Ο όρος «λέιζερ» στην πραγματικότητα σημαίνει «ενίσχυση φωτός με διεγερμένη εκπομπή ακτινοβολίας». Το πρώτο λέιζερ, το οποίο χρησιμοποίησε έναν κύλινδρο ρουμπίνι επικαλυμμένο με ασήμι ως αντηχείο, αναπτύχθηκε το 1960 στα ερευνητικά εργαστήρια Hughes της Καλιφόρνιας. Σήμερα, τα λέιζερ χρησιμοποιούνται για διάφορα πράγματα, από τη μέτρηση έως την ανάγνωση κρυπτογραφημένων δεδομένων, και υπάρχουν διάφοροι τρόποι κατασκευής λέιζερ, ανάλογα με τον προϋπολογισμό και τις δυνατότητες.
Βήμα
Μέρος 1 από 2: Κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των λέιζερ
Βήμα 1. Παρέχετε μια πηγή ενέργειας
Τα λέιζερ λειτουργούν, ή «λέιζερ», διεγείροντας τα ηλεκτρόνια να εκπέμπουν φως συγκεκριμένου μήκους κύματος. (Η διαδικασία προτάθηκε για πρώτη φορά το 1917 από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν.) Για να εκπέμψουν φως, τα ηλεκτρόνια πρέπει πρώτα να απορροφήσουν ενέργεια για να προωθηθούν σε υψηλότερη τροχιά και στη συνέχεια να απελευθερώσουν αυτή την ενέργεια ως φως με την επιστροφή στην αρχική τους τροχιά. Αυτή η πηγή ενέργειας ονομάζεται "αντλία".
- Μικρά λέιζερ, όπως αυτά σε συσκευές αναπαραγωγής CD και DVD και δείκτες λέιζερ, χρησιμοποιούν ηλεκτρικό κύκλωμα για να παρέχουν ηλεκτρικό ρεύμα σε μια δίοδο, η οποία λειτουργεί ως αντλία.
- Το λέιζερ διοξειδίου του άνθρακα αντλείται από ένα ηλεκτρικό ρεύμα για να διεγείρει τα ηλεκτρόνια.
- Τα λέιζερ Excimer λαμβάνουν ενέργεια από χημικές αντιδράσεις.
- Τα λέιζερ από κρύσταλλο ή γυαλί χρησιμοποιούν ισχυρή πηγή φωτός, όπως λάμπα τόξου ή λάμπα φλας.
Βήμα 2. Διοχετεύστε την ενέργεια μέσω του ενισχυτικού μέσου
Το ενισχυτικό μέσο ή το ενεργό μέσο λέιζερ, ενισχύει την ενέργεια που απελευθερώνεται από τη δέσμη λόγω των διεγερμένων ηλεκτρονίων. Το ενισχυτικό μέσο μπορεί να είναι ένα από τα ακόλουθα:
- Ημιαγωγοί κατασκευασμένοι από υλικά όπως αρσενίδιο γαλλίου, αρσενίδιο γαλλίου αργιλίου ή αρσενίδιο ινδίου γαλλίου.
- Ο κρύσταλλος με ρουμπίνι που μοιάζει με κύλινδρο που χρησιμοποιήθηκε στο πρώτο λέιζερ που κατασκευάστηκε από τα εργαστήρια Hughes. Έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί ζαφείρια και ρόδια, καθώς και οπτικές ίνες γυαλιού. Το γυαλί και οι κρύσταλλοι υποβάλλονται σε επεξεργασία με ιόντα μετάλλων σπάνιας γης.
- Κεραμικά, τα οποία είναι επίσης προεπεξεργασμένα με ιόντα σπάνιας γης.
- Υγρά, συνήθως βαφές, αν και τα υπέρυθρα λέιζερ παράγονται χρησιμοποιώντας ένα τζιν και τονωτικό ως μέσο ενίσχυσης. Το γλυκό ζελατίνης (Jell-O) έχει επίσης χρησιμοποιηθεί με επιτυχία ως μέσο ενίσχυσης.
- Αέρια, όπως διοξείδιο του άνθρακα, άζωτο, ατμοί υδραργύρου ή μίγμα ηλίου-νέον.
- Χημική αντίδραση.
- Προβολέας ηλεκτρονίων.
- Πυρηνική ύλη. Το πρώτο λέιζερ ουρανίου δημιουργήθηκε τον Νοέμβριο του 1960, έξι μήνες μετά τη δημιουργία του πρώτου λέιζερ ρουμπίνι.
Βήμα 3. Ρυθμίστε τους καθρέφτες για να χωρέσει το φως
Ο καθρέφτης, ή αντηχείο, διατηρεί τη δέσμη στον θάλαμο λέιζερ μέχρι να φτάσει στο επιθυμητό επίπεδο ενέργειας για εκφόρτιση, είτε μέσω ενός μικρού ανοίγματος σε έναν από τους καθρέφτες είτε μέσω ενός φακού.
- Η απλούστερη ρύθμιση αντηχείων, ο γραμμικός συντονιστής, χρησιμοποιεί δύο καθρέφτες τοποθετημένους ο ένας απέναντι από τον άλλο στον θάλαμο λέιζερ. Αυτή η ρύθμιση παράγει μία μόνο δέσμη φωτός.
- Μια πιο περίπλοκη διάταξη, το αντηχείο δακτυλίου, χρησιμοποιεί τρεις ή περισσότερους καθρέφτες. Αυτή η διάταξη μπορεί να παράγει μια μονή δέσμη, με τη βοήθεια ενός οπτικού απομονωτή, ή μια διπλή δέσμη.
Βήμα 4. Χρησιμοποιήστε έναν φακό εστίασης για να κατευθύνετε τη δέσμη μέσω του ενισχυτικού μέσου
Μαζί με τον καθρέφτη, ο φακός βοηθά στην εστίαση και την κατεύθυνση του φωτός έτσι ώστε το ενισχυτικό μέσο να παίρνει όσο το δυνατόν περισσότερο φως.
Μέρος 2 από 2: Δημιουργία λέιζερ
Μέθοδος Πρώτη: Δημιουργία λέιζερ από συσκευή λέιζερ
Βήμα 1. Βρείτε ένα κατάστημα που πωλεί συσκευές λέιζερ
Μπορείτε να πάτε σε ένα ηλεκτρικό κατάστημα ή να αναζητήσετε στο διαδίκτυο μια "συσκευή λέιζερ", "μονάδα λέιζερ" ή "δίοδο λέιζερ". Η συσκευή λέιζερ πρέπει να περιλαμβάνει:
- κύκλωμα ελεγκτή. (Αυτό το μέρος πωλείται μερικές φορές χωριστά από άλλα εξαρτήματα.) Αναζητήστε ένα κύκλωμα ελέγχου που θα σας επιτρέψει να ρυθμίσετε το ρεύμα.
- Διόδους λέιζερ.
- Φακός, γυαλί ή πλαστικό, ο οποίος μπορεί να ρυθμιστεί. Συνήθως, η δίοδος και ο φακός συσκευάζονται μαζί σε ένα μικρό σωλήνα. (Αυτά τα εξαρτήματα πωλούνται μερικές φορές χωριστά από το κύκλωμα του ελεγκτή.)
Βήμα 2. Συναρμολογήστε το κύκλωμα του ελεγκτή
Πολλές συσκευές λέιζερ απαιτούν από εσάς να δημιουργήσετε το δικό σας κύκλωμα ελεγκτή. Αυτός ο τύπος συσκευής περιλαμβάνει μια πλακέτα κυκλώματος και συναφή μέρη και πρέπει να τα κολλήσετε μαζί, σύμφωνα με το σχηματικό σχήμα που συνοδεύει τη συσκευή. Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες συσκευές που έχουν ενσωματωμένο κύκλωμα ελέγχου.
- Μπορείτε επίσης να σχεδιάσετε μόνοι σας το κύκλωμα του ελεγκτή, εάν έχετε την τεχνογνωσία των ηλεκτρονικών για να το κάνετε. Το κύκλωμα ελεγκτή LM317 είναι ένα εξαιρετικό πρότυπο για το σχεδιασμό του δικού σας κυκλώματος. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε κύκλωμα αντίστασης-πυκνωτή έτσι ώστε η παραγόμενη ενέργεια να μην εκπέμπει υπερβολικούς παλμούς.
- Αφού κατασκευάσετε το κύκλωμα του ελεγκτή, δοκιμάστε το συνδέοντάς το σε μια δίοδο εκπομπής φωτός (LED). Εάν η λυχνία LED δεν ανάψει αμέσως, ρυθμίστε το ποτενσιόμετρο. Εάν το πρόβλημα παραμένει, ελέγξτε ξανά το κύκλωμα και βεβαιωθείτε ότι όλα τα μέρη είναι σωστά συνδεδεμένα.
Βήμα 3. Συνδέστε το κύκλωμα του ελεγκτή με τη δίοδο
Εάν έχετε ψηφιακό πολύμετρο, συνδέστε το στο κύκλωμα για να παρακολουθείτε το ρεύμα που λαμβάνει η δίοδος. Οι περισσότερες δίοδοι μπορούν να φιλοξενήσουν ένα εύρος 30-250 milliamperes (mA), ενώ ένα εύρος 100-150 mA θα παράγει μια αρκετά ισχυρή δέσμη.
Αν και μια ισχυρότερη δέσμη από τη δίοδο θα παράγει ένα πιο ισχυρό λέιζερ, το επιπλέον ρεύμα που απαιτείται για τη δημιουργία της δέσμης θα καεί και θα καταστρέψει τη δίοδο πιο γρήγορα
Βήμα 4. Συνδέστε την πηγή ισχύος (μπαταρία) στο κύκλωμα του ελεγκτή
Η δίοδος πρέπει να λάμπει τώρα.
Βήμα 5. Ρυθμίστε το φακό ώστε να εστιάζει τη δέσμη λέιζερ
Εάν θέλετε να επισημάνετε έναν τοίχο, ρυθμίστε τον μέχρι να εμφανιστεί ένα ωραίο φωτεινό σημείο.
Αφού ρυθμίσετε σωστά τον φακό, τοποθετήστε ένα ραβδί σπίρτου στη διαδρομή λέιζερ και ρυθμίστε τον φακό μέχρι να αρχίσει να καπνίζει η κεφαλή του σπίρτου. Μπορείτε επίσης να δοκιμάσετε να φυσήξετε μπαλόνια ή να ανοίξετε τρύπες στο χαρτί με λέιζερ
Μέθοδος δεύτερη: Παραγωγή λέιζερ από χρησιμοποιημένες διόδους
Βήμα 1. Αποκτήστε ένα μεταχειρισμένο πρόγραμμα εγγραφής DVD ή Blu-Ray
Αναζητήστε μια μονάδα με ταχύτητα εγγραφής 16x ή μεγαλύτερη. Η μονάδα διαθέτει δίοδο με ισχύ εξόδου 150 milliwatt (mW) ή μεγαλύτερη.
- Η συσκευή εγγραφής DVD έχει μια κόκκινη δίοδο με μήκος κύματος 650 νανόμετρα (nm).
- Ο συγγραφέας Blu-Ray έχει μια μπλε δίοδο με μήκος κύματος 405 nm.
- Η συσκευή εγγραφής DVD πρέπει να είναι αρκετά ικανή να γράφει δίσκους, αν και δεν χρειάζεται να είναι επιτυχής. (Με άλλα λόγια, η δίοδος πρέπει να λειτουργεί ακόμα).
- Μην χρησιμοποιείτε συσκευή ανάγνωσης DVD, συσκευή εγγραφής CD ή συσκευή ανάγνωσης CD για να αντικαταστήσετε τη συσκευή εγγραφής DVD. Οι συσκευές ανάγνωσης DVD έχουν κόκκινες διόδους, αλλά όχι τόσο ισχυρές όσο οι συσκευές εγγραφής DVD. Οι δίοδοι εγγραφής CD είναι αρκετά ισχυρές, αλλά εκπέμπουν φως στην περιοχή υπέρυθρων ακτίνων, οπότε πρέπει να αναζητήσετε δέσμες που δεν μπορείτε να δείτε.
Βήμα 2. Πάρτε τη δίοδο από τη συσκευή εγγραφής DVD/Blu-Ray
Αναστροφή συσκευής. Υπάρχουν τέσσερις ή περισσότερες βίδες που πρέπει να αφαιρεθούν προτού ανοίξει η συσκευή και αφαιρεθεί η δίοδος.
- Μόλις ανοίξει η συσκευή, θα υπάρχει ένα ζευγάρι μεταλλικά πλαίσια που συγκρατούνται με βίδες. Το πλαίσιο συγκρατεί τα εξαρτήματα λέιζερ. Αφού αφαιρέσετε τις βίδες, μπορείτε να αφαιρέσετε το πλαίσιο και να αφαιρέσετε τα εξαρτήματα του λέιζερ.
- Οι δίοδοι είναι μικρότερες από τα νομίσματα. Η δίοδος έχει τρία μεταλλικά πόδια και μπορεί να περικλείεται σε μεταλλικό στρώμα, με ή χωρίς διαφανές προστατευτικό παράθυρο ή μπορεί να είναι ανοιχτό.
- Πρέπει να πάρετε τη δίοδο από το εξάρτημα λέιζερ. Για να διευκολύνετε τα πράγματα, αφαιρέστε πρώτα τη ψύκτρα από το εξάρτημα λέιζερ πριν επιχειρήσετε να αφαιρέσετε τη δίοδο. Εάν έχετε αντιστατικό ιμάντα καρπού, φορέστε το όταν σηκώνετε τη δίοδο.
- Χειριστείτε τη δίοδο με προσοχή, ακόμη πιο προσεκτικά εάν πρόκειται για ανοιχτή δίοδο. Προετοιμάστε μια αντιστατική θήκη για να αποθηκεύσετε τις διόδους μέχρι να είστε έτοιμοι να κατασκευάσετε το λέιζερ.
Βήμα 3. Αποκτήστε έναν φακό εστίασης
Η δέσμη της διόδου πρέπει να περάσει από τον φακό εστίασης για να παράγει λέιζερ. Μπορείτε να το κάνετε με έναν από τους ακόλουθους δύο τρόπους:
- Χρησιμοποιήστε έναν μεγεθυντικό φακό ως εστίαση. Μετακινήστε τον μεγεθυντικό φακό μέχρι να βρείτε το σωστό σημείο για την παραγωγή της δέσμης λέιζερ και αυτό πρέπει να γίνεται κάθε φορά που θέλετε να χρησιμοποιήσετε το λέιζερ.
- Πάρτε ένα κιτ σωλήνα φακού με δίοδο λέιζερ χαμηλής ισχύος, όπως 5 mW, και αντικαταστήστε τη δίοδο με μια δίοδο από ένα πρόγραμμα εγγραφής DVD.
Βήμα 4. Λάβετε ή δημιουργήστε ένα κύκλωμα ελεγκτή
Βήμα 5. Συνδέστε τη δίοδο στο κύκλωμα του ελεγκτή
Συνδέστε το θετικό καλώδιο της διόδου στο θετικό καλώδιο του κυκλώματος ελεγκτή και το αρνητικό καλώδιο στο αρνητικό καλώδιο. Η θέση των ακίδων διόδου ποικίλλει ανάλογα με το αν χρησιμοποιείτε κόκκινη δίοδο από συσκευή εγγραφής DVD ή μπλε δίοδο από συσκευή εγγραφής Blu-Ray.
- Κρατήστε τη δίοδο με τα πόδια στραμμένα προς το μέρος σας, περιστρέφοντάς την έτσι ώστε οι βάσεις των ποδιών να σχηματίζουν ένα τρίγωνο που δείχνει προς τα δεξιά. Και στις δύο διόδους, το πάνω πόδι είναι το θετικό πόδι.
- Στην κόκκινη δίοδο της συσκευής εγγραφής DVD, το πόδι στη μέση, που σχηματίζει την κορυφή του τριγώνου είναι το αρνητικό πόδι.
- Στη μπλε δίοδο του συγγραφέα Blu-Ray, το κάτω πόδι είναι το αρνητικό πόδι.
Βήμα 6. Συνδέστε την πηγή ισχύος στο κύκλωμα του ελεγκτή
Βήμα 7. Ρυθμίστε το φακό ώστε να εστιάζει τη δέσμη λέιζερ
Συμβουλές
- Όσο μικρότερη εστιάζετε τη δέσμη λέιζερ, τόσο πιο ισχυρό θα είναι το λέιζερ, αλλά θα είναι αποτελεσματικό μόνο σε αυτό το εστιακό μήκος. Εάν εστιάζεται σε απόσταση 1 m, το λέιζερ είναι αποτελεσματικό μόνο σε απόσταση 1 m. Όταν δεν θέλετε να χρησιμοποιήσετε το λέιζερ, διασκορπίστε την εστίαση του φακού μέχρι η ακτίνα λέιζερ να έχει τη διάμετρο περίπου μιας μπάλας πινγκ πονγκ.
- Για να προστατέψετε τη συσκευή λέιζερ, αποθηκεύστε την σε ένα δοχείο, όπως έναν φακό LED ή μια βάση μπαταρίας, ανάλογα με το πόσο μικρό είναι το κύκλωμα του ελεγκτή σας.
Προειδοποίηση
- Μην λάμπετε το λέιζερ σε επιφάνεια που αντανακλά το φως. Τα λέιζερ είναι δέσμες φωτός και μπορούν να αντανακλώνται ακριβώς όπως ακτίνες χωρίς εστίαση, μόνο με μεγαλύτερες συνέπειες.
- Φοράτε πάντα γυαλιά που είναι ειδικά για το μήκος κύματος της δέσμης λέιζερ με την οποία εργάζεστε (σε αυτή την περίπτωση, το μήκος κύματος της διόδου λέιζερ). Τα γυαλιά λέιζερ κατασκευάζονται σε χρώματα που εξισορροπούν το χρώμα της δέσμης λέιζερ: πράσινο για το κόκκινο λέιζερ 650 nm, κόκκινο-πορτοκαλί για το μπλε λέιζερ 405 nm. Μη χρησιμοποιείτε κράνη συγκόλλησης, γυαλιά με ραβδώσεις ή γυαλιά ηλίου στη θέση των γυαλιών λέιζερ.
- Μην κοιτάτε την πηγή ακτίνων λέιζερ και μην λάμπετε το λέιζερ στα μάτια των ανθρώπων. Τα λέιζερ κλάσης IIIb, ο τύπος λέιζερ που συζητείται σε αυτό το άρθρο, μπορούν να βλάψουν το μάτι, ακόμη και με τη χρήση γυαλιών λέιζερ. Η αδιάκριτη ακτινοβολία ακτίνας λέιζερ είναι επίσης παραβίαση του νόμου.
