Der Begriff "Laser" steht eigentlich für "Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission". Der erste Laser, der als Resonator einen silberbeschichteten Rubinzylinder verwendete, wurde 1960 in den kalifornischen Hughes Research Laboratories entwickelt. Heutzutage werden Laser für eine Vielzahl von Dingen verwendet, vom Messen bis zum Lesen verschlüsselter Daten, und es gibt je nach Budget und Fähigkeiten verschiedene Möglichkeiten, Laser herzustellen.
Schritt
Teil 1 von 2: Die Funktionsweise von Lasern verstehen
Schritt 1. Stellen Sie eine Energiequelle bereit
Laser arbeiten oder "Laser", indem sie Elektronen anregen, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren. (Der Prozess wurde erstmals 1917 von Albert Einstein vorgeschlagen.) Um Licht zu emittieren, müssen Elektronen zuerst Energie absorbieren, um in eine höhere Umlaufbahn getrieben zu werden, und diese Energie dann als Licht wieder abgeben, wenn sie in ihre ursprüngliche Umlaufbahn zurückkehren. Diese Energiequelle wird „Pumpe“genannt.
- Kleine Laser, wie die in CD- und DVD-Playern und Laserpointern, verwenden eine elektrische Schaltung, um einer Diode, die als Pumpe dient, elektrischen Strom zuzuführen.
- Der Kohlendioxidlaser wird durch einen elektrischen Strom gepumpt, um die Elektronen zu stimulieren.
- Excimerlaser gewinnen Energie aus chemischen Reaktionen.
- Laser aus Kristall oder Glas verwenden eine starke Lichtquelle wie eine Bogenlampe oder Blitzlampe.
Schritt 2. Leiten Sie die Energie durch das verstärkende Medium
Das verstärkende Medium oder aktive Lasermedium verstärkt die durch den Strahl aufgrund der stimulierten Elektronen freigesetzte Energie. Das Verstärkungsmedium kann eines der folgenden sein:
- Halbleiter aus Materialien wie Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid oder Indiumgalliumarsenid.
- Der rubinzylinderartige Kristall, der im ersten Laser von Hughes Laboratories verwendet wurde. Saphire und Granatäpfel sowie optische Glasfasern wurden ebenfalls verwendet. Das Glas und die Kristalle werden mit Ionen von Seltenerdmetallen behandelt.
- Keramiken, die auch mit Seltenerdmetallionen vorbehandelt sind.
- Flüssigkeiten, normalerweise Farbstoffe, obwohl Infrarotlaser mit einem Gin Tonic als Verstärkungsmedium hergestellt werden. Gelatine-Dessert (Jell-O) wurde auch erfolgreich als Stärkungsmittel verwendet.
- Gase wie Kohlendioxid, Stickstoff, Quecksilberdampf oder ein Helium-Neon-Gemisch.
- Chemische Reaktion.
- Elektronenstrahler.
- Nukleare Materie. Der erste Uranlaser entstand im November 1960, sechs Monate nach der Entstehung des ersten Rubinlasers.
Schritt 3. Passen Sie die Spiegel an das Licht an
Der Spiegel oder Resonator hält den Strahl in der Laserkammer, bis er das gewünschte Energieniveau für die Entladung erreicht, entweder durch eine kleine Öffnung in einem der Spiegel oder durch eine Linse.
- Der einfachste Resonatoraufbau, der lineare Resonator, verwendet zwei gegenüberliegende Spiegel in der Laserkammer. Diese Einstellung erzeugt einen einzelnen Lichtstrahl.
- Eine kompliziertere Anordnung, der Ringresonator, verwendet drei oder mehr Spiegel. Diese Anordnung kann mit Hilfe eines optischen Isolators einen Einzelstrahl oder einen Doppelstrahl erzeugen.
Schritt 4. Verwenden Sie eine Fokussierlinse, um den Strahl durch das verstärkende Medium zu lenken
Zusammen mit dem Spiegel hilft die Linse dabei, das Licht so zu fokussieren und zu lenken, dass das verstärkende Medium so viel Licht wie möglich bekommt.
Teil 2 von 2: Laser herstellen
Methode 1: Herstellen eines Lasers aus einem Lasergerät
Schritt 1. Finden Sie ein Geschäft, das Lasergeräte verkauft
Sie können in ein Elektrogeschäft gehen oder im Internet nach einem „Lasergerät“, „Lasermodul“oder „Laserdiode“suchen. Das Lasergerät sollte enthalten:
- Controller-Schaltung. (Dieser Teil wird manchmal getrennt von anderen Komponenten verkauft.) Suchen Sie nach einem Steuerkreis, mit dem Sie die Stromstärke regulieren können.
- Laserdioden.
- Linse, Glas oder Kunststoff, die justiert werden können. Normalerweise sind Diode und Linse zusammen in einem kleinen Röhrchen verpackt. (Diese Komponenten werden manchmal separat vom Controller-Schaltkreis verkauft.)
Schritt 2. Bauen Sie die Controller-Schaltung zusammen
Bei vielen Lasergeräten müssen Sie Ihre eigene Controller-Schaltung aufbauen. Diese Art von Gerät enthält eine Platine und zugehörige Teile, die Sie gemäß dem mit dem Gerät gelieferten Schaltplan zusammenlöten müssen. Es gibt jedoch auch andere Geräte, die über eine eingebaute Steuerschaltung verfügen.
- Sie können die Reglerschaltung auch selbst konstruieren, wenn Sie über das Elektronik-Know-how verfügen. Die LM317-Controller-Schaltung ist eine großartige Vorlage zum Entwerfen Ihrer eigenen Schaltung. Stellen Sie sicher, dass Sie eine Widerstands-Kondensator-Schaltung verwenden, damit die erzeugte Energie keine übermäßigen Impulse abstrahlt.
- Nachdem Sie die Controller-Schaltung aufgebaut haben, testen Sie sie, indem Sie sie an eine Leuchtdiode (LED) anschließen. Wenn die LED nicht sofort aufleuchtet, stellen Sie das Potentiometer ein. Wenn das Problem weiterhin besteht, überprüfen Sie den Stromkreis und stellen Sie sicher, dass alle Teile richtig angeschlossen sind.
Schritt 3. Verbinden Sie die Controller-Schaltung mit der Diode
Wenn Sie ein digitales Multimeter haben, schließen Sie es an den Stromkreis an, um den von der Diode empfangenen Strom zu überwachen. Die meisten Dioden können einen Bereich von 30-250 Milliampere (mA) aufnehmen, während ein Bereich von 100-150 mA einen ziemlich starken Strahl erzeugt.
Obwohl ein stärkerer Strahl von der Diode einen stärkeren Laser erzeugt, wird der zusätzliche Strom, der zum Erzeugen des Strahls erforderlich ist, brennen und die Diode schneller beschädigen
Schritt 4. Verbinden Sie die Stromquelle (Batterie) mit dem Controller-Schaltkreis
Die Diode sollte jetzt hell leuchten.
Schritt 5. Passen Sie das Objektiv an, um den Laserstrahl zu fokussieren
Wenn Sie eine Wand hervorheben möchten, passen Sie sie an, bis ein schöner heller Fleck erscheint.
Nachdem Sie die Linse richtig eingestellt haben, legen Sie ein Streichholz in den Laserweg und justieren Sie die Linse, bis der Streichholzkopf zu rauchen beginnt. Sie können auch versuchen, mit einem Laser Luftballons aufzublasen oder Löcher in das Papier zu stanzen
Methode 2: Laser aus gebrauchten Dioden herstellen
Schritt 1. Besorgen Sie sich einen gebrauchten DVD- oder Blu-Ray-Brenner
Suchen Sie nach einem Gerät mit einer Schreibgeschwindigkeit von 16x oder schneller. Das Gerät verfügt über eine Diode mit einer Ausgangsleistung von 150 Milliwatt (mW) oder mehr.
- DVD-Brenner verfügt über eine rote Diode mit einer Wellenlänge von 650 Nanometern (nm).
- Der Blu-Ray-Brenner verfügt über eine blaue Diode mit einer Wellenlänge von 405 nm.
- Der DVD-Brenner sollte in der Lage sein, Discs zu beschreiben, obwohl er nicht erfolgreich sein muss. (Mit anderen Worten, die Diode sollte noch funktionieren).
- Verwenden Sie kein DVD-Lesegerät, CD-Brenner oder CD-Lesegerät, um den DVD-Brenner zu ersetzen. DVD-Reader haben rote Dioden, sind aber nicht so leistungsstark wie DVD-Brenner. CD-Brennerdioden sind ziemlich leistungsstark, emittieren jedoch Licht im Infrarotbereich, sodass Sie nach Strahlen suchen müssen, die Sie nicht sehen können.
Schritt 2. Nehmen Sie die Diode vom DVD/Blu-Ray-Brenner
Gerät umdrehen. Es müssen vier oder mehr Schrauben entfernt werden, bevor das Gerät geöffnet und die Diode entfernt werden kann.
- Sobald das Gerät geöffnet ist, gibt es ein Paar Metallrahmen, die durch Schrauben an Ort und Stelle gehalten werden. Der Rahmen hält die Laserkomponenten. Nach dem Entfernen der Schrauben können Sie den Rahmen abnehmen und die Laserkomponenten entfernen.
- Dioden sind kleiner als Münzen. Die Diode hat drei Metallbeine und kann mit oder ohne transparentem Schutzfenster in eine Metallschicht eingehüllt oder offen sein.
- Sie müssen die Diode von der Laserkomponente nehmen. Um es einfacher zu machen, entfernen Sie zuerst den Kühlkörper von der Laserkomponente, bevor Sie versuchen, die Diode zu entfernen. Wenn Sie ein antistatisches Armband haben, tragen Sie es, wenn Sie die Diode in die Hand nehmen.
- Behandeln Sie die Diode vorsichtig, noch vorsichtiger, wenn es sich um eine offene Diode handelt. Bereiten Sie ein antistatisches Gehäuse vor, um die Dioden aufzubewahren, bis Sie bereit sind, den Laser herzustellen.
Schritt 3. Holen Sie sich eine Fokussierlinse
Der Strahl der Diode muss die Fokussierlinse passieren, um einen Laser zu erzeugen. Sie können dies auf eine der folgenden zwei Arten tun:
- Verwenden Sie eine Lupe als Fokus. Bewegen Sie die Lupe, bis Sie den richtigen Punkt für die Erzeugung des Laserstrahls gefunden haben. Dies sollte jedes Mal erfolgen, wenn Sie den Laser verwenden möchten.
- Besorgen Sie sich ein Linsentubus-Kit mit einer Laserdiode mit geringer Leistung, z. B. 5 mW, und ersetzen Sie die Diode durch eine Diode von einem DVD-Brenner.
Schritt 4. Holen oder bauen Sie eine Controller-Schaltung
Schritt 5. Verbinden Sie die Diode mit dem Controller-Schaltkreis
Verbinden Sie das Pluskabel der Diode mit dem Pluskabel des Reglerkreises und das Minuskabel mit dem Minuskabel. Die Position der Diodenstifte variiert je nachdem, ob Sie eine rote Diode von einem DVD-Brenner oder eine blaue Diode von einem Blu-Ray-Brenner verwenden.
- Halten Sie die Diode mit den Beinen zu Ihnen und drehen Sie sie so, dass die Basen der Beine ein nach rechts zeigendes Dreieck bilden. Bei beiden Dioden ist das obere Bein das positive Bein.
- Bei der roten Diode des DVD-Brenners ist der mittlere Schenkel, der die Spitze des Dreiecks bildet, der negative Schenkel.
- Auf der blauen Diode des Blu-Ray-Brenners ist der Unterschenkel der negative Schenkel.
Schritt 6. Schließen Sie die Stromquelle an den Controller-Schaltkreis an
Schritt 7. Passen Sie das Objektiv an, um den Laserstrahl zu fokussieren
Tipps
- Je kleiner Sie den Laserstrahl fokussieren, desto stärker ist der Laser, aber er ist nur bei dieser Brennweite wirksam. Bei Fokussierung auf 1 m Entfernung ist der Laser erst in 1 m Entfernung wirksam. Wenn Sie den Laser nicht verwenden möchten, verteilen Sie den Fokus der Linse, bis der Laserstrahl etwa den Durchmesser eines Tischtennisballs hat.
- Um Ihr Lasergerät zu schützen, bewahren Sie es in einer Steckdose wie einer LED-Taschenlampe oder einem Batteriehalter auf, je nachdem, wie klein Ihr Controller-Schaltkreis ist.
Warnung
- Richten Sie den Laser nicht auf eine lichtreflektierende Oberfläche. Laser sind Lichtstrahlen und können wie unfokussierte Strahlen reflektiert werden, nur mit größeren Folgen.
- Tragen Sie immer eine Schutzbrille, die für die Wellenlänge des Laserstrahls, mit dem Sie arbeiten, geeignet ist (in diesem Fall die Wellenlänge der Laserdiode). Laserbrillen werden in Farben hergestellt, die die Farbe des Laserstrahls ausgleichen: Grün für den roten 650-nm-Laser, rot-orange für den blauen 405-nm-Laser. Verwenden Sie keine Schweißhelme, gerippte Brillen oder Sonnenbrillen anstelle von Laserbrillen.
- Blicken Sie nicht in die Laserstrahlquelle und richten Sie den Laser nicht in die Augen von Personen. Laser der Klasse IIIb, der in diesem Artikel besprochene Lasertyp, können das Auge selbst bei Verwendung einer Laserbrille schädigen. Auch das wahllose Einstrahlen eines Laserstrahls verstößt gegen das Gesetz.
