Наверное, каждый, кто интересуется электронными самоделками, задавался вопросом, можно ли сделать лазер самостоятельно, в домашних условиях.
И наверняка, очень часто я встречал довольно предсказуемый ответ старейшин, что это очень сложно или почти невозможно, мол, лазерное излучение можно получить только из специальных дорогих кристаллов и стекол, или каких-то других неизвестных материалов, которые можно только добыть.
в Темных Болотах или на Дальнем Западе.
На самом деле это не так.
Число веществ, в которых возможен лазерный процесс, исчисляется тысячами, а некоторые из них находятся буквально под нашими ногами и буквально вокруг нас, повсюду.
Так, например, можно удивиться, узнав, что можно получить лазерную генерацию в водяном паре, в красителях, извлеченных из фломастеров, и, наконец, в углекислом газе, выдыхаемом многими живыми существами, лазерную генерацию с была получена мощность в сотни киловатт. Но есть еще одно лазерное действующее вещество, которое встречается гораздо чаще, чем все остальные вместе взятые.
Это азот, 78% которого содержится в атмосферном воздухе.
Если вы введете в Google запрос «самодельный лазер», первым появится азотный лазер со множеством примеров конструкций: 
Рассмотрим принцип его работы и конструкцию более подробно.
Азотный лазер – типичный представитель молекулярных газовых лазеров, работающий на электронных переходах в молекуле азота.
Его основным свойством является интенсивная генерация в ультрафиолетовом диапазоне с основной длиной волны 337,1 нм.
Свойства азота как рабочего тела делают возможной генерацию только в импульсном режиме, поскольку переходы являются самоограничивающимися, т.е.
длительность существования инверсной населенности при таких переходах ограничена накоплением частиц на нижнем уровне; оно не превышает времени жизни частиц на верхнем рабочем уровне.
Время жизни верхнего уровня азота составляет около 40 наносекунд, поэтому излучаемый лазерный импульс также очень короткий, порядка нескольких-десятков наносекунд. Это накладывает особые требования к электрическому импульсу возбуждения — он также должен быть коротким с крутым фронтом, чтобы за время жизни верхнего уровня успеть перевести большое количество молекул в возбужденное состояние.
В то же время азот как активная среда имеет очень высокий коэффициент усиления, настолько высокий, что зеркала не нужны – он легко может работать в режиме сверхсветимости, когда излучение усиливается за один проход. При этом он может работать в широком диапазоне давлений вплоть до атмосферного.
И, как оказалось, кислород в воздухе не мешает, хотя и снижает максимально достижимую мощность генерации.
Таким образом, перед мастером вырисовывается довольно привлекательная картина: рабочая среда предельно доступна, не нужна возня с вакуумом и газами, не нужны дефицитные материалы.
Даже зеркала оптического резонатора не нужны.
Просто нужно немного повозиться с высоким напряжением.
Рассмотрим подробнее устройство азотного лазера, которое предлагается для самостоятельного изготовления.
Исходя из требований к импульсу возбуждения, схема накачки лазера, как правило, строится на основе генератора Блюмлейна, состоящего из двух плоских конденсаторов, которые могут быть сформированы из нескольких слоев алюминиевой или медной фольги и диэлектрической пленки.
Переключатель в этом устройстве представляет собой простой разрядник, состоящий из двух винтов с закругленными головками.
Казалось бы, где же сам лазер? Причем процесс генерации лазерного излучения происходит практически незаметно – в зазоре между двумя металлическими линейками, в которых горит импульсный разряд. Линейки установлены на противоположных краях плоских конденсаторов С1 и С2. Разряд горит поперек оси линеек, а лазерное излучение выходит вдоль, соответственно получается газовый лазер с поперечным разрядом.
Чтобы предотвратить зажигание разряда во время зарядки конденсаторов, параллельно лазерному зазору подключают небольшой дроссель, который закорачивает зазор постоянным током.
Необходимо подать высокое (около 10-15 кВ) напряжение, как показано на схеме – и лазер заработает. В качестве источника ВВ подойдет любое подходящее средство – электрошокер, блок питания от ионизатора воздуха, электрофорная машина, источник ВВ от ЛТ-телевизора или монитора.
Так как он работает без зеркал, то излучение выходит с обоих концов линейки.
Поскольку он излучает ультрафиолет, это позволяет ознакомиться со свечением различных предметов и материалов.
Этот лазер также весьма удобен для накачки лазера на красителях – достаточно добавить воды в кювету с красителем и поместить ее под луч.
По этой же причине, а также поскольку энергия импульса очень мала (десятки микроджоулей), его излучение относительно безопасно для глаз, поскольку поглощается роговицей и не достигает сетчатки.
Хотя смотреть прямо на луч все же не следует – ультрафиолетовые ожоги роговицы – вещь довольно неприятная.
Таким образом, данная схема делает «порог входа» в мир лазерных технологий очень низким, такой лазер создан бесчисленным количеством людей.
Есть конструкции и похуже.
Зеленое пятно на первой фотографии — свечение «мишени» для излучения.
Есть более тщательные и точные, например этот. 
Да, такой лазер можно собрать менее чем за 2 минуты! Если, конечно, все исходные материалы подготовлены и дизайн проработан, т. е.
рука уже набита.
Доступность и простота конструкции такого лазера позволяет лабораториям западных университетов экономить немало средств, если у них нет особых требований к выходным параметрам.
Однако для обеспечения успешной работы такого лазера необходимо соблюдать несколько нюансов.
Самый главный из них – края электродных линеек должны быть максимально гладкими и иметь закругленные края, чтобы разряд не имел возможности собраться в одну искру, которая загорается из какой-то точки.
Второе — правильный выбор изолирующей пленки для плоских конденсаторов, чтобы получить максимально возможную емкость при максимально возможной электрической прочности.
Третье – правильный выбор зазора между электродами, который должен выдерживаться ровно по всей длине и составлять не более 2-3 мм.
Именно тогда через лазерный разряд будет получен кратчайший фронт тока.
Допуски по двум последним нюансам можно упростить, если снизить давление рабочего газа до 100-200 мм рт.ст. ст., а если вместо воздуха подавать чистый азот, то это автоматически означает появление, хотя и примитивной, вакуумной системы и заключение электродов в более или менее герметичном объеме.
В такой конфигурации можно увеличить расстояние между электродами и несколько снизить требования к крутизне фронта тока — плоские конденсаторы можно заменить компактными керамическими.
Но такая конструкция тоже имеет право на существование.
Например, самодельные лазеры с продувкой азотом от Джаррода Кинси.
Здесь из-за обилия разных предметов на его столе увидеть сам лазер довольно сложно.
Азотный лазер поперечного разряда пониженного давления, в котором плоские конденсаторы заменены керамическими.
Дизайн Томаса Раппа.
Если кого-то интересует очень подробное и подробное руководство по сборке такого лазера с описанием всех неочевидных нюансов, то стоит еще раз посмотреть Сайт Юн'а Сотори .
Существует также довольно популярная легенда о том, что лазерный эффект при искровом разряде в расширенных воздушных промежутках мог быть открыт задолго до открытия принципов работы лазера как такового, в то время, когда электричество только начинало осваиваться.
Но это красивая подделка, как этот рисунок.
Это не отменяет правдивости его содержания.
Статья с описанием «Викторианского лазера» находится Здесь .
Теперь рассмотрим основные конструкции серийно выпускаемых азотных лазеров.
На Западе абсолютно все встречавшиеся мне азотные лазеры имеют поперечную накачку разряда от генератора Блюмлейна.
Все то же самое, что и в описанном самодельном лазере, только добавлено удобное управление лазером, более совершенные источники питания, вместо простейшего разрядника - импульсного водородного тиратрона или управляемого разрядника высокого давления, вместо изготовленных больших плоских конденсаторов.
из пленки и фольги - много мелких керамических, а электроды, между которыми происходит разряд, расположены в замкнутом объеме, в котором можно регулировать давление и вообще заполнять любым другим газом.
Но принцип остается прежним.
Эта схема имеет следующие преимущества:
- Простота.
Как говорилось выше, во многих случаях даже конструкция самодельного простого азотного лазера, работающего в атмосферном воздухе, вполне применима даже при достаточно серьёзной научной работе в лаборатории.
- Энергия выходного импульса вполне серьезная – десятки миллиджоулей для крупных установок.
- Очень короткая длительность импульса, в некоторых случаях составляющая сотни пикосекунд.
- Сочетание двух предыдущих факторов позволяет достичь огромных импульсных мощностей — десятков и сотен мегаватт.
- Отвратительное качество света.
Пучок имеет не круглую, а продолговатую форму, с неравномерной интенсивностью по сечению.
В ряде случаев это не критично, когда, например, нужно накачать лазер на красителе.
- Ограниченная частота повторения импульсов, обычно не более нескольких десятков Гц.
- Нестабильность энергии от импульса к импульсу.
- Некоторые конструкции требуют периодического обслуживания – смены рабочего газа, поддержания его давления, периодической чистки и полировки электродов.
Давайте посмотрим, как выглядят азотные лазеры западных производителей и сравним их конструкцию с простейшим самодельным.
Малогабаритный азотный лазер от Spectra-Physics и его лазерная камера со жгутом.
Эt лазер поперечного разряда пониженного давления.
Вместо плоских конденсаторов стоят керамические, а сверху управляемый разрядник.
Лазерная камера заполнена азотом и герметизирована.
Мощный азотный лазер, работающий на незначительном переходе в синей области спектра.
Вы можете увидеть множество небольших керамических конденсаторов и блокировочный дроссель между электродами.
Для получения генерации на длинах волн, отличных от 337,1 нм, необходима добавка гелия к азоту.
Самая первая лазерная камера поперечного разряда, изготовленная в 1973 году.
Лазерная установка от Molectron. 
Внутренности мощного лазера с поперечным разрядом, который при замене газовой смеси и оптики может работать как СО2-лазер или как эксимерный лазер.
Внешний вид электродов серийного лазера с поперечным разрядом.
Лазерная камера для импульсов пикосекундной длительности.
Теперь, после всего сказанного выше, у меня возникнет вполне резонный вопрос, пробовал ли я повторить эту конструкцию.
На самом деле нет, я не пробовал.
Для этого были объективные причины.
Короче говоря, мне нравится совсем другой тип азотного лазера - лазер продольного разряда, а не поперечного! Но подробнее об этом в следующая часть .
Использованные источники: 1. www.jarrodkinsey.org 2. www.rapp-instruments.de 3. www.spakbangbuzz.com 4. www.jonsinger.org 5. www.swissrocketman.fr 6. www.mylaser.ucoz.ru. 7. www.laserkids.sourceforge.net 8. www.technology.niagarac.on.ca Надеюсь, я никого не забыл.
Теги: #Сделай сам или Сделай сам #лазеры #самодельный лазер #азотный лазер #простой лазер
-
Как Написать: Пиксель Или Пиксель? Обсудим?
19 Oct, 24 -
Zyxel Keenetic + Das Cfi = Бюджетный Nas?
19 Oct, 24 -
Viewdle Поднял Раунд
19 Oct, 24 -
Музей Цифрового Звука
19 Oct, 24 -
Новости О Новостях
19 Oct, 24
