登録とSMSなしで固体レーザーを構築する

レーザ。この言葉でいくら...など。学校の物理の教科書の1つを開いて、ルビーレーザーデバイスの写真を見て、興味を持って覚えています。これを行うことは、エンジニアガリンの双曲面の力を得ることに似ています。教科書の絵ではとても簡単でした！しかし、これを90年代の男子生徒に繰り返すことは、ファンタジーの領域からの何かでしょう。何年も経ち、LETIの量子電子工学科は卒業しましたが、夢は残りました。それを実装する時が来ました！じゃあ、行きましょう。



多くの人が知っているように、レーザーは気体、固体、半導体、液体、自由電子、気体力学、そしておそらく他のいくつかです。個人的に、私は常に固体レーザーに興味を持っていました-巨大なパルスパワーと設計の比較的単純さ。



固体レーザーのコンポーネントは何ですか？まず、アクティブな要素が必要です。



ほとんどの場合、活性元素は、合成ルビー、イットリウムアルミニウムガーネット（YAG）、イットリウムアルミニウムペロブスカイト（YAP）の結晶から作られ、ネオジムとネオジムガラスで活性化されます（他の何かに出くわす可能性がありますが、これはありそうにありません） 。



このようなアクティブエレメント（以下、AE）は、avito、ebay、meshok、またはlasers.org.ruやlaserforum.ruなどの専門のレーザーフォーラムで購入できます（これは90年代の学童には利用できませんでした！）。レーザーフォーラムの価格はフリーマーケットよりもはるかに低く、多くの場合、そこでの売り手は彼らが何を売っているのかを正確に知っていることに留意する必要があります。フリーマーケットでは、2人に1人が驚くほど高い価格で「ルビー」を販売していますが、販売されている「ルビー」のわずかに紫色に恥ずかしくないです。したがって、AEを購入する際の最初の項目はその識別です。



結晶とガラスを区別する方法は？通常、結晶性AEは滑らかなロッド表面を持ち（例外があります。たとえば、YAGとYAPの場合、スプリアスの生成を避けるために表面が溝で作られていることがあります）、エッジに厚みがありません。一方、ガラスAEは、表面が粗く、エッジが厚くなっています。これらの規則には例外があるかもしれませんが、私はそれらを知りません。



ルビーはロッドの端から色のない領域を持っていることがよくあります-これは、ルビーがそれ自体の放射線を吸収し、AEの端がクリスタルホルダーにあり、ポンプランプがそこに到達しないためです。単色のAEは、レーザーの効率を不可能にするか、大幅に低下させます... ガーネット、ペロブスカイト、ネオジム入りガラスにはそのような問題はありません。それらは自身の放射線を非常に弱く吸収します。



一部のAEは、スプリアスの生成を妨げる小さな斜角を持つことがあります（または、ブリュースター角の大きな斜角では、直線偏光放射を生成します）。両端の啓蒙も可能です。 AEを斜角と一緒に使用することはお勧めしません。斜角を揃えるのはより困難です。一般的に、私が知る限り、これらのロッドは通常、発電機ではなく増幅器からのものです。端にすでにミラーが適用されているルビーもあります。このようなルビーはレーザー距離計で使用されており、このようなAEを購入すると、ルビーのミラーを探したり、共振器を調整したりする手間が省けますが、このようなレーザーの耐久性はそれほど高くありません。



大きなAE、特にルビーのAEを購入しないように警告する必要があります。このようなAEをポンピングすることは非常に困難です。ザクロとペロブスカイトはスイングが最も簡単で、ガラスよりも重く、ルビーは通常、それ自体ではないかのようにポンプを食べます。 ネオジム入り





YAG





ルビー





ガラス



AEを選択するときは、ネオジムを含むガラスがケイ酸塩とリン酸塩であることを考慮に入れる必要があります（ガラスの種類もたくさんありますが、販売されているとは思えません）。リン酸塩はより効果的ですが、機械的および熱的強度が低くなります。一般に、熱的および機械的パラメータの観点から、どのガラスもルビーやガーネット、ペロブスカイトよりもはるかに劣っています。住宅建設業者が利用できるガラスのブランドは、LFS（レーザー（または発光？）リン酸塩ガラス）、LGS（レーザー（または発光？）生成ガラス）、KGSS（これはある種の量子生成（ケイ酸塩？）の略だと思います。リン酸塩？））ガラス）またはGLS（発光ガラスの生成）。 LGSとKGSSはメガネの古い名前です。最も一般的なガラスはGLS-1です（これは、いくつかの古いKGSSと、場合によってはLGSにも対応します）。彼はすべて大丈夫ですしかし、他の種類のガラスとは異なり、紫外線を恐れています。しかし、ペロブスカイトやルビーを含む手榴弾も紫外線を恐れています。それから、それらの中に常に存在する不純物が紫外線から回復されるので、それらはそれらの効率を失います。

また、ガーネットはペロブスカイトよりもわずかに効果が低くなります。ペロブスカイトが偏光しているという事実を使用して、ガーネットとペロブスカイトを区別できます。つまり、AEの終わりまでLCDモニターの画像を見て、結晶を回転させると、光透過率が最大から最小に変化し、バック。ザクロはこの特性を持っていません。

ペロブスカイトとルビーは偏光レーザー光を発します（通常は偏光を生成するためにカットされます）。ガーネットは無偏光の放射線を放出します。



ちなみに、緑色のレーザーを使ってルビーに照らすと、真っ赤に光ります。ザクロとネオジムを含むガラスはIRで放射し、期待どおりに緑色のレーザービームを吸収しますが、それらの輝きは見えません。



なぜガラスがすべての熱的および機械的問題にとても好まれているのか疑問に思っているなら、要点はAEの可能なサイズと結晶では不可能な高濃度のネオジムにあります-活性剤イオンは異なるサイズを持っています結晶の主要元素のイオン。ガラスはアモルファス材料であり、ネオジムを好きなだけポンピングできます。さらに、ガーネットやペロブスカイトよりもガラスの方が高いレーザー発振しきい値が達成されます。これは、レーザーが放出する前により多くのエネルギーを蓄積することを意味します。



それで、私たちは識別を終えました。次に、AEを選択するときに何を期待できるかを理解する必要があります。ルビーの場合、パルスモードで694 nmの明るい赤色の線を生成できます（連続出力では絶対に取得できません）。ネオジムを使用したガラスは、1062のIRでパルスモードで厳密に動作します（そうでない場合は破壊されます）。ケイ酸塩ガラスの場合はnm、リン酸塩ガラス、ガーネット、ペロブスカイトの場合は1054 nmを、1064 nmの同じIRでパルスモードと連続モード（ネオジムの充填量に応じて）の両方で発射できます。ネオジムには他の世代もありますが、主なものは上記のものです。また、ガーネットとペロブスカイトのゲインは、ガラスのゲインよりも1桁高くなっています。生成しきい値も大幅に低くなっています。ルビーでは、3レベルのポンピング方式のため、レイジングしきい値は非常に高くなります。まったく、レーザー発振しきい値は、AE内のドーパントの濃度（ガラスとガーネットの場合はネオジム/ルビーの場合はペロブスカイトとクロム）、AEの寸法、および共振器ミラーのパラメーターに強く関係しています。記事の最後に、しきい値ポンプエネルギーを計算するためのプログラムへのリンクを提供します。しきい値を超えるエネルギーは、約1％の効率でレーザービームに入ります。



AEには共振器が必要です。最も簡単な方法は、ファブリペロー共振器を組み立てることです。単純に2つの並列ミラーで構成されています。ただし、ミラーは単純ではなく誘電体である必要があります。 1つはほぼ100％の反射、もう1つは必要な透過率（通常、ガラスの場合は50％、パルスモードのガーネットとペロブスカイトの場合は90％、連続モードの場合は15％）です。ネオジムAEの場合、1064 nmのこれらのミラーには、すべてのaliexpressが散らばっていて、非常に安価です。透過と反射を混同しないでください。実際、パルスモードの場合、ミラーは高い耐放射線性を備えている必要がありますが、中国人がミラーのパラメータを教えてくれる可能性はほとんどありません。



ルビーに驚きが待っています。ルビーレーザーは歴史的に最初のものでしたが、3レベルのポンプ方式のために不便であることが判明したため、そのようなレーザーはほとんど製造されませんでした。 aliexpressで694nmのミラーを購入することはできませんが、フリーマーケットでは価格が気に入らないでしょう（ミラーの場合は1万ルーブル以上）。それにもかかわらず、GOR-100（ルビーに基づく光発生器、100 J）のこのようなミラーは、わずかに傷が付いていたものの、レーザーフォーラムの1つで私に提示されました。この寛大な人（彼のニックネームはSilverray）に非常に感謝しています。 。もちろん、DVDドライブのキャリッジからミラーを使用するオプションがあります（出力として光の中で緑、聴覚障害として光の中で青）、しかし私はそれらでルビーレーザーを起動することができませんでしたそのようなソリューションの成功についての情報があります。歴史的に、ルビーレーザーでは、鏡の端は単に銀でコーティングされていましたが、自宅でこれを行うことができるのは化学者だけです。また、銀は放射線を吸収して燃え尽きるため、誘電体ミラーの反射率と比較することはできません。





GOR-100の聴覚障害者用ミラー。





レーザー共振器。



共振器ミラーを調整する必要があります。これには進歩が必要です。私はいくつかの自家製の動きをしましたが、aliexpress（CO2レーザー用です）またはフリーマーケットで既製のものを購入することをお勧めします。問題は、そこにあるネジのペアが切断されているのではなく、研磨されているということです。磨かれたペアはぶら下がらず、再生されません。あなたは間違いなくこれを建設製品に見つけることはありません。





工業用ミラー スライド自家製ミラー





スライド



ランプ、リフレクター、AEは、クォントロンと呼ばれる1つのユニットにまとめられています。 Kvantronの既製（K-107、K-301など）を購入することも、自分で作ることもできます。レーザーヘッドリフレクター（およびレーザーヘッド自体）は、たとえば、セラミックヒューズケースから作成できます（このアイデアの作成者は、私が理解しているように、lasers.org.ruのNervです）。工業用リフレクターもセラミックまたはミラーで提供されます。鏡は時間とともに燃えます。セラミックは燃えません。ポンプランプが点滅すると、ペアの内部に付着した接着剤がすぐに焦げるので、自作のレーザーヘッドのセラミックケースを慎重に接着する必要があります。ランプとAEを手に取り、ホイルで包むだけの誘惑に駆られるかもしれません。はい、それはタイトパッキングと呼ばれ、それは素晴らしい働きをします！しかし、ホイルには厚いものが必要です-食べ物はすぐに使用できなくなり、せいぜいフレークに散らばります、そして最悪の場合、それは溶け始め、暗い斑点のある電球に食い込みます。





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-107 ,









固体レーザーは通常、ランプまたは他のレーザーによって励起されます。私たちのオプションはランプです。ランプは、連続レーザーとパルスレーザーに使用できます。連続ポンピング用の家庭用ランプは、DNP（アーク、ポンピング用、ストレートグローボディ）でマークされており、クリプトンランプです。私は彼らと一緒に働きませんでした。パルスポンピングは、ICPシリーズのキセノンランプ（それらでは機能しませんでした）、IFP（パルス、光照射、ストレートグローボディ）、およびINP（パルス、ポンピング用、ストレートグローボディ）によって実行されます。INPランプの場合、放電ギャップの直径と長さが示されます。たとえば、INP3-7 / 80の長さは80mm、放電チャネルの直径は7mmです。IFPシリーズは、最大エネルギーに応じてマークされています。たとえば、IFP-800は800Jの放電用のランプです。

フラッシュ時にこれらのランプを見ることは強くお勧めしません！

比較のために、ソビエトの「チャイカ」懐中電灯の放電エネルギーはわずか25Jです。次に800Jです。そして、IFP-5000 ...とIFP-20,000があります。 :)ランプの必要なフラッシュ時間は、通常1〜10ミリ秒の範囲です。ランプは動作中に非常に高温になり、AEと同様に、蒸留水で冷却する必要があると推測できます。ただし、めったにインパルスを与えない場合は、ランプ自体が冷える時間があります。ちなみに、これらのランプのスペクトルには多くの紫外線があります（消毒剤に注意してください-ミリ秒でウイルスやバクテリアは単純に蒸発しますが、多くの場合、表面と一緒に-焦げたような暗い紙）、上で述べたように、これは結晶とGLS-1ガラスに有害です。この紫外線は、ランプ冷却液中の添加剤、またはランプバルーンに塗布されたコーティング（INP3-7 / 80 Aランプなど）のいずれかによって遮断されます。冷却せずに燃え尽きる傾向があります。レーザーにはまだ水冷を使用していません。空気は十分な空気浄化を必要とするため、使用する価値はありません。そうしないと、AE、ミラー、ランプにほこりが付着し、その場所で燃え尽き症候群になります。そして、あなたは間違いなくこれを必要としません。ランプの放電ギャップの長さは、少なくともルビーのアクティブな（色付きの）部分の長さでなければなりません。ネオジムの場合、放電ギャップの長さを短くすることが許容されます。ネオジムの場合、放電ギャップの長さを短くすることが許容されます。ネオジムの場合、放電ギャップの長さを短くすることが許容されます。





ランプINP3-7 / 80A。



ランプを始動するには、所定の電圧（ランプによって異なり、通常は約1キロボルト以上）と10〜2キロボルトの点火パルスに対して、一連の戦闘用コンデンサが必要です。これにより、ランプのチャネルが確実に破壊されます。 。外部点火と順次点火の2つの点火方式があります。外部点火の場合、電球に巻かれたニッケル電極に高電圧パルスが印加されます。シリアルの場合、点火トランスがランプ供給回路に接続されます。私の選択は順次点火です-電球の外側に露出した電極はありません。この段階で、そのような電圧と電流に耐えることができるワイヤについて考える価値があります。セクションが0.75のPVMP-4を選択しました。もちろん、このセクションでは十分ではありませんが、これまでのところ十分であり、さらに、それらを並列に接続することもできます。





外部点火





シーケンシャルイグニッション



点火トランスは購入できる場合もありますが（TIS-3ブランドなど）、最初に燃料アセンブリのコアから作成し、次に外径4.5cmの4つの接着フェライトリングから別の新しいトランスを組み立てました。 、フッ素テープで接着した後、内径3cm、高さ1.5cm。このフレームに、断面が1 mm ^ 2のPV-1ワイヤーを17ターン巻きました。まだ十数キロボルトの滑りがあるので、これはすべてエポキシで惜しみなく溢れています。一次巻線は、断面が4 mm ^ 2の1ターンのワイヤーPV-1で構成されています（下の写真は、燃料集合体のコアに基づく古い変圧器で、一次巻線は単なるボルトです。放電コンデンサ2がμFx1500Vに切り替えられ、トランスの2次側に点火パルスが生成される場合よりも動作が悪くなります。このパルスを使用して、コンデンサのメインバッテリーをランプに瞬時に放電するか、最初にランプのパイロットアークに点火して、目的の周波数でポンピングするためのエネルギーを駆動することができます。このようなアークの装置は、アークが絶えず燃える場合は煮る、アークが絶えず燃えないが放電の少し前に燃え上がる場合はペンドシマーと呼ばれます。デューティアークはランプの寿命を大幅に延ばしますが、私はまだそれをしていません。だから私のオプションは、コンデンサバンクをすぐに点火パルスに放電することです。放電の少し前に点滅します。デューティアークはランプの寿命を大幅に延ばしますが、私はまだそれをしていません。だから私のオプションは、コンデンサバンクをすぐに点火パルスに放電することです。放電の少し前に点滅します。デューティアークはランプの寿命を大幅に延ばしますが、私はまだそれをしていません。だから私のオプションは、コンデンサバンクをすぐに点火パルスに放電することです。

一般的に、私のランプ電源には次の回路があります。 レーザー電源回路。注意！コンデンサC1を取り付けないでください!!!これは、25Vから1600Vまでの一般的なステップアッププッシュプルコンバータです。チューニングプロセス中に、サイリスタが頻繁に燃焼します。一連のパルスでサイリスタを制御すると、ほとんど燃焼しないことが実験的にわかりました。でる。 「ほぼ」、4か月に1回このような事件が発生し、この事件の後に保護チェーンを追加したためです。ランプの「ソフト」放電を確実にするために、ランプ供給回路のチョークが必要です。ランプの点火に最適なパラメータの計算は、Vakulenkoの著書「PowerSources of Lasers」にあり、この計算の一部は、レーザーポンピングエネルギーのしきい値を計算するための私のプログラムにあります。

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コンデンサにどのようなエネルギーを蓄える必要がありますか？まあ、少なくともしきい値を下回っていません。私のコンデンサは少なくとも600-800Jを保存します。ピーク-2200J。ちなみに、コンデンサは非常に望ましい低誘導性であり、これはポンプ用の電解質が悪いことを意味します。ただし、ルビーのレベルの寿命は3ミリ秒であるため、電解コンデンサはルビーレーザーに適しています。ランプが点火したときの逆波が通過しないように、通常のコンデンサでシャントする必要があるだけです。電解質を介して劣化を引き起こし、その後缶内で爆発します。 :)はい、私はそれを持っていました。したがって、私は今、ヘッドフォンをオンにしてレーザーを開始します-コロナウイルスの後、耳/頭の口笛は完全に消えませんでした。「強打」の後、口笛は強まるだけで、再び治療が必要になります。電解コンデンサの場合、チョークを放棄することもできます-それらはすでに非常に抑制されています。

ネオジムレーザーの場合、ネオジムのレベルの寿命がミリ秒未満であるため、K75-40bタイプなどのコンデンサが望ましい（正確な値は媒体によって異なる）。





私の電源の写真。 TVSでは変圧器はまだ古いです（家にいないだけなので、写真を撮り直すことはできません）。



安全メガネも忘れないでください。ご存知のように、セカンドアイはセットに含まれていません。また、Tleilaxuマスターもいません。 ROSOMZ ZN22-SZS22 LAZER22203を購入しました。694nmの場合、光学濃度は3（1000倍弱く）、1064の場合、光学密度は6（100万倍弱く）です。もちろん、眼鏡をかけてビームを直接見ることは絶対に許されません！





レーザー保護メガネ



レーザーのベースは巨大なスラブでなければなりません。位置合わせの精度はルビーの場合は約10秒角、ガーネット、ペロブスカイト、ガラスの場合はやや粗いため、質量が大きく耐久性が高いほど優れています。ガーネットとペロブスカイトは一般に、斜めに配置されたミラーを許容します。それらのゲインは非常に高く、共振器内でそれほど多くのビームパスは必要ありません。パルスモードのガーネットとペロブスカイトの出力ミラーでさえ、単純なガラス板（2つの面からの約10％の反射）に置き換えることができます。ですから、まずは住宅建設業者にザクロとペロブスカイトをお勧めします！がっかりすることはありません。



ベースにすべてを集めた後、レーザーを調整する必要があります。つまり、ミラーを互いに平行に、そしてAEの端に平行に設定する必要があります（これは重要です-端からの斜めの反射はビームエネルギーを減らします）。どうやるか？通常のレーザーポインター（これはパイロットレーザーになります）とミラーパンケーキをハードドライブから取り出します。 1インチのプラスチックの三角形をパンケーキに接着します（正方形を対角線上に2つに切り、鋸で切った部分を接着します）。コーナーの中央に（そしてミラーパンケーキを通して）約0.5〜1mmの穴を開けます。ビームが穴を通過するように、コーナーにポインタを貼り付けます。接着されたパンケーキをバイスに入れてポインターを保持するか、カメラから三脚に置きます（ここでは、マウントを賢くする必要がありますが、このオプションの方がはるかに便利です。角度と高さを簡単に変更できます）。このスキームでは、パンケーキは鏡の役割を果たし、鏡から反射されたビームを反射します。廊下の終わりでは、目でビームを探すのは非常に難しいので、ここではほとんどあなたの隣で反射されます）。次に、結果のパイロットレーザーをオンにして、調整されたレーザーから数メートル離します。ビームが共振器を通過するようにビームの高さを調整し、ミラーを調整して天井のAEを（レーザーフレームと一緒に）回転させることにより、AEとミラーの端の反射をハードに駆動します。パイロットレーザービームの出口点までプレートを駆動します。整列しましたか？まあ、それは全体の調整です。もちろん、比較的ラフですが、最初はうまくいくことがよくあります。その後、少なくともわずかに機能するレーザーを発射することにより、プリントを調整することが可能になります。レーザーがしきい値の近くで動作すると問題が発生する可能性があります-ターゲットにプリントが表示されます-エネルギーが低いです。しかし、それについてあなたができることは何もありません、あなたは打つことを試みなければなりません。もちろん、オートコリメータは調整する方がはるかに便利で正確ですが、自宅でどこで入手できますか...

そして今、結果

Rubyターゲット上のRubyレーザービーム



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ネオジムを含むGLS-9P12x260ガラス





金属用ネオジムガーネット





プラスチック上のネオジムガーネット





「ネオジムを使用したイットリウムアルミニウムガーネット上のレーザー」（Zverev、Golyaev、Shalaev、Shokin。1985）の本に従って、ネオジムとルビーレーザーの最小しきい値ポンプエネルギーを計算するためのプログラムを作成しました。



最小レーザーポンプエネルギーとランプフラッシュパラメータを計算するためのプログラム。







計算ではすべてが機能しているように見えますが、計算結果の信頼性は不明です（これを評価することをお勧めします）。

機能もあります：

1. ガーネットの発光の量子収率はわかりません。私はそれを0.59とみなしました。
2. フラッシュパルスの持続時間は2 * sqrt（L * C）としてカウントされ、「フラッシュ時間、s」フィールドに自動的に転送されません。計算で得られた時間に同意する場合は、ペンでこれを行う必要があります。
3. 入力したデータの種類と範囲は確認していません。プログラムで信頼できる結果が得られる場合は、後で実行する可能性があります。
4. ネオジムを含むガラスの場合、レーザーレベルが低い方の人口はわかりません。ネオジム濃度が既知のガーネットの人口をガラスまたはガーネットの人口にスケーリングします。

PS記事の写真のいくつかはインターネットから取られており、彼らの作者のものです。



PPSこれらすべてのレーザーをまとめるのを手伝ってくれたLasers.org.ruフォーラム全体に感謝します。