Лазер на красителе. Вариант 2.
Этот лазер вместо камеры накачки использует одну коаксиальную лампу-вспышку. На таких лампах в 1966 году впервые был запущен лазер на красителе с ламповой накачкой одновременно Сорокиным в США и Шефером в Германии. Изготовить коаксиальную лампу-вспышку не так уж сложно, к тому же экономится время на трудоемкое изготовление эллиптической камеры.
![Схема самодельной коаксиальной лампы-вспышки](/laser_na_krasit/krasit_2_skhema_lazera.jpg)
Схема самодельной коаксиальной лампы-вспышки
Лампа-вспышка состоит из двух кварцевых трубочек, одна из которых вставлена в другую. Трубки вставляются в корпус электрода и герметизируются силиконовыми кольцами и фторопластовой лентой. Кроме того, корпуса электродов служат для подачи раствора красителя в одну из трубок, а также откачки воздуха из другой трубки. Раствор красителя протекает через внутреннюю трубку. Воздух откачивается из пространства между трубками. На корпусах электродов размещаются также зеркала резонатора с возможностью регулировки положения. Чтобы как можно больше света сконцентрировать на растворе красителя внешняя трубка обворачивается алюминиевой фольгой.
По изложенной выше схеме лампа-вспышка была изготовлена из дюраля, кварца и нержавеющей стали. Внешняя трубка имеет диаметр 16 мм и толщину стенки 1 мм, а внутренняя трубка имеет диаметр 7,5 мм и толщину стенки 2 мм. Длина разрядного промежутка равна 135 мм.
![лампа вспышка](/laser_na_krasit/krasit_2_foto_kjuveta.jpg)
Самодельная коаксиальная лампа-вспашка
Через лампу разряжается конденсатор емкостью 0,8 мкФ, рассчитанный на максимальное напряжение 16 кВ. Рабочее давление в лампе равно 20 мБар, а зарядное напряжение равно 10 кВ. Разряд в лампе поджигается высоковольтным импульсом, подаваемым на алюминиевую фольгу, которой обернута внешняя трубка лампы. Сигнал светового импульса принимался на быстрый фотодиод и регистрировался осциллографом типа Tektronix 464 с функцией памяти. Световой импульс имеет ширину 13 мксек и длительность по фронту менее 500 нсек.
![осциллограмма](/laser_na_krasit/krasit_2_oscilogramma.jpg)
![схема питания](/laser_na_krasit/krasit_2_skhema_pitan.jpg)
Схема блока питания лампы-вспышки
Логика работы блока питания лазера очевидна. Высокое напряжение генерируется высоковольтным трансформатором на 6 кВ, взятым из фотокопира, а затем увеличивается в три раза умножителем напряжения. Напряжение зарядки фиксируется на экране монитора, подключенного к блоку питания через делитель напряжения ( 1000:1 ). Низкоиндуктивный накопительный конденсатор французской фирмы имеет емкость 0,8 мкФ и рабочее напряжение 16 кВ. Таким образом, максимальная энергия составляет 102 Дж. Напряжение поджога лампы-вспышки ( 30 кВ ) генерируется разрядом триггер-конденсатора ( два последовательно соединенных конденсатора ) на импульсный трансформатор. Триггер-конденсатор заряжается схемой удвоения напряжения через сетевой трансформатор примерно до 600 В. Этот же трансформатор дает напряжение 15 В для питания насоса прокачки красителя.
Лампа-вспышка. Вариант 2.
Поскольку изложенная выше конструкция лампы-вспышки имеет некоторый недостаток, была изготовлена лампа-вспышка новой конструкции. В прежней лампе раствор красителя имел непосредственный контакт с высоковольтными электродами, что приводило к неполной зарядке конденсатора до рабочего напряжения ( раствор красителя имеет слабую электропроводность ). В новой конструкции лампы-вспышки это предотвращается использованием фторопластового ( тефлон ) корпуса. Также была переделана и упрощена герметизация лампы.
![схема коаксиальной лампы-вспышки](/laser_na_krasit/krasit_2_skhema_lazera_2.jpg)
Улучшенная схема коаксиальной лампы-вспышки
![лазер фото](/laser_na_krasit/krasit_2_foto_lazer.jpg)
На фото- конструкция лазера на красителе, смонтированная на дюралевом п-образном профиле. На заднем плане можно видеть накопительный конденсатор ( энергия = 100 Дж ). На переднем плане- коаксиальная лампа-вспышка, а справа в верху- управляемый искровой разрядник тригатрон. Для обеспечения низкой индуктивности разрядной цепи конденсатор, лампа-вспышка и искровой разрядник монтируются как можно ближе друг к другу с помощью дюралевых полосок толщиной 2 мм. Внутренняя кварцевая трубка лампы-вспышки длиной 160 мм, т.е. кювета с красителем имеет внутренний диаметр 4 мм и толщину стенки 1 мм. Внешняя трубка той же толщины в 1 мм имеет длину 125 мм и внутренний диаметр 8 мм. Длина внешней трубки примерно равна длине области накачки красителя.
![лазер фото](/laser_na_krasit/krasit_2_foto_lazer_snizu.jpg)
На фото- вид на конструкцию лазера с нижней стороны. Слева-направо: насос прокачки красителя, строчный трансформатор для генерации поджигающего импульса и соответствующие конденсаторы. Остальные элементы припаяны на небольших монтажных платах. Небольшой сетевой трансформатор дает напряжение питания для движка насоса прокачки красителя и напряжение для схемы поджога разряда.
Принципиальная схема блока питания лазера приведена на рисунке ниже.
![схема блока питания лазера](/laser_na_krasit/krasit_2_skhema_pitanie_2.jpg)
Оптика лазера
Резонатор лазера состоит из двух плоскопараллельных зеркал. Одно из зеркал имеет алюминиевое покрытие, напыленное на стеклянную подложку, а другое- диэлектрическое зеркало, спектральная характеристика которого приведена на рисунке ниже.
В требуемой области спектра ( Родамин В l ~ 600 нм ) зеркало имеет коэффициент отражения ~ 90%.
Работа лазера
На фото- импульс тока на лампе-вспышке при давлении воздуха в лампе ~ 2 мБар.
На фото- лазерный импульс, полученный на Родамине 6 Ж при зарядном напряжении конденсатора 14 кВ. Как показывает осциллограмма лазерный импульс длительностью ~ 1 мксек следует практически сразу за импульсом тока в лампе-вспышке.
![лазерный пучок](/laser_na_krasit/krasit_2_foto_pjatno.jpg)
На фото слева - лазерный пучок на поверхности стиропоровой пластинки. Диаметр светового пятна равен примерно 5 мм, что несколько больше диаметра кюветы с красителем.
На фото справа - желтое световое пятно лазерного пучка, при давлении воздуха в лампе-вспышке 5 мБар и рабочем напряжении на конденсаторе 12 кВ.
При этом лазер работал в режиме ,, сверхизлучения ,, т.е. без резонатора на одном лишь 100%- зеркале. Энергия импульса при зарядном напряжении 14 кВ равна примерно 30 мДж, что вполне достаточно для испарения серебряного слоя с поверхности фотопленки. Высокое усиление лазера позволило бы получить значительно большую выходную мощность при использовании второго зеркала ( выходное ), имеющего даже небольшой коэффициент отражения.
![лазер фото](/laser_na_krasit/krasit_2_foto_lazer_2.jpg)
На фото- общий вид готового к работе лазера на красителе. Слева- баночка с раствором красителя Родамин 6Ж в концентрации 10-4 моль. Для прокачки красителя служит топливный насос, купленный в магазине запчастей для радиоуправляемых моделей. Трубки, соединяющие резервуар с красителем, насос и кювету, являются обрезками силиконового шланга. Слева от кюветы с красителем- 100% зеркало, а справа- выходное зеркало, закрепленное на юстируемый держатель. На заднем плане справа- высоковольтный трансформатор с элементами умножителя напряжения для зарядки накопительного конденсатора до 16 кВ. Высокое напряжение подается нажатием на зеленую кнопку, а поджог разряда в лампе-вспышке производится нажатием на красную кнопку. Телефонные разъемы черного и желтого цвета служат для подключения вольтметра с целью измерения напряжения зарядки накопительного конденсатора.
К сожалению, шестеренчатый насос прокачки красителя, купленный в магазине запчастей для моделирования, не оправдал надежд. После непродолжительной работы с метанолом мотор заглох, вероятно, из-за растворения пластика корпуса насоса в метаноле. После того, как были угроблены два насоса, был изготовлен самодельный циркулярный насос прокачки красителя.
Самодельный насос для прокачки красителя
Элементы конструкции насоса выполнены из нейлона, фторопласта и нержавеющей стали. Поскольку циркулярный насос не способен засасывать жидкость, он был помещен в банку с раствором красителя.
|