压,连续输出电流-400 mA。 从次级绕组开始,我决定以4.5 kV的电压开始每500V弯曲一次。 计算表明,在窗口完全充满的情况下,可以使用燃尽的变压器中的铁心。 首先缠绕变压器本身。

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然后,它被加固成一块薄纱板,通过该板得出所有结论。

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然后在接收废料时发现了一个钣金罐。

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线圈插入内部以冷却油。

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然后组装变压器。

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并设置在适当的位置。

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用新的变压器启动激光器会使功率增加到约5瓦! 即 原来,它与本文开头提到的出厂设置完全相同。 只有更小的尺寸,重量和更少的能耗。

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在全功率下,光束的颜色变得更黄。

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达到了预期的效果! 只有外观设计。 首先,我下令用英文印刷时尚的铭牌,以指示所有控件。 同时,激光的名字诞生了-Lightsaber。 由于激光束的功率,其厚度以及伴随激光操作的特征声音效果,非常让人联想到绝地光剑。 我童年时代对这种剑的梦想实现了,尽管形式如此扭曲。 强大的激光指示器的追随者也许就光剑的相似性与我不同意,但是,我认为,尽管它们不能像指示器一样挥舞,但这种激光具有更多的相似性。

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这是我来访的朋友对所产生的激光系统进行的视频回顾。


剩下的就是制作发射器的外壳并站立。 已经准备好其原料-直径为250 mm的塑料下水道。 将其切成一定尺寸,切开钟罩以使其不易察觉,并钻出通风孔。 支架也是用木头制成的,特别是用旧橱柜的墙壁制成的。 一个漂亮的提手附在箱子的顶部。

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然后,将所有东西都涂上油漆,并制作另外的假面板,从末端盖住箱子。 激光发射器终于恢复了其最终形状。

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激光管在黑暗中不祥的橙色光不会让任何人漠不关心。 尤其是那时,它会被险恶的绿色光芒所取代。

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最终电源的体积仅为普通冰箱的一半,总重量不超过100公斤。 这也击败了工厂内阁。 同时,它非常适合内部。

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这是一个有关家用激光系统的故事,它为我带来了激光技术,高压脉冲技术和其他相关学科方面的丰富经验。 没有我的朋友和熟人的支持,这个项目将无法实施。 我尤其要感谢帮助我获得UL-102的2种活性元素的人们,俄罗斯科学院西伯利亚分校物理与技术研究所的Pavel Gugin,他们为优化电源的电源部分提供了技巧和文献链接,Alex Neuromantix帮助我找到了科学文章。相关的和富有成果的讨论,亚历山大“刺猬”拉里奥诺夫的,我卖了闸流管,特别要感谢的事实载体和他的朋友,谁与俄罗斯这些闸流管的交货帮助,以及最后我要感谢丹尼斯“中子 风暴“为灵感做这个项目,有什么可以重新唤醒儿时的梦想。 以及所有监督该项目实施并提供道德支持的人员。 谢谢大家的阅读。 对于仍然有“为什么需要所有这些”问题的人,请阅读免责声明。

关于UL102的史诗结尾在这里

主要文献来源:

1. G. G.,G。Kazaryan,A.,Lyabin N.,A。铜蒸气激光器:设计特征和应用。 Fizmatlit,2005年

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. 基于自限金属过渡的激光器。 Fizmatlit,2011年

3. . . . , , 2014

4. . . . , . 181, 1987

PS: , 20 . 201 «». …

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Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN429496/


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