自制氯化铜蒸气激光

在一篇专门针对我的铜蒸气激光器的文章中,基于UL-102有源元件,评论中提出了这个问题-接下来会发生什么? 剩下的就是寻找一种自行制造有源激光元件的方法。 并找到了这种方法。 这将在今天的帖子中讨论。

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坦率地说,我早在制造有源元件UL102,GL201并设法构建电源之前就考虑过制造这种激光器。 我阅读了很长时间的金属蒸气激光器,并且很长一段时间都了解它们的特性-巨大的增益,可见光辐射的最高功率和效率,但是很长一段时间以来,它们超出了我的能力范围。 剩下的就是寻找关于它们的越来越多的信息。 在这里,我遇到了Sam的Laser FAQ网站,该中心收集有关如何使用几乎任何种类的市售激光器的各种信息,以及其中一些的许多自组装手册,并附有图纸和组装设计示例的说明。 从那里我了解到根本不需要使用金属铜来获得其原子的生成。 其盐,例如一价氯化物,溴化物或碘化物也非常合适。 盐的熔化温度比金属铜的熔化温度低两倍。 而且,在真空条件下,即使在熔融温度下,盐也充分地蒸发,以在脉冲气体放电中激发铜原子。 活性介质的激发原理与金属铜蒸气的激发原理相同,但有一个区别-放电时最初没有金属铜原子。 要获得它们然后激发它们,您需要两个接下来的,短时间间隔短且电波陡峭的电脉冲-首先,卤化铜分子衰减为铜和卤素原子,第二个脉冲紧接在第一个激发铜原子之后。

“在第一次之后立即”是指非常特定的时间间隔,大约为50至100微秒。 如果此间隔较长,则原子将有时间“淡入”分子,并且不会产生激光辐射。 这些两个脉冲的包的重复频率可以是任意的。 在同一Sam的Laser FAQ中,提出了以下氯化铜蒸气激光器的图。

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在这里,建议使用第三方热源(螺旋形)将激光管加热到工作温度,并从最简单的高压源提供放电,该高压源包括一个用于霓虹灯广告的变压器和两个单独的整流器,为两个单独的电容器充电-第一个电容器用于“解离”脉冲,第二个电容器用于“解离”脉冲世代相传。” 像特斯拉线圈一样,通过旋转火花隙将电容器切换到电子管。 触点的位置和转速决定了脉冲之间的时间间隔值和脉冲重复率。 作为缓冲气体,提出了氦气,以及一个光学谐振器-一个平面的镀铝玻璃板作为聋的镜子和一个平面平行玻璃,没有任何涂层作为输出。 在进一步阅读的过程中,找到了参考资料-G.G. Petrash“基于金属及其卤化物蒸气的激光。” 通常,所描述的设计是简单的,并且被设计为使用相对容易获得的组件。 但是她个人不适合我。 首先,存在嘈杂的火花隙和单个零件的纯机械组装。 然后,我决定研究来源。

在列别捷夫体育学院的收藏网站上,可应Google的要求轻松获得这本书。 这本书还有英文翻译,已经在邪恶的撰稿人勒索金钱的精心监督下。 但是我们100年都不需要它了:)

在源书中,类似地描述了激光操作的原理,但更详细地,给出了使用不同缓冲气体的操作的详细比较,给出了激光管的示例,并给出了非常重要的说明-如果脉冲重复频率超过8-10 kHz,则不需要数据包如果是双脉冲,则在每个激发脉冲处都会产生辐射时,这种操作模式称为“常规脉冲”模式,因为时间间隔肯定比原子重组为分子的时间短。 这样做的副作用是管子自发热(不需要外部热源)。 氖被认为是最好的缓冲气体,但是却表明了使用氦甚至氩气激光器的可操作性。 对于一个“普通”的人造人来说,本文所述的来源需要快速作用的氢闸流管,低电感电容器,强大的高压变压器,氖气等组件的不可接受的成本。 另外,提出了通过用石英玻璃和焊接电极进行焊接来进行所有管选择的方法,这些电极是IFP系列闪蒸管的一部分。 但这对我来说并不是障碍,因为与国外的远近不同,这些零件价格便宜且价格适中。 它们就是计划经济与市场经济之间的区别...

那时已经是遥不可及的2015年,我下令吹玻璃工制造出这种示意图设计的激光管。

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激光管由一个带有闪光灯2电极的外壳1组成。在外壳的中间,进行了激光3的工作物质氯化物或溴化铜的处理3。 需要进行这些处理,以使工作物质不会与管腔重叠。 窗口5焊接在激光管的末端,用于辐射输出。 为了结合在放电过程中形成的游离卤素,电极的空腔被铜屑堵塞。

同时,我与Laserkids.sourceforge.net Yun Sothory网站的作者讨论了构建这种激光器的想法。 随后,他对这个项目也产生了兴趣,并决定使用最原始的方法以自己的方式实施它,类似于Sam's Laser FAQ中描述的方法。 他的工作可以在这里找到。

同时,我的氯化铜激光器的激光管已经准备好,其设计遵循书中图所示。 灯管的内径为12毫米,放电长度为40厘米,灯管包含3个工艺和IFP800灯的电极。 在每个过程和电极上方都有用于填充工作物质以及泵送和流入气体的坡道。

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在短短几周的时间里,这种管的制造方法就使UL-102铜蒸气中的一种活性元素落入了我的手中。 然后将这根管放回很长的盒子里。 在使用UL102的过程中,出现了您已经熟悉的用于铜蒸气激光器的电源。

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在获得具有明显合适参数的精确工作电源后,决定返回临时激光管。 在填充工作物质和氖气后,RT压力为10 mm。 艺术 听筒开始看起来像这样。 使用一价氯化铜;杂质使其呈淡黄色。 为了以防万一,我将镍铬合金丝缠绕在芽上进行加热,以防万一。

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我用铜屑填充了电极节点中的空腔。

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与氯化铜特写镜头的接穗。

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从实验的最开始,事实证明不需要镍铬合金线。 不仅不需要加热,而且还存在很大的电容泄漏。 要密封该管也是一个轻率的决定-瞬间形成大量的氯,以至于放电几乎不被点燃并且不稳定。 氯释放到内部空间中,而铜在壁上沉积在壁上,铜既从电极上雾化,又在氯的分解过程中形成。 然后在某个时候,管子因意外撞击而破裂。 她不得不重做它,结果,她丢失了其中一个过程并缩短了长度。

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结果,该管开始在流动模式下进行测试。

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从一个轴上,它被一个31泵抽出;从第二个轴上,霓虹灯流过一个胰岛素针头。 压力设定在10-15mm RT的量级。 艺术 在流动模式下,情况立即变得更好-新鲜气体的涌入立即取代了氯化铜及其衰变产物所散发的杂质。 放电保持稳定。 我将脉冲重复频率保持在15 kHz,放电中包含的平均功率保持在1-1.2 kW的水平。 为了减少所需的功率并均衡温度场,该管的工作区域用陶瓷棉绝缘。

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预热期间的手机。

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当它变热时,放电的颜色从霓虹橙色变为整个色域,您可以在其中看到霓虹色以及蓝色和绿色。

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此后不久,超级发光开始了。 我忘了提到在这些实验中我没有使用任何光学谐振器。

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随着进一步加热,功率增加,并且激光束本身变得可见。 起初,光束从管子的两端出射,但排气管侧面的窗户很快被尘土覆盖,里面凝结着氯化铜和其他污物,导致窗户完全不透明。 进气口的窗户保持清洁。

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为方便起见,拍摄时用镜子将光束反射到侧面。

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关闭放电后,石英管和隔热材料明显发红。 这表明最佳温度至少为700度。

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由于输出功率不是恒定的,而是取决于电模式的选择,因此很难评估输出功率。 随着过热,功率首先下降,然后发电完全消失。 但是,尽管没有光学谐振器,但根据我的主观感受,我最多只能将功率定为100-200 mW以上。 不幸的是,没有用于测量功率的设备。 为了进行比较,尽管脉冲能量相当不错,但Yun'th Sothory的辐射功率却少了2个数量级-2 mW。 关键是重复的频率。 但是,我的设计仍有改进的余地-您需要继续使用大量的有源介质和光学谐振器,那么几瓦就不是限制。 但是不知何故。

使用的来源:

  1. G. G. Petrash。基于金属及其卤化物蒸气的激光。 列别捷夫体育学院学报,第181卷,1987年
  2. www.repairfaq.org/sam/laserccb.htm#ccbtoc

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN464279/


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