English/Russian


Sam's Laser FAQ, Copyright © 1994-2010, Samuel M. Goldwasser, All Rights Reserved.
Со мной можно связаться через
Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page.
Русский перевод: © 2010, Алексей "Gall" Галахов



<==== Sam's Laser FAQ ====>

на русском

DANGERDANGERDANGERDANGERDANGER

Безопасность, информация, ссылки, компоненты, типы, питание, устройство

Практическое руководство по лазерам для экспериментаторов и любителей



  • Назад к титульному листу Sam's Laser FAQ.

    Содержание

    ЧАСТЬ I - Основы, безопасность, общая информация, инструменты, применение, эксперименты

    ЧАСТЬ II - Печатные и интернет-ресурсы по лазерам и оптике, поставщики и производители лазеров и деталей

    ЧАСТЬ III - Лазеры на основе коммерческих компонетов - диодные, He-Ne, ионные, CO2, He-Cd, твердотельные

    ЧАСТЬ IV - Лазеры, собранные из обычных материалов, хозяйственных товаров, оптики и радиодеталей

    Ресурсы, связанные с "Sam's Laser FAQ" (не являющиеся частью собственно FAQ)

    Документы, полезные для проектирования, конструирования, наладки и ремонта лазерных систем



  • Назад к содержанию "Sam's Laser FAQ".

    Вступление

    Sam's Laser FAQ превратился в то, чем он является сейчас, из небольшого замечания по безопасности включения маломощных лазерных диодов, которое я написал примерно в 1996 году вместе с руководством по ремонту CD-плееров (частью Sci.Electronics.Repair FAQ). Эти лазерные диоды обычно извлекались из сломаных CD-плееров - это было до того, как карманные лазерные указки стали вкладывать в коробки с пирогами. :) (Если вам действительно интересно, эта короткая записка и пара других ранних версий "Sam's Laser FAQ" находится по адресу "Sam's Laser FAQ Archive" со всеми опечатками.) Главы добавлялись по мере того, как я доставал разные лазеры и относящееся к ним оборудование. То есть, значительная часть информации является собственным опытом из первых рук. Сначала эти маленькие лазерные диоды и драйверы к ним, потом гелий-неоновые лазеры и источники питания, вслед за ними - аргоновые ионные лазеры, Nd:АИГ, DPSS, и кто знает, что еще появится в будущем.

    К тому же, многие люди вносили свой вклад в той или иной форме (сообщения в группе новостей, почта, лазерные детали и т.д.). Они перечислены в главе "Благодарности" и/или в отдельных главах, содержащих их материалы. И, кстати, название "Sam's Laser FAQ" в какой-то мере создано теми, кто читал и комментировал через группы новостей или прямо по электронной почте. Это название прижилось, поскольку первоначальное "ЛАЗЕРЫ: Безопасности, информация, ссылки, детали, типы, питание, устройство" было просто слишком длинным. :)

    Хотя я был связан с лазерной технологией с момента ее изобретения в начале 1960-х, мой непосредственный контакт с лазерами был относительно ограничен до гораздо более позднего времени. Хоть и была стеклодувная работа для чужого самодельного гелий-неонового лазера, рубиновый лазер, который достался мне в институте, так как больше никому не был нужен, и маленький He-Ne-лазер, который использовали обычно для просмотра голограммы в номере "Scientific American", я еще не был действительно связан с лазерами.

    На самом деле, первые настоящие лазеры, которыми я владел, были куплены в комиссионном магазине в 1990-е годы или около того - парочка маленьких гелий-неоновых лазерных трубок и источников питания. Я купил их только потому, что мой друг случайно заметил, что у меня нет никаких лазеров. Я не мог оставить это так и ничего не делать! Да, после сборки, подключения (которого было немного) и испытаний я сказал себе: "Хорошо, они довольно круты и могут стать полезными когда-нибудь". (Мой друг быстро потерял к ним интерес, когда понял, что они недостаточно мощны, чтобы что-нибудь жечь!) Я доставал их часто чтобы убедиться, что они все еще работают, но в течение некоторого времени это было все лазерное.

    Потом, через несколько лет, потратив много времени на группах новостей USENET, отвечая на вопросы (в основном на sci.electronics, sci.optics, alt.lasers, и подобных), стало ясно, что в Сети почти НЕТУ практической информации по лазерам. Даже с моим ограниченным опытом с лазерами, самым страшным было то, что казалось, что у меня уже было больше знаний, чем существовало в киберпространстве - и, вероятно, где-либо еще за пределами лазерной индустрии. Разумеется, крупные производители лазеров начинали открывать Интернет для своих крупных продаж и рекламы, и были некоторые академические и исследовательские сайты. Но если то, чего вы хотели, было зажечь гелий-неоновую трубку или построить блок питания для нее, подключить лазерный диод и не сжечь его, сделать что-нибудь с аргон-ионным лазером или твердотельным с диодной накачкой, или (задыхаясь!) сделать лазер с нуля - забудьте об этом. Не было ничего, что можно найти онлайн, и лишь немногим больше в печатном виде. Большая часть того, что существовало (по крайней мере в Сети) было неправильным, неполным, опасным или всем вышеперечисленным. (Ниже следует больше истории.)

    "Sam's Laser FAQ" НЕ является научной статьей или фундаментальным трудом по квантовой механике, разрядам в газах или физике твердого тела. Вы можете расслабиться. Это о том, как вы сможете прикоснуться к лазерам безопасно и с реалистичным бюджетом. Здесь есть только абсолютный минимум сложной математики и всего несколько формул. Для тех, кому это потребуется, существуют десятки толстых, дорогих технических книг и тысячи научных статей по основам лазеров и продвинутой лазерной технологии! "Sam's Laser FAQ" - это для экспериментатора, любителя, размышляющего по выходным, для сумасшедшего ученого. Для вас! Наслаждайтесь :)



  • Назад к содержанию "Sam's Laser FAQ".

    Предисловие

    Содержание раздела



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    Автор и авторские поля

    Автор: Сэмуэл М. Голдвассер (Samuel M. Goldwasser)

    Контактная информация находится на странице "Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page".

    Copyright © 1994-2010
    Все права защищены / All Rights Reserved

    Воспроизведение/распространение этого документа полностью или частично разрешено, если удовлетворяются два следующих условия:

    1. Это уведомление сохранено полностью в начале документа.
    2. Распространение производится бесплатно, за ислючением стоимости создания копии.

    Предупреждение об использовании без разрешения и ссылок

    Хотя мне льстит, когда другие люди интересуются сделанным мною, весь "Sam's Laser FAQ" является материалом, защищенным авторскими правами. Это включает (но не ограничивается этим) весь текст, фотографии, чертежи и схемы, а также оформление. Скрытие происхождения материала путем удаления или добавления информации, смены цвета и т.п. не делает заимствование допустимым! Лазерное сообщество относительно невелико, так что нарушения скорее всего будут замечены. Если вы используете материалы "Sam's Laser FAQ" на публичном веб-сайте или на аукционе eBay, я найду это. Как было замечено в предыдущей главе, некоммерческое использование материалов разрешается, если источник указывается адекватным образом. Так что зачем рисковать попасть в мировой зал позора! :) Тем не менее, использование с целью получения выгоды строго запрещено без предварительного разрешения.

    На момент октября 2004 года существовали следующие сайты, которые использовали материалы "Sam's Laser FAQ" без разрешения и ссылок:

    Я пытался написать e-mail владельцам всех этих веб-сайтов. Письма либо отразились, либо не получили ответа.

    Если вы вебмастер или разработчик одного из этих сайтов, можете просто и безболезненно включить необходимые благодарности. Пожалуйста свяжитесь со мной через "Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page".

    Я также часто нахожу текст и картинки из "Sam's Laser FAQ" в листингах аукционов eBay без благодарностей. Это также является нарушением добросовестного использования. Но требования еще проще и будут удовлетворены добавлением чего-то вроде:

     "Это материал из Sam's Laser FAQ."
    
     "This material is from Sam's Laser FAQ."
    

    или

     "Это материал из Sam's Laser FAQ, который находится по адресу 
      http://www.repairfaq.org/sam/lasersam.htm."
    
     "This material is from Sam's Laser FAQ which may be found at 
      http://www.repairfaq.org/sam/lasersam.htm."
    

    Однако, в целом, я предпочитаю, когда просто добавляют ссылку на соответствующий раздел "Sam's Laser FAQ", а не включают выдержку в листинг аукциона.

    Когда я нахожу нарушения, я как правило пытаюсь связаться с продавцом и прошу его внести исправления в описание лота, но если это не получается, его eBay ID добавляется в списки, и дальнейшие действия осуществляются через администрацию eBay или правоохранительные органы.

    На сегодняшний день следующие продавцы eBay не подтвердили получения писем с предупреждениями о нарушени копирайта: onlinesurplus, reliabletools.

    Каждый из этого списка, кто ответит и удовлетворит требования, будет удален из всех списков проступков в этом документе.

    Спасибо.



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

    Этот документ все еще разрабатывается и скорее всего будет находиться в таком состоянии до тех пор, пока Солнце не превратится в красного гиганта или пока ад не замерзнет, хотя инженеры, возможно, смогут предотвратить как минимум последнее. :-)

    Многие из схем сделаны обратной инженерией - срисованы с различных схем и с готового оборудования. Они могут содержать ошибки в срисовывании, интерпретации, анализе и в указанных значениях напряжений и токов. Они предоставляются исключительно в качестве основы ваших собственных конструкций, и не гарантируется, что они являются "сборочными чертежами", которые заработают для ваших нужд без некоторой переделки.

    Многие источники питания и другие компоненты лазеров работают с исключительно смертельными величинами напряжений и токов. Световое излучение даже лазеров умеренной мощности может привести к немедленному и необратимому поражению зрения. Никто не должен даже пытаться использовать, ремонтировать или модифицировать такое оборудование без понимания и следования ВСЕМ соответствующим правилам безопасности работы с лазерами, высоковольтным и/или сетевым электрическим и электронным оборудованием.

    Мы не отвечаем за повреждение оборудования, вашей особы, отключения питания в районе, спонтанную генерацию маленьких (или больших) черных дыр, катастрофы планетарного масштаба или ваши собственные травмы и худшие последствия, связанные с использованием этого материала.

    Обратите внимание, что я не имею деловых отношений (финансовых или других) ни с одним из производителей, продавцов или сервисов лазерного оборудования, упомянутых в этом документе, и не получаю вознаграждения никоим образом за рекомендацию или предложение зайти на их веб-сайты. В дополнение к этому есть требование к страницам этого документа, что ни одно зеркало "Sci.Electronics.Repair FAQ" или "Sam's Laser FAQ" не может содержать никакой рекламы, даже если оно находится на коммерческом сервере.

    И, да, лесть позволит вам попасть куда захотите, но мне ужасно хочется получить любые отзывы (положительные или отрицательные), исправления, предложения или дополнения. Не стесняйтесь связываться со мной через "Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page". Я постараюсь любой ценой ответить, обычно в течение ближайших 24 часов. "Sam's Laser FAQ" был и остается любимым делом. Моя единственная выгода (за исключением отдельных дохлых лазеров и других высокотехнологичных игрушек, которые присылают мне) есть знание, что кто-то где-то использует мой материал и, наверное, наслаждается плодами моих попыток и находит им продуктивное применение.



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    Благодарности

    Хотя я написал значительную часть "Sam's Laser FAQ", исходя из моих собственных знаний и опыта, информация из многих других источников была бесценна для заполнения пробелов и даже для создания некоторых фундаментов. Большая ее часть происходит из сообщений в группы новостей USENET и другие группы дискуссий, а также из личной переписки. Всегда, когда возможно, я благодарил этих соучастников. Но если вам кажется, что здесь есть что-то, что написали вы без ссылки на вас, свяжитесь со мной через "Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page".

    Есть несколько человек, кто значительно перешел границу случайных и пассивных участников:



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    Больше обо мне и о том, что я делаю на своей работе

    Я по профессии инженер-электроник. В течение значительного времени я занимался преподаванием и проектированием в области архитектуры и реализации цифровых систем, как в академическом, так и в прикладном направлении. Разработка одного особого высокоскоростного графического процессора специального назначения вместе с тремя моими студентами привела к появлению бизнес-плана. Я сделал стартап, был приглашен крупной компанией, поработал некоторое время там и устал от корпоративной жизни.

    Как и в случае с другими большими компаниями, высшее руководство работало в классическом стиле Дилберта, с хронической болезнью лузерства в последней стадии. Поэтому они были неспособны понять необходимость систем следующего поколения, которые были бы в миллион раз лучше во всех отношениях, чем продаваемые, и смогли бы поддерживать лидирующую позицию компании в высокопроизводительной трехмерной графике.

    Хотя моя официальная должность в компании называлась "Технический директор", мне почти нечем было руководить, технически или как-то еще! Поэтому от скуки я обратился к относительно новому средству связи - Интернету. (Да, я знаю, Интернет восходит к 1970-м годам, но Mosaic, предшественник Netscape, был новинкой в 1994.) Я открыл для себя группы новостей USENET, и в частности иерархию sci.electronics, в том числе sci.electronics.repair, alt.home.repair и misc.consumer.house, и, наконец, alt.lasers. Меня изначально привлекали группы про ремонт, потому что мне всегда было интересно чинить почти все механическое и электронное.

    В последние несколько лет я ответил буквально на десятки тысяч вопросов по электронике и ремонту электроники, в том числе немного о лазерах - посмотрите их поиском по "Google Groups". В какой-то момент Filip "I'll buy a vowel" Gieszczykiewicz (filipg@repairfaq.org) связался со мною по электронной почте и спросил, не могу ли я закачать часть моих материалов на его сайт, который содержал оригинальный "Sci.Electronics FAQ". Так родилось то, что сейчас является "Sci.Electronics.Repair FAQ", включая серию "Notes on the Troubleshooting and Repair of..." и другие документы по электронике. (Фил до сих пор содержит наш главный сайт S.E.R. FAQ по адресу repairfaq.org.)

    Как было отмечено во вступлении, во время ответов на некоторые вопросы о лазерах стало очевидно, что в Интернете немного полезной информации о практических аспектах лазеров (в вебе и группах новостей). Плееры CD и CD-ROM содержали лазерные диоды, поэтому первый написанный документ был об уходе и кормежке лазерных диодов, извлеченных из плееров CD. Когда были заданы вопросы по гелий-неоновым лазерам, я откопал свои старые лазеры и ответил так хорошо, насколько мог - что было все равно лучше, чем могли другие (хотя с учетом того, что я знаю сейчас - наверное, ненамного лучше!). "Sam's Laser FAQ" взлетел, когда мне досталась куча гелий-неоновых лазеров и блоков питания к ним - некоторые из которых я мог разобрать и изучить. И в конце концов, как говорят, это история! :)

    Я официально покинул корпоративный мир в 1996 году и в следующие несколько лет посвятил много времени разработке "S.E.R. FAQ" в целом, но в основном - и со временем все больше - особенно "Sam's Laser FAQ". Я также был независимым инженером-консультантом, время от времени работая по контрактам, если мне казалось, что это будет технически интересно, даст выгоду и будет оплачено как минимум так, чтобы сделать препятствия терпимыми.

    Ближе к концу 2000 года я начал работать в Drexel University (Филадельфия) в качестве профессора-исследователя в "Center for Microwave and Lightwave Engineering" (CMLE), на факультете "Electrical and Computer Engineering" (ECE). Я делал мою курсовую работу в Дрекселе давным-давно и обратился в их отдел связей с выпускниками в поисках места на сервере, где я мог бы разместить зеркало S.E.R FAQ. Во время совещания по обсуждению этого я случайно спросил, не работает ли кто-нибудь с лазерами. Меня познакомили, помимо всех прочих людей, с профессором, который по удивительному совпадению был моим научным руководителем и даже помнил меня! Как выяснилось, был нужен человек с практическим опытом по лазерам. Я не собирался искать реальную работу, но после того, как я обдумал это в течение некоторого времени, идея работы в академии показалась мне привлекательной, и я решил попробовать. Итак, теперь я делаю реальную работу с лазерами в университетской лаборатории. Если вам интересно, исследования затрагивают высококачественные микрочип-лазеры с синхронизацией мод и линейной частотной модуляцией (chirp) для связи в области миллиметровых волн, лидаров, радаров и получения биометрических изображений. Есть несколько статей на сайте CMLE (который мне также посчастливилось поддерживать) с гораздо более полной информацией.

    Так как это не преподавательская должность, я не обязан читать лекции, участвовать в заседаниях факультета, иметь дело с академической политикой или необходимость, кровь из носу, писать статьи. Я уже прошел этот путь и не горю желанием повторить его. Тем не менее, у меня есть пара очень талантливых дипломников, и хотя я на самом деле не руковожу ими, мы составляем отличную команду с их теоретическими знаниями, дополненными моим практическим опытом. И всех действительно впечатляет, когда я произвожу видимый лазерный луч (особенно зеленый) из моего кармана (все, что мы до сих пор делали в CMLE - инфракрасное). Единственный минус всего этого в том, что поскольку позиция "Research Professor" относится не к преподавательскому составу, а к техническому персоналу, мой статус в университетской иерархии находится где-то между садовым слизнем и мусорным червем. :) На практике на момент лета 2005 года я просто консультант в Дрекселе и группе CMLE, не являясь более официально сотрудником.

    В дополнение к работе в Дрекселе, я продолжаю заниматься случайными консультациями по разработкам (тот же критерий по приемлемости задач - должен быть задействован фактор интереса!). Но расширение "Sam's Laser FAQ" все еще представляет значительную часть моих действий. Я надеюсь на продожление этого в обозримом будущем.



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    Лазерная лаборатория и лазеры Сэма

    Было бы замечательно, если бы у меня была лаборатория, как описана в разделе "Amateur Laser Construction". Но пока это не так. Мои лазерные проекты делят место со старыми видеомагнитофонами и ящиками деталей, стиральной машиной, столярными инструментами и просто разнообразным хламом. Я освободил место от фотографического оборудования в моей (бывшей) темной комнате, чтобы работать с лазерами. (Кто еще занимается мокрой фотографией? Я даже разобрал свой таймер для фотоувеличителя; его реле пошли в блок питания самодельного аргонового лазера, а алюминиевый корпус стал основой для лабораторного блока питания гелий-неонового лазера.) Но даже с этим дополнительным местом, общий вид больше напоминает последствия урагана, чем то, что можно было бы называть "порядок". Разве что старые видеомагнитофоны в конце концов были выкинуты. :)

    Сейчас у меня есть разнообразные лазеры, в том числе много гелий-неоновых лазерных трубок, головок и полных лазеров (включая другие цвета, кроме красного) от очень маленьких до весьма больших, заводские и самодельные блоки питания; несколько аргон-ионных лазерных головок с воздушным охлаждением, мой самодельный блок питания к ним и все еще требующий переделки "Omni-150". У меня есть бесчисленные лазерные диоды и несколько готовых модулей, импульсные головки Nd:АИГ с самодельным блоком питания, мощный квантрон Nd:YAG непрерывного действия, которому нужна новая дуговая лампа (и маленькое чудо, которое скорее всего никогда не случится), несколько зеленых лазеров DPSS (заводские и самодельные) и гелий-неоновые лазеры со внешними зеркалами, сделанные из заводских трубок с одним или двумя окнами Брюстера в самодельном резонаторе (в том числе замечательная трубка с одним брюстеровским окном, работающая на зеленом!). Мой самый старый заводской лазер - это гелий-неоновый Spectra-Physics model 130B, сделанный как танк и датированный 1966 годом в инструкции (хотя я не знаю, является ли мой образец действительно таким старым). Самое лучшее то, что после аккуратного любовного ухода он все еще работает. Я не слышал про другие работающие 130B во Вселенной. Следующий по возрасту - гелий-неоновый American Optical 3100 - также единственный известный работающий образец этой модели, который все еще существует. Я включаю каждый из этих лазеров каждый день как минимум на несколько секунд, чтобы показать, что я все еще забочусь о них. Это должно означать внимание к тому, что они пригодны и их качество все еще неизменно, даже через несколько лет для 130B.

    Большая часть интересных лазеров описана в том или ином виде где-то в этом документе. Длины волн лазеров, которые у меня сейчас есть, включают: 325 нм, 337,1 нм, 400 нм, 405 нм, 457 нм, 458 нм. 488 нм, 514,5 нм, 532 нм, 543,5 нм, 568 нм, 594,1 нм, 604,6 нм, 611,9 нм, 632,8 нм, 635 нм, 647 нм, 658 нм, 670 нм, 694,3 нм, 780 нм, 808 нм, 830 нм, 870 нм, 980 нм, 1064 нм, 1321 нм, 1523,1 нм и 10600 нм. Если вы не опознали все эти (или любые из них!) длины волн, вы узнаете их, читая "Sam's Laser FAQ"! И если вам интересно, моя любимая длина волны - 594,1 нм, находящаяся где-то среди линий светофорного желтого. :)

    Многие из этих лазеров и лазерного оборудования были переданы мне разными великодушными людьми в качестве вознаграждения за громадный объем информации, который я разместил онлайн - как в "Sam's Laser FAQ", так и в других документах по ремонту бытовой техники и общей информации по электонике (все - в "Sci.Electronics.Repair FAQ") и в моих многочисленных сообщениях в различные группы новостей, в том числе alt.lasers, sci.optics, sci.electronics.repair и другие технические форумы (более 30000 сообщения на сегодняшний день, по большей части ответы на просьбы о помощи в различных областях). также я иногда покупаю случайные старые лазеры на eBay или по почте, но некоторые из самых интересных были присланы мне в ответ на мою просьбу о таких игрушках. :) (См. раздел "Пожалуйста, не выбрасывайте ваши ненужные или сломанные лазеры или лазерное оборудование и детали!".)

    В какой-то момент в будущем я планирую сконструировать несколько действительно самодельных лазеров, скорее всего начав с самых необычных, описанных в разделе "Home-Built Pulsed Multiple Gas (PMG) Laser". У меня есть несколько вакуумных насосов и вакуумметров, трансформаторов от неоновой рекламы и много подходящих электронных деталей, но все еще не сделана соответствующая система подачи газа и не добыты требуемые особые газы. Если бы только политики создавали их, а не пузыри в лужах... :) Да, и найти время!



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    Пожалуйста, не выбрасывайте ваши ненужные или сломанные лазеры или лазерное оборудование и детали!

    Я заинтересован в получении лазеров и деталей лазеров всех типов и размеров в почти любом состоянии (дохлых, полудохлых, сломанных, требующих юстировки, настройки, ремонта и т.д.), в том числе (но не только) диодных лазерных модулей (даже указок, особенно зеленых), лазерных диодов и драйверов лазерных диодов; He-Ne, Ar/Kr ионных, CO2 и других лазерных трубок, блоков питания и деталей блоков питания; твердотельных лазеров с накачкой лампами-вспышками, дуговыми лампами и диодами (DPSS), кристаллов лазеров (Nd:АИГ, Nd:YVO4, KTP и т.д.) и других деталей твердотельных лазеров; оптики и аксессуаров; модуляторов, отклоняющих систем и датчиков; других видов питающих и управляющих систем и почти всего остального, имеющего отношение к лазерам. Особенный интерес представляют DPSS-лащеры и компоненты в любом состоянии, в том чисте (но не только) лазеры и блоки управления "Coherent Compass 532" и 215M/315M/415M; "Uniphase uGreen", мощные DPSS "Melles Griot" (например, 58-GLS/GSS/GLD/GSD вплоть до 3 Вт зеленого и 58-BLS/BSS/BLD/BSD вплоть до 400 мВт синего) и им подобные; или же любые ИК, зеленые, синие, красные, желтые и т.д. DPSS-лазеры других производителей. Я не откажусь от 10-ваттного "Coherent Verdi" в хорошем состоянии. :)

    Очевидно, я хотел бы получить и работающие устройства, но поскольку это делается в первую очередь для некоммерческого использования с целью получения знаний и дальнейшего расширения FAQ, все, что я на самом деле могу заплатить - это стоимость почтовой пересылки и может быть немного больше за то, что является (для меня) значительной ценностью в плане развлечений. :-)

    Любая информация, полученная мною в ходе разборки или ремонта попадет в конце концов в этот непрерывно дополняемый документ. Хотя я редко продаю что-либо, что я восстановил или отремонтировал (как я могу расстаться с такими вещами?!), если я сделаю это с чем-то, полученным по этой просьбе, я буду рад поделиться любой чистой выручкой с жертвователем.

    В дополнение к "железу", схемы драйверов лазерных диодов, He-Ne, Ar/Kr ионных и других блоков питания лазеров, как и другие схемы, относящиеся к лазерам, также представляют определенный интерес. Когда это разрешено, они будут добавлены в FAQ и/или размещены на вебсайтах (например, они не фирменные или не нарушают ограничения копирайта, если размещены публично).

    Также смотрите в разделе "Wanted to Acquire" на странице "Sam's Classified Page" список другого лазерного и нелазерного (в основном высоковакуумного и высоковольтного) оборудования, деталей, гаджетов и разнообразных штучек, которые я хотел бы добыть.

    Итак, пожалуйста отошлите мне (Сэму) письмо через So, please send me (Sam) mail via the "Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page", если какая-либо из таких вещей валяется у вас в подвале, гараже или на чердаке, и вам очень нужно место. :)



  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".

    Просьба о вычислительных ресурсах для поддержки разработки "Sam's Laser FAQ"

    Большая часть содержимого text/html страниц "Sci.Electronics.Repair FAQ" и "Sam's Laser FAQ" разрабатывается в редакторе "emacs" на системах UNIX по telnet/ssh. Хотя некоторым людям такие методы могут показаться архаичными, это позволяет быстро создавать и редактировать, получать доступ к оригинальным файлам из любой точки Вселенной по Интернет-соединению, практически без необходимости скачивать и закачивать файлы на свой компьютер, и дает профессиональную поддержку систем и бэкап данных.

    На данный момент у меня есть доступ к аккаунтам Университета Пенсильвании (UPenn) и Университета Дрексел, которые я могу использовать для создания, редактирования и тестирования материалов "Sci.Electronics.Repair FAQ" и "Sam's Laser FAQ". Первичный аккаунт, который я использую для разработки FAQ - это UPenn, и это сейчас кажется надежным, но ситуация может измениться. Компьютер Дрексел скорее всего пригоден для долгосрочного использования, но по какой-то причине там ограничен доступ к USENET, и отправка не работает вообще.

    Поэтому я ищу доступ к одной-двумя дополнительным системам unix или linux, желательно в научных организациях, но согласен и на другие типы некоммерческих организаций. По очевидной причине я не хочу связываться ни с чем коммерческим. Мои запросы умеренные: 1 ГБ места на диске, telnet или ssh, ftp или sftp, emacs/gnus read/post, muttmail и публично доступное место для веба. В основном я работаю с редактированием и обработкой почты, так что требования к обработке данных умеренные и не должны помешать другим видам деятельности. Но работающее и поддерживаемое окружение критично для моей психики, так что ваш персональный сервер не является чем-то особо интересным для меня. :)

    Я не хочу и не принимаю денежных дотаций для этих целей. Способом помочь разработке FAQ будет обеспечение стабильного доступа к компьютеру. Если вы знаете или можете предоставить такой ресурс, пожалуйста свяжитесь со мной через "Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page.". Взамен, конечно, вы получите локальную копию самой полной и замечательной версии FAQ и (если позволит место) все вспомогательные служебные материалы. И, разумеется, приоритетные ответы по e-mail на технические вопросы! Спасибо! :)



  • Назад к содержанию "Sam's Laser FAQ".
  • Назад к содержанию раздела "Предисловие".
  • Вперед к введению.


    Введение

    Содержание раздела



  • Назад к содержанию раздела "Введение".

    Рамки и цель этого документа

    Многие типы лазеров используются в сочетании с популярными любительскими проектами, экспериментами в подвале и старой доброй пайкой поздно ночью. Диодные и гелий-неоновые (He-Ne) лазеры в частности особенно распространены из-за некоторых факторов, включающих широкую доступность недорогих деталей и систем (новых и подержанных) и относительную легкость конструирования работающих устройств. Значительное количество кргоновых (и криптоновых) ионных лазеров появляется на вторичном рынке по весьма приемлемым ценам, так как их заменяют более современными твердотельными разновидностями вроде зеленых твердотельных лазеров с диодной накачкой. Но даже некоторые из них становятся доступными по ценам, которые хотя и не совсем низкие, но уже вполне в досягаемости для заинтересованного любителя. Часто интересуются лазерами на углекислом газе из-за их большой мощности. И, разумеется, рубиновыми и АИГ-лазерами за их большую мощность в импульсе.

    Однако, онлайновые и печатные источники информации с детальным описанием управления лазерными диодами и питания гелий-неоновых лазеров кажутся скудными. Некоторые из существующих неверны и потенциально опасны (или как минимум разрушительны). Почти совсем ничего нет по аргоновым/криптоновым ионным лазерам, CO2, твердотельным и другим. И еще меньше о важных подробностях любительских конструкций лазеров.

    Этот документ был написан в надежде исправить эту ситуацию.

    Вклад в его написание в почти любой форме всегда приветствуется и получит соответствующую благодарность.

    Но обратите внимание, что в "Sam's Laser FAQ" нет и никогда не будет более чем просто упоминания о лазерном оружии. Это НЕ то место, где можно изучить подобные вещи. Если это то, что вас в первую очередь интересует, вам придется это искать в другом месте, извините. elsewhere, sorry.



  • Назад к содержанию раздела "Введение".

    Организация этого документа

    По большей части мы предполагаем, что вы как минимум знакомы с тем, что такое лазер, и имеете представление о желаемом его применении (хотя чтение этого документа может помочь разобраться) - будь то для опытов по оптике, для связи, для измерений расстояния, просто ради интереса или чтобы иметь возможность говорить, что у вас дома есть работающий лазер. :-)

    ЧАСТЬ I содердит некоторую общую информацию по лазерам и темам, имеющим отношение к лазерам. В дополнение к необходимой информации по лазерной безопасности, здесь есть общее описание интересных вещей, обсуждение разнообразных лазерных инструментов и применений лазеров и список предлагаемых лазеров, лазерных экспериментов и проектов.

    Здесь немного о физике лазеров и по другим теоретическим темам. (Вы можете вздохнуть с облегчением!) Не будет также исчерпывающего описания устройств лазерных шоу, экспериментов по голографии, интерферометров и подобных вещей - хотя представлены некоторые идеи, чтобы пробудить ваш интерес. Я оставляю все это многим интересным книгам и статьям, которые были опубликованы за годы.

    Наш основной акцент - это практические аспекты распространенных лазеров (включая диодные, He-Ne, аргон-криптоновые ионные, CO2, He-Cd и твердотельные с диодной и ламповой накачкой), которые можно встретить за пределами хорошо оснащенной исследовательской лаборатории - те, которые доступны за разумную цену на вторичном рынке, например.

    ЧАСТЬ II предоставляет доступ к остальному миру информации о лазерах, и производителях, продавцах и сервисах лазеров и компонентов. (Я включил бы остаток Вселенной, но моя межзвездная сеть все еще в стадии бета-тестирования.) Имеется пополняемый список литературных и интернет-ссылок на сайты по лазерной безопасности, учебники по лазерам и имеющим отношение к лазерам темам, а также на организации и производителей лазеров и оптики.

    Если вам интересна детальная информация по всем типам лазеров, применениям лазеров, лазерной физике, лазерным экспериментам или лазерным исследованиям, обратитесь к главе "Laser Information Resources" за списком книг, журнальных статей и веб-ссылок, охватывающих все темы от простых вопросов "Что такое лазер" и "Как работают лазеры" и до "Спектры вынужденного излучения в благородных газах" и "Диссоциативный перенос возбуждения и лазерная генерация в высокочастотных разрядах" - и все промежуточное. Быстрый просмотр образовательных веб-сайтов может дать все, что вам нужно.

    Глава "Laser and Parts Sources" содержит указания на места приобретения всего от лазерных диодов за $2 до обрабатывающих центров на CO2-лазерах за $100000 - новых, подержанных, старых и выброшенных.

    ЧАСТЬ III посвящена уходу и кормежке лазеров, собранных из заводских деталей, вроде гелий-неоновых трубок и лазерных диодов. Также имеется дополняемая информация об устройстве и конструировании блоков питания, драйверов и других схем.

    Главы по отдельным типам лазеров включают как минимум *10* схем питания лазерных диодов, *20* полных схем источников питания гелий-неоновых лазеров, а также простых модуляторов и других полезных вещей. Многие из них проверены и/или происходят из работающих заводских устройств и могут быть сделаны из доступных недорогих деталей.

    Материалы по аргоновым/криптоновым ионным лазерам включают исчерпывающую информацию об общих характеристиках и особенностях, требованиям к блокам питания и основам разработки, включая описания схем, и об обслуживании и настройке этих ценных устройств. Имеется несколько полных схем питания ионных лазеров различных уровней сложности, которые можно повторить с использованием доступных деталей или использовать как основу для своей собственной конструкции!

    Также имеются данные по CO2-лазерам (включая обсуждение отпаянных CO2-трубок, которые питаются подобно гелий-неоновым лазерам) и некоторая основная информация по He-Cd-лазерам.

    Твердотельные лазеры теперь рассматриваются в деталях вместе с полными схемами источников питания рубиновых и Nd:YAG-лазеров.

    Насколько мне известно, в исследованной части Вселенной (и где-либо еще) не существует другого ресурса, который приближатеся к этому по количеству практической информации по этим темам в таком виде, что его одновременно легко читать и вся информация собрана в одном месте - если другие ресурсы вообще есть.

    ЧАСТЬ IV предназначена для настоящего подвального экспериментатора и предоставляет информацию по фактическому созданию целого лазера из простых материалов вроде речного песка и медной руды. :-) Ладно, может быть не из самых простых, но из стеклянных трубок, зеркал, скобяных изделий, газов, химреактивов и радиодеталей вроде трансформаторов, резисторов, конденсаторов и диодов - и знаков лазерной и высоковольтной опасности!

    Если вы дествительно считаете, что создание лазера с нуля было бы занимательным, интересным и полезным с точки зрения знаний, в первую очередь имейте в виду, что подобное занятие - это КУЧА работы и, в зависимости от типа лазера, может потребовать доступа к весьма мудреным установкам и оборудованию (как минимум по сравнению со средней кухонной раковиной - которая тоже потребуется!). В их числе необходимость стеклодувных приспособлений, высоковакуумной системы, доступа в мастерскую к станкам и источников различных лабораторных вещей, химреактивов, чистых газов и специализированных оптических и электронных деталей. Это не значит, что ваша мечта нереалистична или невозможна - просто нужно в достаточной степени продумать такой проект от начала до успешного конца, и этот документ поможет вам начать.



  • Назад к содержанию раздела "Введение".

    Дополнительная информация

    В главе "Laser Information Resources" ищите книги, журнальные статьи, группы новостей, технические форумы и ссылки на другие веб-сайты о лазерах.

    Имеется много других документов на веб-сайте There are many other documents at the "Sci.Electronics.Repair (S.E.R) FAQ" или одном из сайтов-зеркал, которые можно использовать при разработке, наладке и ремонте лазерного оборудования. Страница "Main Table of Contents (ToC)" предоставляет ссылки на различную информацию по поиску неисправностей и ремонту различного типа оборудования, общей электронике, разнообразные схемы, свыше 1000 ссылок по технологии и многое другое. Большая часть этого документа хорошо отформатирована, проиндексирована и имеет перекрестные ссылки. ("Silicon Sam's Technology Resource", которые могут иметься на этом и других сайтах, обычно содержат наиболее свежие версии многих из тех самых документов, некоторые из которых (особенно большие руководства по ремонту) под основным оглавлением "S.E.R. FAQ" легче использовать, а фактические отличия в содержании обычно невелики.)

    Первый из нижеследующих документов является также частью самого "Sam's Laser FAQ". Он также самый важный:

    Также читайте в главе Home and Mirror Site Locations о других сайтах-зеркалах "S.E.R. FAQ" и "Sam's Laser FAQ", которые могут работать быстрее там, где вы живете.



  • Назад к содержанию "Sam's Laser FAQ".
  • Назад к содержанию раздела "Введение".
  • Вперед к разделу "Что такое лазер и как он работает?".


    Что такое лазер и как он работает?

    Содержание раздела



  • Назад к содержанию раздела "Что такое лазер и как он работает?".

    Краткое введение в принципы и структуру лазеров

    Лазерный век

    Поскольку каждый документ о лазерах должен содержать описание основных принципов - вот оно! Если вы знаете что-нибудь о лазерах как таковых, вы модете пропустить раздел "Характеристики некоторых распространенных лазеров", так как нижеследующая информация просто усыпит вас, и вы пропустите остаток развлечения. :-) Если вам нужен более подробный онлайн-курс, читайте раздел "Онлайн-введеняя в лазеры".

    Лазер является источником света, но непохож ни на что из того, что когда-либо было видано и создано до 1960 года, когда Теодор Мейман из "Hughes Aircraft" закрепил специально подготовленный синтетический стержень из рубина внутри мощной лампы-вспышки, похожей на ту, что используется для высокоскоротсной фотографии. (Если вам нравится читать сложную научную литературу, вот ссылка: T. H. Maiman, "Stimulated Optical Radiation in Ruby", Nature, 6 Aug. 1960, vol. 187, no. 4736, pgs. 493-4. Когда лампу включили, мощный импульс красного света вышел из конца стержня. Он был одновременно монохроматичным (одного цвета) и когерентным (все волны шли строго "в ногу"). Разница между светом лазера и светом лампы накаливания та же, что разница между чистой нотой и шумом.

    Лазерный век начался. За очень непродолжительное время, вдобавок к многим другим твердым веществам, лазерная генерация была продемонстрирована в газах (вездесущий гелий-неоновый лазер был первым газовым лазером, хотя первоначально он генерировал только на невидимых инфракрасных длинах волн), жидкостях и кристаллах полупроводников. Почти каждый мыслимый материал был проверен в неистовстве получения новых и интересных лазеров. Даже некоторые виды десертного желе "Jello(tm)" были обстреляны ксеноновым светом, и, по слухам, предполагалось, что они неплохо работали. Интересно, должны ли все виды быть полностью натуральными. :-) (См. раздел "Comments on the Jello Laser Legend" с обсуждением этой весьма занимательной темы.)

    См. статью "Laser Stars - LASER HISTORY (1917-1996)" об интересной хронологии открытия, разработки и применения лазеров.

    Хотя первый работающий лазер был построен в "Hughes Aircraft", большая часть ранних теоретических и практических работ была сделана в "Bell Labs" - работа, которая продолжается и по сей день. См. "The Invention of the Laser at Bell Labs: 1958 - 1998". Цитата с этого сайта:

    "Изобретение лазера, то есть усилителя света с помощью вынужденного излучения, может быть датировано 1958 годом - публикацией научной статьи "Infrared and Optical Masers" Arthur L. Schawlow, ставшего исследователем в "Bell Labs", и Charles H. Townes, консультанта "Bell Labs". Эта статья, опубликованная в "Physical Review", журнале Американского физического общества, создала новую область науки и открыла дверь индустрии в миллиарды долларов."

    Во многом лазер был решением, ищущим задачу. Задачи последовали вскоре в огромном количестве. Было бы трудно представить современный мир без лазеров - используемых всюду, от CD-плееров и лазерных принтеров, до оптоволоконной и лазерной связи, индустриальной резки и сварки, медицине и хирургии, голографии и лазерных шоу, фундаментальных научных исследованиях в десятках областей, и в исследованиях в области термоядерного синтеза и поисках оружия для "звездных войн". Уникальные характеристики лазерного луча - монохроматичность (свет почти точно является волной одной длины), когерентность (все волны идут "в ногу") и направленность (луч либо сфокусирован с самого начала, либо легко поддается фокусировке и другим манипуляциям) делает возможными эти и многие другие применения. на самом деле, можно сказать, что подавляющее большинство применений лазеров до сих пор даже не рассматривалось. Представление о том, для каких разнообразных и многосторонних применений можно использовать лазер, смотрите, например "Rami Arieli - The Laser Adventure: Laser Applications".

    Основные физические характеристики лазеров

    Слово "LASER" является сокращением от "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" - "усиление света вынужденным испусканием излучения". (Заметим, что, строго говоря, все буквы надо писать заглавными, поскольку это сокращение, но это не делается, поскольку лазеры теперь столь распространены.) В некотором смысле это сбивает с толку, поскольку большая часть лазеров - это осцилляторы (генераторы или источники света), а не усилители (устройства, увеличивающие силу сигнала), хотя и такие лазеры возможны и используются в некоторых приложениях. Однако, думаю, предложение альтернативного написания "Light Oscillation by Stimulated Emission of Radiation", то есть "LOSER" (англ. "неудачник") привело бы к значительным проблемам в карьерах. "Босс, я только что изобрел НЕУДАЧНИК." - "Да, хорошо, ВЫ УВОЛЕНЫ!" ;-)

    Выходное излучение лазера может быть импульсным или непрерывным лучом; видимым, ИК или УФ; с мощностью от менее чем 1 милливатта до миллионов Вт. Однако, все лазеры имеют следующие общие особенности:

    1. Рабочее тело. Оно может быть твердым, жидким, газообразным или полупроводниковым материалом, который может быть накачан до высокоэнергетического состояния.

      • Должно быть возможным перевести основную часть рабочего тела на высокоэнергетический уровень (электронный, ионный, колебательный), что называется инверсией заселенностей.

      • Должен быть энернетический переход вниз, создаваемый вынужденным излучением.

      • Большинство лазеров основаны на системах с 3 или 4 энернетическими уровнями. Что из этого станет возможным, определяется рабочим телом:

        • 3 уровня: Пример: накачиваем с уровня 1 (основного состояния) на уровень 3, с которого быстро падает на уровень 2. Вынужденное излучение происходит с уровня 2 на уровень 1. Этот тип 3-уровневых систем должен работать в импульсном режиме, поскольку он поглотитель собственного лазерного излучения, когда находится в основном состоянии. Собственное поглощение делает практически невозможным поддерживать инверсию заселенностей, необходимую для работы в непрерывном режиме. К тому же, рабочее тело должно быть полностью накачано (а не только на части своей длины), поскольку невозбужденная часть будет блокировать лазерное излучение, что приведет к увеличению порога лазерной генерации и ухудшению эффективности. Рубиновый лазер является такой 3-уровневой системой. (Другой вид 3-уровневых систем мог бы иметь вынужденное излучение с уровня 3 на уровень 2 с быстрым падением на уровень 1.)

        • 4 уровня: Пример: Накачиваем с уровня 1 (основного состояния) на уровень 4, с которого быстро падает на уровень 3. Вынужденное излучение имеет место с уровня 3 на уровень 2, с которого потом падает на уровень 1. Такие 4-уровневые системы могут также работать в непрерывном режиме, если время жизни уровня 2 достаточно коротко. Гелий-неоновый лазер является 4-уровневой системой, но такой, в которой вынужденное излучение происходит между уровнем 4 и уровнем 3. Уровень 3 потом быстро сваливается на уровень 2 и потом на уровень 1 за счет взаимодействия со стенками трубки.

        • Интуитивно простая 2-уровневая система не работает хорошо на практике, поскольку тяжело получить инверсию заселенностей.

    2. Способ накачки энергии в рабочее тело. Он может быть оптическим, электрическим, механическим (хоть я и не слышал про механические лазеры с накачкой от руки!), химическим и так далее.

      • Газовые лазеры используют электрический разряд переменного или постоянного тока через рабочее тело, внешнее ВЧ-облучение, бомбардировку электронным пучком или химическую реакцию. Другие способы накачки также возможны. Накачка электрическим разрядом постоянного тока наиболее распространена в "маленьких" газовых лазерах (например, гелий-неоновых, арноговых ионных и т.д.). Но накачка выделяющей энергию химической реакцией также возможна. (См. раздел "Chemical Lasers.)

      • Твердотельные лазеры обычно используют оптическую накачку от ксеноновой лампы-вспышки большой энергии (например, рубиновые, Nd:АИГ) или от другого лазера накачки или линейки лазерных диодов (например, зеленые лазеры DPSS с удвоением частоты). Непрерывная накачка солнечным светом или ксеноновой дугой может использоваться в некоторых лазерах.

      • Полупроводниковые лазеры чаще всего накачиваются пропусканием постоянного тока, но возможна и накачка электронным ударом.

      • Жидкостные лазеры (на красителях) обычно накачиваются оптически.

      • Рентгеновские лазеры предположительно накачивались маленькими ядерными устройствами. Хотя испытания могли производиться (под землей), имеется противоречивая информация о том, были ли они успешными. (Могут существовать маленькие рентгеновские лазеры, накачиваемые другими способами и не саморазрушающиеся при каждом импульсе.) См. раздел "X-Ray Lasers".

      • Лазеры на свободных электронах "накачиваются" ускорителями заряженных частиц во много миллионов (или миллиардов) долларов. Эти "лазеры" устроены не так, как лазеры других типов. Дальнейшую информацию ищите в разделе "Free Electron Lasers".

    3. Резонатор. В большинстве случаев это одна из разновидностей промежутка Фабри-Перо, пара зеркал, по одному на каждом конце лазера, что позволяет вынужденному излучению отражаться туда-сюда через рабочее тело. Обычно одно из зеркал полностью отражающее, а второе частично прозрачное, чтобы позволить лазерному лучу выйти. Зеркала либо совершенно плоские, либо одно или оба слегка вогнутые. Возможны и другие конфигурации:

      • Некоторые лазеры используют зеркало только на одном конце (азотные лазеры) или вообще без зеркал (рентгеновский лазер, поскольку практически невозможно отразить электромагнитное излучение рентгеновских длин волн).

      • Лазеры в форме треугольника или квадрата (зеркала по углам) могут не иметь выходного луча, а использовать интерференцию двух противоположно направленных лазерных лучей внутри себя для определения ориентации всей конструкции на платформе гироскопа. См. раздел "Ring laser gyros".

      • Оптические плоскости часто используются в усилителях мощных лазеров. В одной из распространенных конфигураций плоскость ориентирована под углом Брюстера (см. раздел "What is a Brewster Window?") так, что энергия практически не теряется на отражение от поверхностей, когда луч проходит через нее. Плоскости могут быть размещены таким образом, что луч идет по зигзагообразному пути через призму, отражаясь туда-сюда от ее поверхностей. В обоих случаях большая площадь поверхности плоскости нужна для того, чтобы она могла рассеивать большую мощность без повреждений. Крупнейшие импульсные лазеры в мире (используемые для продолжающихся экспериментов по термоядерному синтезу и разработки атомных бомб) широко используют лазерные усилители плоскостного типа.

        Подробности см. в: "Lawrence Livermore National Laboratory". Ищите "lasers".

      • Лазеры могут быть сконструированы с "распределенной обратной связью", то есть с заменой одного из зеркал на дифракционную решетку. См. раздел "Difference Between Fabry-Perot and DFB Lasers". Настройка угла решетки может быть использована для выбора длины волны выходного излучения некоторых лазеров. (Призма внутри резонатора также может применяться для этой цели.)

      • Внутри резонатора могут присутствовать дополнительные оптические элементы, такие как призмы, модуляторы, Q-свитчи (модуляторы добротности), ячейки Керра и так далее.

    Основы принципа работы лазера

    Расслабьтесь! Это будет коротко и просто. Есть много ссылок с дополнительной информацией - всех уровней замудренности - по теории лазеров. Ссылки и библиотграфию всех видов материалов для лечения бессонницы см. в главе "Laser Information Resources". :-)

    Мы предлагаем самое короткое из всех резюме. Некоторые дополнительные более специфичные материалы представлены в главах "Helium-Neon Lasers" и "Диодные лазеры".

    Пожалуйста посмотрите схему "Basic Laser Operation", когда будете читать дальнейшие объяснения. Цифры в скобках обозначают каждый этап процесса лазерной генерации.

    Обычно почти все атомы, ионы или молекулы (в зависимости от конкретного вида лазера) рабочего тела находятся в своем состоянии с самой низкой энергией, или в "основном состоянии" (1).

    Чтобы произвести лазерную генерацию, устройство накачки должно добиться инверсии заселенностей в рабочем теле так, чтобы большинство атомов/ионов/молекул оказалось на верхнем из уровней, отвечающих за вынужденное излучение. Обратите внимание, что уровень с пометкой "Energy Level 2" - это тот, который интересует нас; некоторые поднимаются до "Energy Level 1" и просто сидят там, зря занимая место. :-)

    В случайные моменты времени некоторые из этих возбужденных атомов/ионов/молекул сами по себе упадут на низкоэнернетическое состояние. В процессе этого каждый излучает один фотон света в случайном направлении. Это называется "спонтанным излучением" и само по себе не очень полезно. Это в принципе тот же процесс, который отвечает за свечение неоновой рекламы, люминофорного покрытия флюоресцентной лампы или экрана кинескопа (3).

    Однако Эйнштейн показал, что если один из этих фотонов случайно попадет как раз на возбужденный атом/ион/молекулу, этот атом тоже упадет на низкоэнергетический уровень и излучит фотон с некоторыми замечательными свойствами по сравнению с оригиналом. В том числе:

    У нового фотона еще будет в точности та же поляризация, но это уже не требуется для создания лазера. Однако, если резонатор предпочитает определенное направление поляризации (например, на пути луча есть окошко или пластинка под углом Брюстера или же путь луча в резонаторе очень асимметричен), или, в некоторых случаях, при определенной конфигурации магнитного поля, выходной луч тоже будет поляризован - но это уже для расширенного курса. :-)

    Итак, представьте себе рабочее тело лазера (наверное самое простое, что можно представить - это светящийся газ неоновой рекламы), спонтанно излучающее свои фотоны во всех направлениях в случайное время. Большинство потеряется, уходя через стенку разрядной трубки или ударяясь в одно из зеркал под углом, выходя затем за его границы.

    Иногда, однако, фотону посчастливится быть излученным почти параллельно длинной оси резонатора (3, 4). В этом случае он пройдет до одного из зеркал и сможет отразиться туда-сюда много раз (а в некоторых конфигурациях с немного вогнутыми зеркалами, если бы не было потерь, он мог бы делать это даже вечно). Пока что очень скучно! Но по пути он наталкивается на атомы/ионы/молекулы и ВЫНУЖДАЕТ их отдать свои фотоны. По мере развития этого то, что когда-то было одним фотоном, становится лавиной все большего и большего количества фотонов за счет этого процесса вынужденного излучения (3, 4, 5).

    Полученный луч будет весьма монохроматичным (почти полностью одной длины волны) и когеретным (все волны будут в фазе). Он также будет либо хорошо сколлимированным (практически параллельные лучи для большинства лазеров, включая газовые и твердотельные), либо будет исходить как бы из точечного источника (для диодных лазеров). В любом случае лучом можно будет легко манипулировать способами, невозможными для обычных источников света.

    Если источник накачки соответствующий, и достаточное количество атомов поднимается на высокоэнергетический уровень для того, чтобы поддержать инверсию заселенностей во время этого процесса, лазер будет действовать сколь угодно долго (ограичиваясь лишь очевидными проблемами вроде перегрева или исчерпания имеющегося в городской электросети электричества). Результатом будет лазер непрерывного действия. Если же накачка не может поддерживаться непрерывно, или же какие-то энергетические уровни забиваются, результатом будет импульсный лазер. (Поэтому схема "Basic Laser Operation" на самом деле иллюстрирует импульсный лазер, поскольку накачка не поддерживается.)

    Теперь вы это знаете! Все остальное - просто мелочи. :-)

    Некоторые (все еще хорошо понятные) детали принципа действия вездесущего гелий-неонового лазера см. в разделе "Theory of Operation, Modes, Coherence Length, On-Line Course", а также в главах по другим определенным типам лазеров. Дополнительная информация находится в главе "Items of Interest.



  • Назад к содержанию раздела "Что такое лазер и как он работает?".

    Онлайн-введения в лазеры

    Существует множество веб-сайтов с информацией и учебникам по лазерам. Многие из них в лучшем случае имеют помоечную ценность. Однако, есть несколько таких, которые очень хотелось бы добавить в закладки:



  • Назад к содержанию раздела "Что такое лазер и как он работает?".

    Характеристики некоторых распространенных лазеров

    Вот сводка особенностей, выходной мощности, требований к блоку питания, длин волн, качества луча, цены и применений диодных, гелий-неоновых, аргоновых/криптоновых ионных, углекислотных, гелий-кадмиевых и твердотельных лазеров. Есть и многие другие типы, но эти представляют наиболее распространенные лазеры за последние 50 лет - самые-самые распространенные на вторичном рынке сейчас.

    Самые большие и самые маленькие лазеры

    То, что вы хотели спросить:



  • Назад к содержанию раздела "Что такое лазер и как он работает?".

    Лазеры для любителей и домашних экспериментаторов

    Почему людей интересуют лазеры?

    Если вы читаете этот материал, потому что вы уже лазерщик, - пропустите этот раздел, ведь вы уже знаете, как вы "подсели". Для тех же, кто набрел на "Sam's Laser FAQ" и удивляется, как кого-то может заинтересовать столь эзотерическая тема, или для тех, чей опыт работы с лазерами заключается в игре с кошкой с помощью лазерной указки, вот несколько причин (за исключением возможности вести разговор на тему, которую 99,99% людей в мире не понимают!):

    Если вы думаете сейчас: "Лучше бамбук под ногтями или лечение каналов зуба, чем это", то, наверное, лазеры не для вас. ;) Но если что-то из прочитанного сейчас кажется любопытным или действительно офигенно крутым, продолжайте. Не потребуется много денег, чтобы познакомиться с лазерами (за $10 вы получите лазер, а простенькое лазерное шоу можно собрать за $25 - хотя вполне может кончиться тем, что вы потратите много тысяч долларов даже на старые лазеры и лазерное оборудование!), но потребуется энтузиазм и желание и возможность конструировать и паять. Если вы не можете сменить лампочку без чтения руководства, лазеры тоже скорее всего не для вас. И лазеры - не та вещь, с которой вы найдете много единомышленников рядом с вами, за исключением особых мест - в основном рядом с лазерными заводами и исследовательскими лабораториями. Так что готовьтесь вести большую часть взаимодействия через Интернет или другую дальнюю переписку. Есть несколько лазерных клубов и не существует клубных карт для покупки лазеров (хотя торговля лазерным оборудованием довольно популярна)!

    В дополнение к вышесказанному, любое успешное делание чего-либо с лазерами бывает очень продуктивным, и если вы еще не определились с карьерой, позвольте предложить вам заняться фотоникой - гибридом лазеров, оптики и электроники - которая является одной из ключевых технологий сегодня и в будущем.

    (Прислал: Bob.)

    Если вы еще старшеклассник, и вы ДЕЙСТВИТЕЛЬНО хотите посвятить себя лазерам, вам можно посоветовать в качестве ВУЗа University of Rochester, а на втором месте - бросьте монетку для выбора между University of Arizona и University of Central Florida. Есть также много других институтов с курсами оптики и лазерных исследований.

    Серийные лазеры и любительские конструкции лазеров

    Диодные, гелий-неоновые (He-Ne), аргоновые/криптоновые (Ar/Kr) ионные и твердотельные лазеры с диодной накачкой (DPSS), вероятно, наиболее популярные типы лазеров из тех, которые доступны любителям и экспериментаторам (см. раздел Diode, helium-neon (HeNe), argon/krypton (Ar/Kr) ion, and Diode Pumped Solid State (DPSS) lasers are probably the most popular types of lasers generally available to hobbyists and experimenter (see the section: "Характеристики некоторых распространенных лазеров"). Это из-за широкой доступности целых лазеров и деталей (как новых, так и бывших в употреблении) и их приемлемых оптических и физических характеристик, в том числе генерации непрерывного луча, доступных требований к питанию и охлаждению и факта, что для поддержки их в рабочем состоянии не требуются сложные лабораторные установки. Значительная часть этого документа посвящена практическим аспектам этих лазерных систем, их источникам питания и сопустствующей оптике и электронике.

    Из них я все еще считаю гелий-неоновый лазер квинтэссенцией всех лазеров: электрически возбужденный газ между парой зеркал. Это также идеальный первый лазер для экспериментаторов и любителей. Ладно, может быть после того, как вам надоест развлекаться с вашей первой лазерной указкой! :) He-Ne прост в принципе, но сложен в производстве, качество луча замечательное - лучше, чем что угодно, что можно получить за подобную цену. При правильном питании и соответствующих мерах защиты они относительно безопасны, если выходная мощность меньше 5 мВт. И такой лазер можно легко использовать для многих применений. На голую гелий-неоновую трубку вы можете даже посмотреть, когда она работает, и увидеть, что происходит. Ладно, с небольшой долей воображения! :) Это невозможно с диодными или твердотельными лазерами.

    Хотя можно достать или сделать лазеры многих других типов, в том числе ионный на парах ртути, азотный, эксимерный, на красителях, рубиновый, Nd:АИГ, химический, на свободных электронах или рентгеновский, большая их часть менее доступна на вторичном рынке. Также могут быть проблемы с доставанием ускорителя заряженных частиц на 100 миллионов вольт для лазера на свободных электронах и маленькой водородной бомбы для накачки рентгеновского лазера. :-)

    Вернемся с небес на землю....

    Если вам действительно хочется на самом деле собрать лазер любого из этих типов из доступных материалов (то есть, не просто соединить вместе заводские лазерные трубки и блоки питания), посмотрите главы начиная с "Amateur Laser Construction", в которых содержится общая информация о типах и требованиях к самодельным лазерам, устройстве лазерной лаборатории, введение в вакуумные системы и стеклодувное дело и другие действительно волнующие темы.

    Общие комментарии о лазерах как хобби

    (Прислал: Richard Alexander (RAlexan290@gnn.com).)

    Насколько вам нравится создавать вещи? Предпочтете ли вы собрать кучу деталей, или же вы хотите еще выдуть свои собственные стеклянные трубки? У вас есть опыт работы в мастерской? Вы собирали радиоконструкторы? Помните, что вам часто придется работать с ярким светом (достаточным, чтобы мгновенно повредить ваши незащищенные глаза и, быть может, незащищенную кожу) и высокими напряжениями.

    Все экспериментаторы с лазерами (и оптикой тоже) должны иметь книгу "Light and Its Uses" из серии "Scientific American" [5]. Там приводятся чертежи гелий-неонового (вы сами выдуваете стеклянную трубку), аргонового ионного (еще сложнее), CO2 (придуманного и сделанного студентом-старшекурсником, умеющим работать по металлу), на красителях, азотного (прекрасный первый лазер, но опасайтесь УФ-излучения) и диодного лазера (очевидно, вы покупаете диодный лазер и собираете блок питания по чертежам, которые предоставлены). Там также объясняется, как делать голограммы с помощью видимого и инфракрасного света, СВЧ и звука. Там есть и другие проекты. Книга заметно устарела (He-Ne относится к 60-м годам), но до сих пор является прекрасным справочником.

    Азотный лазер можно собрать меньше чем за $200 (и может быть меньше чем за половину этой суммы, если повезет). Он не требует настройки зеркал (так как зеркал нет). Технология постройки этого лазера была доступна еще Бену Франклину, так что там нет ничего критичного. Опасности, которые он представляет - это огромное количество ультрафиолетового излучения (искровые разряды и лазерный луч), высокое напряжение (достаточное для создания дуги через искровой промежуток в 1/4 дюйма в азоте) и средство для травления печатных плат (главный конденсатор делается из протравленного материала для печатной платы).

    Будучи созданным, азотный лазер может стать началом для многих других проектов. Его можно использовать для накачки лазера на красителях, например. Он заставит светиться все флюоресцентное. Это импульсный лазер (10 нс), который можно заставить давать частые импульсы (120 Гц - возможная частота). Можно добиться мощностей в мегаватты, но полная энергия невелика (из-за коротких импульсов).

    Гелий-неоновые лазерные трубки можно купить по почте у многих компаний. Я купил одну у "Meredith Instruments" из Аризоны. Она стоила около $15, а блок питания можно собрать или купить еще за $20. У вас есть возможность покупать трубки с зеркалами или без них. Мне поставили оценку "А" (пятерку - прим. перев.) за сборку работающего гелий-неонового лазера из деталей в лаборатории лазеров меньше чем за час. Курс, дающий необходимые знания для этого, был рассчитан на два семестра.

    Если вы хотите получить более одного цвета от лазеров, есть много способов сделать это, но ни один из них не так хорош, как вы хотели бы. За $3000 или около того вы можете купить гелий-неоновый лазер, дающий свет в диапазоне от инфракрасного до зеленого. Все, что вам требуется - это поворачивать регулятор сзади. Но он очень малой мощности (несколько мВт) и на самом деле не очень полезен для любителя, разве что в качестве дорогого предмета для обсуждений. :)

    Лазерные световые шоу обычно пользуются аргоновыми ионными или криптоновыми лазерами и/или твердотельными с накачкой дуговой лампой или диодами. Ионные лазеры способны давать большую часть цветов видимого света, и некоторые из них можно настроить на требуемый цвет. Твердотельные лазеры чаще всего зеленые, но появляются и другие цвета. Однако лазерная система профессионального качества стоит много тысяч долларов ($40000 не необычно) и требует либо обдува вентилятором, либо водяного охлаждения, либо их комбинации.

    Лазер на красителях - обычное решение проблемы многих цветов. Они недороги и просты. Они не особенно перестраиваемые, если вы не заменяете краситель, но можно использовать дифракционную решетку для перестройки определенной краски на разные цвета. Одна из красок, которые можно использовать в лазерах на красителях - это зеленая краска, применяемая в антифризе для автомобилей.

    База данных оборудования, содержащая интересные лазеры

    Мы все знаем, что CD, DVD, MiniDisc, LaserDisc и другие оптические накопители, сканеры штрих-кода, лазерные принтеры, лазерные указки и так далее содержат лазеры, но они есть и в другом оборудовании. И некоторые из этих лазеров могут быть хорошими, большими и мощными. Каждая из соответствующих глав по определенному типу лазеров содержит информацию о его основных применениях и в некоторых случаях называются отдельные модели оборудования (в основном аргоновые ионные).

    Mike Harrison (mike@whitewing.co.uk) имеет веб-страницу в ранней стадии разработки, которая перечисляет графическое, заводское, медицинское, научное и другое оборудование, содержащее лазеры всех видов. Эта страница может обновляться и за счет вашего участия. Перейдите по ссылке в нижней части "Mike's Electric Stuff Page" (которая также содержит много интересной информации).



  • Назад к содержанию "Sam's Laser FAQ".
  • Назад к содержанию раздела "Что такое лазер и как он работает?".
  • Вперед к главе "Лазерная безопасность".


    Sam's Laser FAQ, Copyright © 1994-2010, Samuel M. Goldwasser, All Rights Reserved.
    I may be contacted via the
    Sci.Electronics.Repair FAQ Email Links Page.