В одной из статей, посвящённой моему лазеру на парах меди на основе активного элемента УЛ-102, в комментариях был задан вопрос – что будет дальше? Тогда оставалось только найти способ сделать активный лазерный элемент самостоятельно.
И этот метод был найден.
Об этом пойдет речь в сегодняшнем посте.
Честно говоря, мысли сделать такой лазер у меня были задолго до того, как у меня появились активные элементы UL102, GL201 и удалось собрать источник питания.
Я давно читал о лазерах на парах металлов и давно знал об их свойствах - огромный выигрыш, высочайшая мощность и эффективность для видимого излучения, но долгое время они были мне недоступны.
Оставалось только искать о них все больше и больше информации.
И тут я наткнулся на сайт Sam's Laser FAQ, центр, который систематизирует всевозможную информацию как по обращению с серийно выпускаемыми лазерами практически любого типа, так и на массу руководств по самостоятельной сборке некоторых из них, которые сопровождаются чертежами.
и описания примеров собранных конструкций.
Оттуда я узнал, что вовсе не обязательно использовать металлическую медь для получения генерации от ее атомов.
Вполне пригодны и его соли, такие как одновалентный хлорид, бромид или йодид. А температура плавления солей в два раза ниже температуры плавления металлической меди.
Более того, в условиях вакуума, уже при температуре плавления, соли испаряются достаточно интенсивно, так что можно возбудить атом меди импульсным газовым разрядом.
Принцип возбуждения активной среды остается таким же, как и для паров металлической меди, но с одним отличием — изначально в разряде отсутствуют атомы металлической меди.
Для их получения и последующего возбуждения необходимы два последовательных электрических импульса небольшой длительности с крутым фронтом через небольшой интервал — в ходе первого происходит расщепление молекулы галогенида меди на атомы меди и галогена, второго импульса, следующего сразу за во-первых, возбуждает атомы меди.
«Сразу после первого» означает вполне конкретный временной интервал порядка 50-100 микросекунд. Если этот интервал будет больше, то атомы успеют «склеиться» обратно в молекулы и лазерного излучения не будет. Частота повторения этих пакетов из двух импульсов может быть произвольной.
В том же Sam’s Laser FAQ предлагался следующий рисунок лазера на парах хлорида меди.
Здесь предлагается нагревать лазерную трубку до рабочей температуры внешним источником тепла (спиралью), а питать электрический разряд от простого высоковольтного источника, состоящего из трансформатора для неоновой рекламы и двух отдельных выпрямителей, заряжающих два отдельных конденсатора - первый для «диссоциирующего» импульса, второй для «диссоциирующего» импульса.
Генерационный».
А конденсаторы предлагалось переключать на трубки с вращающимся разрядником, как в катушках Теслы.
Расположение контактов и скорость вращения определяли временной интервал между импульсами и частоту повторения импульсов.
В качестве гелий предлагается в качестве буферный газ, а оптический резонатор — плоская алюминизированная стеклянная пластинка в качестве отражающего зеркала и плоскопараллельное стекло без каких-либо покрытий в качестве выходного.
При дальнейшем чтении была обнаружена ссылка на первоисточник — книга Г.
Г.
Петраша «Лазеры».
на парах металлов и их галогенидов».
В целом описанная конструкция проста и рассчитана на использование относительно легкодоступных компонентов.
Но лично мне она не понравилась.
Прежде всего, наличие шумного разрядника и чисто Механическая сборка трубки из отдельных деталей Тогда я решил изучить первоисточник.
Эту книгу легко найти по запросу в Google на русском языке, на сайте собрания трудов Физического института им.
Лебедева.
Существует также английский перевод этой книги, который уже находится под пристальным наблюдением злобных переписчиков, вымогающих деньги.
Но нам это не нужно еще 100 лет :) В оригинальной книге принцип работы лазера описан аналогично, но более подробно, даны подробные сравнения работы с разными буферными газами, приведены примеры реализации лазерных трубок и дано очень важное примечание - если частота следования импульсов превышает 8-10 кГц, тогда пакеты двойных импульсов не нужны, такой режим работы называется режимом «регулярного импульса», когда излучение генерируется при каждом импульсе возбуждения, так как временной интервал заведомо меньше времени рекомбинация атомов в молекулы.
Побочным эффектом этого является самонагрев трубки (внешний источник тепла не требуется).
Неон был признан лучшим буферным газом, но была указана работоспособность лазера с гелием и даже аргоном.
Для «обычного» самодельщика то, что описано в первоисточнике, требует неприемлемых затрат на быстродействующий водородный тиратрон, конденсаторы малой индуктивности, мощный высоковольтный трансформатор, неон и тому подобные комплектующие.
Кроме того, все варианты трубок предлагалось изготавливать путем сварки кварцевого стекла с припаянными электродами, представлявшими собой секции от ламп-вспышек серии IFP. Но для меня это не стало помехой, так как в отличие от ближнего и дальнего зарубежья такие запчасти дешевы и доступны, если их поискать.
Вот в чем разница между плановой и рыночной экономикой.
Тогда это было уже далеко, в 2015 году, и я заказал знакомому стеклодуву сделать лазерную трубку с этой схематической конструкцией.
Лазерная трубка состоит из корпуса 1 с электродами от ламп-вспышек 2. В середине корпуса расположены удлинители 3, предназначенные для рабочего вещества лазера - хлорида или бромида меди.
Удлинители нужны для того, чтобы рабочее вещество не перекрывало просвет трубки.
К концам лазерной трубки приварены окна 5 для выхода излучения.
Для связывания свободного галогена, образующегося при разряде, полости электродов заполняются медной стружкой.
В то же время я обсуждал идею создания этого лазера с автором сайта laserkids.sourceforge.net Юном Сотори.
Впоследствии он тоже заинтересовался этим проектом и решил реализовать его по-своему, используя самый примитивный подход, близкий к описанному в Sam's Laser FAQ. Вы можете увидеть его работы Здесь .
Тем временем была готова лазерная трубка для моего хлормедного лазера, конструкция которой повторяет показанную на рисунке из книги.
Внутренний диаметр трубки 12 мм, длина разряда 40 см, трубка содержит 3 ответвления и электроды от ламп типа ИФП800. Над каждой из ветвей и электродов расположены стержни для заполнения рабочего тела, а также для откачки и нагнетания газа.
Буквально через пару недель после изготовления этой трубки ко мне в руки попал активный медный элемент UL-102. А потом эту трубу очень надолго положили на полку.
В ходе работы с UL102 появился уже знакомый источник питания для лазеров на парах меди.
После того как я получил точно работающий источник питания с заведомо подходящими параметрами, было решено вернуться к самодельной лазерной трубке.
После заполнения рабочим веществом и неоном до давления 10 мм рт.ст. Искусство.
Трубка стала выглядеть вот так.
Использовали одновалентный хлорид меди; примеси придают ему желтоватый цвет. На всякий случай обмотал побеги нихромовой проволокой для обогрева, вдруг понадобится.
Полости в электродных узлах я заполнил медной стружкой.
Крупный план процесса с хлоридом меди.
С самого начала экспериментов стало ясно, что нихромовая проволока не нужна.
Мало того, что нагрев не требовался, так еще и на него была очень сильная емкостная утечка.
Запаивать эту трубку тоже было опрометчивым решением – в один момент образовалось много хлора, настолько много, что разряд трудно зажегся и был нестабильным.
Хлор выделялся во внутреннее пространство, а тем временем на стенках оседала медь, как распыленная с электродов, так и образовавшаяся при разложении хлорида.
И тут в какой-то момент трубка треснула от случайного удара.
Его пришлось переделывать, в результате чего он потерял один из отростков и уменьшился в длине.
В результате эту трубку начали испытывать в проточном режиме.
Из одного стержня откачивали насосом 3НВР1Д, из второго через инсулиновую иглу поступала неон.
Давление установили примерно на уровне 10-15 мм рт.ст. Искусство.
В проточном режиме дела сразу пошли лучше – приток свежего газа сразу вытеснил как примеси, вырывающиеся из хлорида меди, так и продукты ее разложения.
Выделения оставались стабильными.
Я поддерживал частоту повторения импульсов на уровне 15 кГц, а среднюю мощность, включаемую в разряд, на уровне 1-1,2 кВт. Для снижения требуемой мощности и выравнивания температурного поля рабочая зона трубки была теплоизолирована керамической ватой.
Трубка во время прогрева.
По мере нагревания разряда цвет разряда меняется от неоново-оранжевого до целой гаммы цветов, в которой видно неоновое свечение, синий и зеленоватый цвета.
Вскоре после этого началась генерация в режиме сверхсветимости.
Забыл упомянуть, что в этих экспериментах я не использовал никакой оптический резонатор.
По мере продолжения нагрева мощность увеличивалась, и сам лазерный луч становился видимым.
Сначала луч выходил из обоих концов трубки, но окно со стороны газоперекачивающей штанги быстро начало запыляться конденсатом хлористой меди и прочей грязью, что привело к тому, что окно стало полностью непрозрачным.
Окно со стороны входа газа осталось чистым.
Для удобства фотографирования луч отражался в сторону зеркалом.
После выключения разряда кварцевая трубка вместе с теплоизоляцией были явно раскалены.
Это свидетельствует о том, что оптимальная температура составляла не менее 700 градусов.
Выходную мощность было трудно оценить, так как она не была постоянной, а зависела от выбора электрического режима.
При перегреве мощность сначала падала, а потом вообще пропадала генерация.
Но по моим субъективным ощущениям максимальную мощность я бы оценил не менее 100-200 мВт, несмотря на отсутствие оптического резонатора.
К сожалению, устройства для измерения мощности не существует. Для сравнения, мощность излучения, достигнутая Юном Сотори, на 2 порядка меньше – 2 мВт, несмотря на довольно приличную энергию импульса.
Все дело в частоте повторений.
Однако моей конструкции еще есть куда совершенствоваться — нужно переходить к большим объемам активной среды и оптическому резонатору, тогда несколько ватт — не предел.
Но как-то позже.
Использованные источники:
- Г.
Г.
Петраш Лазеры на парах металлов и их галогенидов.
Известия Физического института им.
Лебедева.
181, 1987 г.
- www.repairfaq.org/sam/laserccb.htm#ccbtoc
-
Как Избежать Мошенничества В Интернете
19 Oct, 24 -
Выбор Архитектурного Стиля. Часть 4
19 Oct, 24 -
Выпуск Пи-Программы Пиратской Партии России
19 Oct, 24 -
Сети Для Самых Маленьких. Часть Седьмая. Vpn
19 Oct, 24 -
Подержанное Программное Обеспечение
19 Oct, 24 -
Самое Маленькое Радио В Мире
19 Oct, 24
