Как сделать в домашних условиях лазер самостоятельно

Питание

Зависимость величины поглощенной энергии лазерного излучения от радиуса луча и типа соединения.

Перед созданием элемента питания для диода необходимо учесть, что он должен подпитываться от 3V и расходует до 200-400 мА в зависимости от скорости записывающего устройства. Следует избегать подсоединения кристалла к аккумуляторам напрямую, поскольку это не простая лампа. Он может испортиться даже под воздействием обычных батареек. Лазерный диод является автономным элементом, который подпитывается электричеством через регулирующий резистор.

Система питания может быть налажена тремя способами с различной степенью сложности. Каждый из них предполагает подпитку от постоянного источника напряжения (аккумуляторы).

Первый метод предполагает регуляцию электричеством при помощи резистора. Внутреннее сопротивление устройства измеряется путем определения напряжения во время прохода через диод. Для приводов со скоростью записи 16Х вполне достаточно будет 200 мА. При повышении этого показателя существует вероятность испортить кристалл, поэтому стоит придерживаться максимального значения в 300 мА. В качестве источника питания рекомендуется воспользоваться телефонным аккумулятором или пальчиковыми батарейками типа ААА.

Преимуществами этой схемы питания являются простота и надежность. Среди недостатков можно отметить дискомфорт при регулярной подзарядке аккумулятора от телефона и сложность размещения батареек в устройстве. Кроме того, трудно определить нужный момент для подзарядки источника питания.

Рисунок 4. Микросхема LM-2621.

Если вы используете три пальчиковых батарейки, эту схему можно легко обустроить в лазерной указке китайского производства. Готовая конструкция отображена на рис.2, два резистора на 1 Ом в последовательности и два конденсатора.

Для второго метода применяется микросхема LM-317. Этот способ обустройства системы питания намного сложнее предыдущего, он больше подойдет для стационарного типа лазерных установок. Схема основывается на изготовлении специального драйвера, который представляет собой небольшую плату. Она предназначена для ограничения электротока и создания необходимой мощности.

Цепь подключения микросхемы LM-317 отображена на рис.3. Для нее потребуются такие элементы, как переменный резистор на 100 Ом, 2 резистора на 10 Ом, диод серии 1Н4001 и конденсатор на 100 мкФ.

Драйвер на основе данной схемы поддерживает электрическую мощность (7V) вне зависимости от источника питания и окружающей температуры. Несмотря на сложность устройства эта схема считается простейшей для сборки в домашних условиях.

Третий метод является наиболее портативным, что делает его самым предпочтительным из всех. Он обеспечивает питание от двух батареек ААА, поддерживая постоянный уровень напряжения, подаваемого на лазерный диод. Система удерживает мощность даже при низком уровне заряда в аккумуляторах.

При полной разрядке батарейки схема перестанет функционировать, а через диод будет проходить небольшое напряжение, которое будет характеризоваться слабым свечением лазерного луча. Этот тип подачи питания является самым экономичным, его коэффициент полезности действия равняется 90%.

Схема двухстандартной оптической головки.

Для реализации такой системы питания понадобится микросхема LM-2621, которая размещена в корпусе размером 3×3 мм. Поэтому вы можете столкнуться с определенными трудностями в период припаивания деталей. Конечная величина платы зависит от ваших умений и сноровки, поскольку детали можно расположить даже на плате 2×2 см. Готовая плата отображена на рис.4.

Дроссель можно взять от обычного блока питания для стационарного компьютера. На него наматывается проволока с сечением 0,5 мм с количеством оборотов до 15 витков, как это показано на рисунке. Дроссельный диаметр изнутри составит 2,5 мм.

Для платы подойдет любой диод Шоттки со значением 3 А. К примеру, 1N5821, SB360, SR360 и MBRS340T3. Мощность, поступающая к диоду, настраивается резистором. В процессе настройки рекомендуется соединить его с переменным резистором на 100 Ом. При проверке работоспособности лучше всего использовать изношенный или ненужный лазерный диод. Показатель мощности тока остается таким же, как и на предыдущей схеме.

Подобрав наиболее подходящий метод, можно модернизировать его, если у вас есть необходимые для этого навыки. Лазерный диод нужно размещать на миниатюрном радиаторе, чтобы он не перегревался при повышении напряжения. По завершении сборки системы питания нужно позаботиться об установке оптического стекла.

Усиление самодельной установки

Для усиления мощности и плотности луча, который и является главным режущим элементом, следует приготовить:

• 2 «кондера» на 100 пФ и мФ;
• Сопротивление на 2-5 Ом;
• 3 аккумуляторные батарейки;
• Коллиматор.

Ту установку, которую вы уже собрали можно усилить, чтобы в быту получить достаточно мощности для любых работ с металлом. При работе над усилением помните, что включить напрямую в розетку ваш резак будет для него самоубийством, поэтому следует позаботиться о том, чтобы ток сперва попадал на конденсаторы, после чего отдавался батарейкам.

При помощи добавления резисторов вы можете повысить мощность вашей установки. Чтобы еще больше увеличить КПД вашего устройства, используйте коллиматор, который монтируется для скапливания луча. Продается такая модель в любом магазине для электрика, а стоимость колеблется от 200 до 600 рублей, поэтому купить ее не сложно.

Дальше схема сборки выполняется так же, как было рассмотрено выше, только следует вокруг диода накрутить алюминиевую проволоку, чтобы убрать статичность. После этого вам предстоит измерить силу тока, для чего берется мультиметр. Оба конца прибора подключаются на оставшийся диод и измеряются. В зависимости от нужд вы можете урегулировать показатели от 300 мА до 500 мА.

После того, как калибровка тока выполнена, можно переходить к эстетическому декорированию вашего резака. Для корпуса вполне сойдет старый стальной фонарик на светодиодах. Он компактный и умещается в кармане. Чтобы линза не пачкалась, обязательно обзаведитесь чехлом.

Размещение оптики

Для создания коллиматора рекомендуется извлечь оптическую линзу из китайской лазерной указки. При этом луч будет иметь диаметр не менее 5 мм, что является слишком высоким показателем. Стоковая линза коллиматора сокращает диаметр луча до 1 мм, но для настройки такого лазера придется потрудиться. Это обусловлено небольшим фокусным расстоянием, что затрудняет регуляцию ширины луча.

Если вам все же удастся настроить стоковую оптику, лазер сможет легко разрезать полиэтиленовые пакеты и моментально лопать воздушные шары. При наведении на древесную поверхность луч прожжет ее, словно паяльник. Главное – не забывать о технике безопасности при использовании.

Конструкция нивелира и уровня на основе лазера

В лазерных уровнях и нивелирах используется принцип прямого указания цели – точки или линии на поверхности. Отслеживать их можно напрямую (при относительно слабом освещении) или через окуляр прибора.

Помимо точки или линии (след от пересечения световой плоскости с твердой непрозрачной поверхностью), нивелиры и уровни позволяют получить крестообразный указатель, а также одновременно использовать два и более излучателя.

За счет рассеивания луча лазера в плоскость такие приборы часто именуют «лазерный построитель плоскостей». В целом, набор функций устройства зависит от количества излучателей и оптических приспособлений для концентрации или рассеивания луча.

Что дальше?

Что касается других научно-исследовательских применений, то еще многие из них изучаются. Например, военная разработка, которую можно применять и в других областях, заключающаяся в комбинировании волоконно-лазерных пучков для получения одного высококачественного луча с помощью когерентной или спектральной комбинации. В результате в одномодовом луче достигается большая мощность.

Производство волоконных лазеров быстро растет, особенно для нужд автомобилестроения. Также происходит замена неволоконных устройств волоконными. Помимо общих улучшений в стоимости и производительности, появляются все более практичные фемтосекундные квантовые генераторы и источники суперконтинуума. Волоконные лазеры занимают все больше ниш и становятся источником улучшения для лазеров других типов.

Ход действий

Разбираем DVD-привод и убираем с него верхнюю панель. Вас интересует местоположение каретки, потому что именно там находятся направляющие. Открутите болты и снимите каретку. Не забудьте отключить все разъёмы!

Начинаем процесс разборки каретки. В ней будут 2 диода. Один служит для считывания, другой применяется для прожига дорожек – он красного цвета. Нам нужен именно последний.

Обычно этот диод прикручен к плате болтами, которые следует аккуратно открутить небольшой отвёрткой. Проверьте его работоспособность, подключив к батарейке. Аккуратно извлеките диод из корпуса. Берём купленный коллиматор, проводим разборку. Внутри находится лазерный диод. Его убираем, на его место ставим тот, который был извлечен из привода.

Для демонтажа можно применить отвёртку. Если элемент упрямится, стоит применить острый нож. Удалять эту часть следует аккуратно, стараясь не причинить вреда другим компонентам платы.

Следующий шаг – монтаж диода в корпус. Его надо приклеить, воспользовавшись термостойким клеем

Важно установить его в то же положение, в каком стоял предыдущий. Берем паяльник, припаиваем провода к элементу с обязательным соблюдением полярности

Настала очередь обработки лазерной указки. Откручиваем крышку, снимаем составляющие. Может потребоваться доработка отражателя. Сделайте ровными его края с помощью напильника. Не забываем убрать оргстекло.

Выньте батарейки, а затем вставьте на место излучателя конструкцию, собранную ранее. Далее собираем лазерную указку в обратном порядке, но без использования пластиковой линзы.

Принцип работы

Базовый элемент любого прибора, в название которого входит слово «лазерный», это излучатель узконаправленного монохроматического (одноцветного) излучения. В основе явления – принудительное излучение, которое, в зависимости от мощности, воспринимается по-разному. Маломощные лазерные излучатели на основе красных, красно-оранжевых, желто-оранжевых и зеленых диодов позволяют получить точку или луч света. При высоком уровне накачиваемой энергии луч лазера способен превратиться в оружие – он может поджечь хорошо поглощающие излучение материалы.

Используемые в быту и строительно-ремонтных работах приборы работают на лазерных диодах красного, желто-оранжевого и зеленого спектра, гораздо реже встречаются синие и фиолетовые (такие модели намного дороже). Для концентрации светового излучения используются двояковыпуклые линзы, а также другие оптические устройства, которые позволяют преобразовывать луч в плоскость.

https://www.youtube.com/watch/3Caq8dM4_no

Бытовые приборы имеют стандартную схему, приведенную на иллюстрации. Вариации конструкции связаны с мощностью излучателя и дополнительными приспособлениями.

Режущий лазер

Инструменты и принадлежности, которые потребуются для того, чтобы изготовить лазер своими руками:

Рисунок 1. Схема лазерного светодиода.

• неисправный DVD-RW привод с рабочим лазерным диодом;
• лазерная указка или портативный коллиматор;
• паяльник и мелкие провода;
• резистор на 1 Ом (2 шт.);
• конденсаторы на 0,1 мкФ и 100 мкФ;
• аккумуляторы типа ААА (3 шт.);
• маленькие инструменты типа отвертки, ножика и напильника.

Этих материалов будет вполне достаточно для предстоящих работ.

Итак, для лазерного устройства в первую очередь необходимо подобрать DVD-RW привод с поломкой механического характера, поскольку оптические диоды должны быть в исправности. Если у вас отсутствует износившийся привод, придется приобрести его у людей, которые продают его на запчасти.

При покупке следует учитывать, что большинство приводов от производителя Samsung являются непригодными для изготовления режущего лазера. Дело в том, что эта компания выпускает DVD-приводы с диодами, которые не защищены от наружного воздействия. Отсутствие специального корпуса означает, что лазерный диод подвержен тепловым нагрузкам и загрязнению. Его можно повредить легким прикосновением руки.

Рисунок 2. Лазер из DVD-RW привода.

Оптимальным вариантом для лазера будет привод от производителя LG. Каждая модель оснащается кристаллом с различной степенью мощности. Этот показатель определяется скоростью записывания двухслойных DVD-дисков

Крайне важно, чтобы привод был именно записывающим, поскольку в нем содержится инфракрасный излучатель, который нужен для изготовления лазера. Обычный не подойдет, так как он предназначен только для считывания информации

DVD-RW со скоростью записи 16Х оснащен красным кристаллом мощностью 180-200 мВт. Привод со скоростью 20Х содержит диод мощностью 250-270 мВт. Высокоскоростные записывающие устройства типа 22Х оборудуются лазерной оптикой, мощность которой достигает 300 мВт.

Это интересно: Как работает диод и какие виды существуют — разбираем все нюансы

Различные конфигурации

Оптоволоконные квантовые генераторы непрерывного излучения могут быть одно- или многомодовыми (для поперечных мод). Одномодовые производят высококачественный пучок для материалов, работающих или посылающих луч через атмосферу, а многомодовые промышленные волоконные лазеры могут генерировать большую мощность. Это используется для резки и сварки, и, в частности, для термообработки, где освещается большая площадь.

Длинноимпульсный волоконный лазер является, по существу, квазинепрерывным устройством, как правило, производящим импульсы миллисекундного типа. Обычно его рабочий цикл составляет 10 %. Это приводит к более высокой пиковой мощности, чем в непрерывном режиме (как правило, в десять раз больше), что используется, например, для импульсного сверления. Частота может достигать 500 Гц, в зависимости от длительности.

Модуляция добротности в волоконных лазерах действует также, как и в объемных. Типичная длительность импульса находится в диапазоне от наносекунды до микросекунды. Чем длиннее волокно, тем больше времени требуется для Q-переключения выходного излучения, что ведет к более продолжительному импульсу.

Свойства волокна накладывают некоторые ограничения на модуляцию добротности. Нелинейность волоконного лазера более значительна из-за малой площади поперечного сечения сердечника, так что пиковая мощность должна быть несколько ограничена. Можно использовать либо объемные переключатели добротности, которые дают более высокую производительность, или волоконные модуляторы, которые подсоединяются к концам активной части.

Импульсы с модуляцией добротности могут быть усилены в волокне или в объемном резонаторе. Пример последнего можно найти в Национальном комплексе имитации ядерных испытаний (NIF, Ливермор, Калифорния), где иттербиевый волоконный лазер является задающим генератором для 192 пучков. Малые импульсы в больших плитах из легированного стекла усиливаются до мегаджоулей.

У волоконных лазеров с синхронизацией частота повторения зависит от длины усиливающего материала, как и в других схемах синхронизации мод, а длительность импульса зависит от пропускной способности усиления. Самые короткие находятся в пределах 50 фс, а наиболее типичные – в диапазоне 100 фс.

Между эрбиевыми и иттербиевыми волокнами существует важное различие, в результате чего они работают в различных режимах дисперсии. Легированные эрбием волокна излучают при 1550 нм в области аномальной дисперсии

Это позволяет производить солитоны. Иттербиевые волокна находятся в области положительной или нормальной дисперсии; в результате они порождают импульсы с выраженной линейной частотой модуляции. В результате для сжатия длины импульса может понадобится брэгговская решетка.

Есть несколько способов изменения волоконно-лазерных импульсов, в частности, для сверхбыстрых пикосекундных исследований. Фотонно-кристаллические волокна могут быть изготовлены с очень малыми ядрами для получения сильных нелинейных эффектов, например, для генерации суперконтинуума. В противоположность этому фотонные кристаллы также могут быть изготовлены с очень большими одномодовыми сердечниками для избежания нелинейных эффектов при больших мощностях.

Гибкие фотонно-кристаллические волокна с большим сердечником создаются для применений, требующих высокой мощности. Одним из приемов состоит в намеренном изгибе такого волокна для устранения любых нежелательных мод высшего порядка с сохранением лишь основной поперечной моды. Нелинейность создает гармоники; с помощью вычитания и складывания частот можно создавать более короткие и более длинные волны. Нелинейные эффекты могут также производить сжатие импульсов, что приводит к появлению частотных гребенок.

В качестве источника суперконтинуума очень короткие импульсы производят широкий непрерывный спектр с помощью фазовой самомодуляции. Например, из начальных 6 пс импульсов при 1050 нм, которые создает иттербиевый волоконный лазер, получается спектр в диапазоне от ультрафиолета до более 1600 нм. Другой ИК-источник суперконтинуума накачивается эрбиевым источником на длине волны 1550 нм.

Опора в виде штанги, поплавкового устройства или подвеса

Как уже говорилось, в отсутствии треноги используем подручные средства – штангу из черенка от метлы, лопаты или просто бруса или емкость с водой.

Устройство штанги очень простое: брус или палка крепятся к куску доски или плиты ОСБ (фанеры) строго вертикально и так, чтобы конструкция была устойчивой. Проверить угол между опорой и штангой можно строительным угольником, но лучше использовать обычный строительный уровень. В качестве опоры можно использовать распорки, как показано на схеме ниже. К верхней части штанги монтируется брусок под размер пузырькового уровня с прикрепленной указкой – и устройство готово.

Если поставить на пол большую емкость, почти до краев наполненную водой, и установить уровень с лазерной указкой на плоский кусок пенопласта – получится также вполне подходящая опора для самодельного нивелира. Кроме того, в емкости с водой устройство может свободно вращаться, «рисуя» плоскость по всем стенам помещения. Интересно, что для такого «поплавкового» уровня не нужен даже пузырьковый. При ровном куске пенопласта, на котором указка жестко и строго горизонтально закреплена, лазерный луч будет двигаться только горизонтально – за счет безупречной ровности и горизонтальности поверхности воды. Простые действия по изготовлению такого лазерного нивелира своими руками и его работа показаны в видеоролике.

Подвес монтируется еще проще. К крюку для люстры или другому аналогичному креплению на потолке комнаты на веревке или тонкой проволоке крепится брус. На брусе фиксируется лазерная указка так, чтобы луч света был направлен в пол (если нужна разметка пола) или в стены. Далее, вращая получившийся уровень из указки, получаем световую точку или линию на нужной поверхности. На иллюстрации в качестве крепления для уровня-подвеса использован штатив, а сама указка закреплена в отверстии, просверленном в брусе.