Googleで「自家製レーザー」クエリを作成すると、多くの設計例とともに、まず窒素がポップアップします。
その動作と設計の原理をより詳細に検討してください。
窒素レーザーは、窒素分子の電子遷移で動作する分子ガスレーザーの典型的な代表です。 その主な特性は、337.1 nmの基本波長を持つ紫外線領域での集中的な生成です。 作動媒体としての窒素の特性は、遷移が自己制限されているため、パルスモードでのみ生成を可能にします。 このような遷移での反転分布の期間は、下位レベルでの粒子の蓄積によって制限されます。 それは、上部作業レベルでの粒子寿命より長くありません。 窒素の上位レベルの寿命は40ナノ秒のオーダーであるため、放射されるレーザーパルスも非常に短く、数十ナノ秒のオーダーです。 これは、励起の電気パルスに特定の要件を課します。また、上位レベルの寿命中に多数の分子を励起状態に移行させるために、急峻な前線で短くする必要があります。
同時に、活性媒体としての窒素は非常に高いゲインを持っているため、ミラーが不要であるため、放射がワンパスで増幅される場合、超高輝度モードで非常にうまく機能します。 それでも、大気圧までの広い圧力範囲で動作できます。 そして、判明したとおり、大気中の酸素は干渉しませんが、達成可能な最大の発電電力は低下します。 このように、日曜大工にとってかなり魅力的な絵が浮かび上がります：作業環境は非常にアクセスしやすく、真空とガスに煩わされる必要はなく、希少な材料は必要ありません。 光共振器ミラーでさえ必要ありません。 高電圧を少しいじるだけです。 自己製造用に提案されている窒素レーザーのデバイスをさらに詳しく考えてみましょう。
励起パルスの要件に基づいて、アルミニウムまたは銅箔のいくつかの層と誘電体フィルムから形成できる2つのフラットコンデンサで構成されるブルームラインジェネレーターに基づくレーザーポンプ回路が通常登場します。 このデバイスのスイッチは、丸頭の2本のネジの最も単純な火花ギャップです。 レーザー自体はどこにあるのでしょうか？ そして、レーザー放射を生成するプロセスは、ほとんど感知できません-パルス放電が点灯する2つの金属線の間のギャップで発生します。 定規は、フラットコンデンサC1およびC2の反対側の端に取り付けられています。 放電は定規の軸を横切って燃え、レーザー放射はそれぞれ横方向に放電するガスレーザーに沿って出ます。 コンデンサの充電時に放電が点灯しないように、レーザーギャップと平行に小さなチョークが含まれており、直流のギャップが短くなります。 図に示すように、高電圧（約10〜15 kV）を印加する必要があります。レーザーは動作します。 HV源としては、スタンガン、エアイオナイザーからの電源、電気泳動装置、CRT TVまたはモニターからのHV源など、あらゆる適切な手段が適しています。 ミラーなしで動作するため、定規の両端から放射が出ます。 紫外線を放射するため、さまざまな物体や材料の発光に慣れることができます。 そして、このようなレーザーは、色素レーザーをポンピングするのに非常に便利です。
同じ理由で、また、パルスエネルギーは非常に小さい（数十マイクロジュール）ため、角膜に吸収されて網膜に到達しないため、放射線は目にとって比較的安全です。 ただし、ビームを直接見ないでください-角膜の紫外線によるやけどはかなり不快なものです。
したがって、このスキームにより、レーザー技術の世界への「入り口」は非常に低くなります;そのようなレーザーは無数の人々によって作られました。
もっとひどいデザインがあります。 最初の写真の緑色のスポットは、放射線の「ターゲット」の発光です。
このような、より詳細できちんとしたものがあります。
はい、そのようなレーザーは一般に2分以内に組み立てられます！ もちろん、すべての原材料が準備され、設計が行われない限り、つまり 手はすでにいっぱいです。
このようなレーザーの設計の可用性とシンプルさは、出力パラメーターに特別な要件がない場合、西部の大学の研究所で多くのお金を節約できます。
それにもかかわらず、そのようなレーザーの正常な動作を保証するために、観察しなければならないいくつかのニュアンスがあります。 それらの中で最も重要なのは、放電がある点から点火される単一の火花に集まる機会がないように、ライン電極の端ができるだけ滑らかで、端が丸いことです。 2つ目は、フラットコンデンサ用の絶縁フィルムの正しい選択です。そのため、最大の電気容量で最大の容量が得られます。 3番目は、電極間のギャップの正しい選択です。これは、全長に正確に維持し、2〜3 mmを超えないようにする必要があります。 その場合、レーザー放電によって最短の電流フロントが得られます。 最後の2つのニュアンスの許容値は、作動ガスの圧力を100〜200 mm Hgに下げることで容易になります。 空気の代わりに純粋な窒素が供給される場合、これは自動的に原始的であるが真空システムの外観を意味し、わずかに密閉された容積内の電極の結論を意味します。 この構成では、電極間の距離を長くすることができ、電流フロントの急峻性の要件はいくらか軽減されます。フラットコンデンサはコンパクトなセラミックコンデンサに置き換えることができます。 しかし、そのようなデザインには存在する権利もあります。
たとえば、Jarrod Kinsey製の窒素パージ付きの自家製レーザー。
ここでは、彼のテーブル上のさまざまなオブジェクトが豊富であるため、レーザー自体を考慮することは非常に困難です。
フラットコンデンサがセラミックコンデンサに置き換えられた低圧横放電窒素レーザー。 トーマス・ラップによるデザイン。
誰もがこのようなレーザーの構築に関する非常に徹底的かつ詳細なガイドにすべての明白でないニュアンスの説明に興味がある場合は、Yun'a Sothoryのサイトをもう一度見てください 。
また、拡張されたエアギャップでの火花放電中のレーザー効果は、レーザー動作の原理が発見されるずっと前に、電気が吸収され始めた頃に検出できるというかなり一般的な伝説があります。 しかし、これはこの写真のような美しい偽物です。 その内容の真実性を否定しません。
「ビクトリア朝のレーザー」について説明している記事はこちらです。
ここで、原則として、市販の窒素レーザーの設計を検討します。 西洋では、私が遭遇したすべての窒素レーザーは、絶対にブルムリャン発生器によって励起される横方向の放電を持っています。 すべては説明された自作のレーザーのようで、便利なレーザー制御、最も単純な火花ギャップの代わりに、より高度な電源が追加されました-フィルムとホイルで作られた大きな平らなコンデンサの代わりに、パルス水素サイラトロンまたは制御された高圧火花ギャップ-多くの小さなセラミックのものと電極がありますその間、圧力を調整し、一般的に他のガスを充填できる閉鎖容積にある放電があります。 しかし、原則は変わりません。 このようなスキームには、次の利点があります。
- シンプル。 上記のように、多くの場合、大気中で動作する自家製の単純な窒素窒素レーザーの設計でさえ、実験室で非常に深刻な科学的研究が行われていても、非常に適用可能です。
- かなり深刻な出力パルスエネルギー-大規模な設備では数十ミリジュール。
- 非常に短いパルス幅で、場合によっては数百ピコ秒になります。
- 前の2つの要因を組み合わせることで、数十から数百メガワットの巨大なインパルスパワーを実現できます。
これに加えて、いくつかの欠点があります。
- 不快なビーム品質。 ビームは円形ではなく、楕円形で、断面全体に不均一な強度があります。 場合によっては、たとえば、色素レーザーを励起する必要がある場合、これは重要ではありません。
- 限られたパルス繰り返し率、通常は数十Hz以下。
- パルスごとのエネルギーの不安定性。
- 設計によっては、定期的なメンテナンスが必要です-作動ガスの変更、圧力の維持、電極の定期的なクリーニングと研磨。
上記の利点と欠点はすべて、自作の窒素レーザーに完全に適用されます。
欧米のメーカーの窒素レーザーがどのように見えるかを見て、その設計を最も単純な自家製のものと比較してみましょう。
Spectra-Physics小型窒素レーザーとそのストラップレーザーカメラ。 これは低圧横放電レーザーです。
フラットコンデンサの代わりにセラミックコンデンサがあり、その上に制御されたスパークギャップがあります。 レーザーチャンバーは窒素で満たされ、密閉されています。
スペクトルの青色領域のマイナー遷移で動作する強力な窒素レーザー。 多くの小さなセラミックコンデンサと電極間のブロッキングインダクタを見ることができます。 337.1 nm以外の波長でレーザー発振を得るには、窒素へのヘリウムの添加が必要です。
1973年に製造された最初の横放電レーザーカメラ。
モレクトロンレーザーシステム。
横方向の放電を備えた高出力レーザーの内部。ガス混合物と光学部品に置き換えると、CO2レーザーまたはエキシマレーザーとして機能します。
工業的に製造された横放電レーザーの電極の外観。
ピコ秒パルス幅のレーザーカメラ。
さて、上記のすべての後に、この構造を繰り返してみようとした場合、合理的な疑問が生じます。 実際、いや、私はそれを試していません。 これには客観的な理由がありました。 要するに、私は完全に異なるタイプの窒素レーザーが好きです-横方向ではなく縦放電のレーザーです！ しかし、それについては次のパートで詳しく説明します。
使用されるソース：
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
私は誰も忘れていないことを願っています。