写真©fabymartin.com



最近、New Scientist誌に可変波長レーザーの開発に関する興味深い記事が掲載されました。 arXiv.orgでの元の作業をレビューし、実験的なセットアップを見て、このデバイスはそれ自体で組み立てるのに十分簡単であると判断しました。



主なアイデアは、多くの反射性ボールを色素レーザーの作業体に導入し、それらを非常に速く振って、まるで浮遊しているように振る舞うことです。 次に、色素は外部放射源でポンピングされ、振動の周波数を変えることにより、色素から放出されるレーザー放射の異なる波長をフィルターで除去することができます。



インストール全体は、6つのコンポーネントで構成されています。

• レーザー染料、この場合はローダミンB
• ベアリングからの多くの小さなボール
• ボールと染料が入れられる小さなガラス容器
• 機械的振動源としてのスピーカー
• 色素ポンプレーザー
• 可変周波数発生器

レーザーモジュールとポンピングデバイス

レーザーモジュールのコンポーネント。 左から：0.1 mol / L、0.01 mol / Lおよび0.001 mol / LのローダミンB溶液、直径1 mmの1750鋼球。

以下、すべての写真はクリック可能です。 - 注 perev。



スチールボールとホウケイ酸ガラスバイアルが最も入手しやすい部品です。 ローダミンを見つけることはもう少し困難でした。 同志プロトスペースは、メタノール中のローダミンBの3つの異なる溶液を準備するのに十分親切でした：0.001モル/ L、0.01モル/ Lおよび0.1モル/L。 ボールをアセトンで油から洗い流してから乾燥させたとき、残ったのは、ローダミンを含むバイアルにそれらを充填することだけでした。





ローダミンB放射線



次のステップは、ローダミン生成の閾値を克服するのに十分強力なポンプ源を見つけることでした。 最終的に、出力が30 mWの532 nmの波長の光源に落ち着き、セキュリティ上の理由から、より強力な光源を使用しないことにしました。 インスタレーションはMaker Faire YYCで公開される予定でしたが、私は誰の目も傷つけたくありませんでした。 この力が色素生成の閾値を克服するのに十分かどうか、またはローダミンによって放出される黄色光が実際には誘導放出ではなく自然放出であるかどうかを調べることを試みています。





自然放出か誘導放出か？

スピーカーの設置

最初は、レーザーモジュールをスピーカーに直接貼り付けるだけでした。 しかし、ボイスコイルを磁石に接着してスピーカーを1台殺すことに成功した後、モジュールを簡単に交換できる設計をすることにしました。



最終設計には、スピーカーコイルに取り付けられた小さな希土類磁石と、レーザーモジュールの下部にある金属ワッシャーが含まれていました。 磁気マウントは下の写真に示されています。 また、磁石がボールから十分に離れていることを確認して、ボールがくっつかないようにしました。





クローズアップレーザーモジュールとポンプ装置



オリジナルの記事を可能な限り正確に追跡するために、振動の強度を測定するために加速度計を設計に含めました。 6自由度の古いRazor慣性測定ユニットが使用されました（3軸加速度計+ 3軸ジャイロスコープ。-トランスレーションに注意してください ） 。 彼は別のプロジェクトに残り、 新しいコンパクトなモデルに置き換えられました。 ここでの6つの自由度のうち5つは冗長でした。

発振器

XR2206ジェネレーターとLM386アンプ



データシートに記載されているスキームに従って 、 XR2206チップ上にジェネレーターを組み立てました。 ここでのほとんどの作業は、周波数設定抵抗とコンデンサを選択して、利用可能な定格のみを使用して目的の周波数範囲を取得することでした。 結果は、周波数が35〜45 Hzの正弦波信号と三角波信号の両方を生成できる非常に単純な回路です。



機能ジェネレーターの出力から、信号は1：1オーディオトランスに供給され、信号レベルをジェネレーターの仮想アースではなく、共通ワイヤの電位にします。 その後、信号はLM386アンプに送られ、20 dBのゲイン回路に従ってオンになります。



XR2206が温度変化に敏感であるという問題に遭遇しました。 2時間の直射日光の下で、周波数は15 Hzずつ変化しました。

Maker Faire YYC

完成したエンクロージャ



Maker Faire YYCに参加するには、インストールを簡単なデモではなくインタラクティブなチュートリアルにしたかったのです。 レーザー切断を使用して、波形スイッチ（正弦波または三角波）、振幅および周波数制御を備えたかわいいアクリルケースを作成しました。 これは、周波数と振幅が液体中のボールの動きにどのように影響するかを実証することができたため、素晴らしいことでした。



ファビ・マーティンはこのイベントの写真を大量に作成しましたが、その中にはレーザー物理学の基本を一般に説明する写真がいくつかあります。

さらなる実験

さらに多くの実験を行い、改善したいことがあります。



まず第一に、ローダミン生成のしきい値を確実に克服するために、200 mWまたは1 W程度のより強力なポンプレーザーに切り替えたいと思います。 これからは、実験中にブロックを見ないように、また目を焼かないように、ブロック全体を閉じた箱に入れます。



また、出力放射を適切に制御し、元の記事に記載されている波長シフトをよりよく見るための優れた分光器を入手したいと考えています。 より広い範囲の加速度計も必要になると思われます。ディフューザーの最大加速度は30 gに達します。



制御回路用の通常の回路基板を作成することもいいでしょう。 長い配線が信号の減衰とノイズを引き起こすブレッドボードで問題に遭遇しました。 これらのすべての問題に対処し、基本的な実験を完了するとすぐに、レーザーモジュールと制御回路を単一のパッケージに搭載することは素晴らしいことです。