Thuật ngữ "laser" thực sự là viết tắt của "khuếch đại ánh sáng bằng cách phát bức xạ kích thích". Tia laser đầu tiên, sử dụng một hình trụ ruby tráng bạc làm bộ cộng hưởng, được phát triển vào năm 1960 tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hughes của California. Ngày nay, laser được sử dụng cho nhiều thứ khác nhau, từ đo lường đến đọc dữ liệu được mã hóa, và có một số cách để sản xuất laser, tùy thuộc vào ngân sách và khả năng.
Bươc chân
Phần 1/2: Hiểu cách hoạt động của laser
Bước 1. Cung cấp nguồn năng lượng
Tia laze hoạt động, hay còn gọi là "tia laze", bằng cách kích thích các electron phát ra ánh sáng có bước sóng nhất định. (Quá trình lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1917 bởi Albert Einstein.) Để phát ra ánh sáng, trước tiên các electron phải hấp thụ năng lượng để được đẩy lên quỹ đạo cao hơn, và sau đó giải phóng năng lượng đó dưới dạng ánh sáng khi quay trở lại quỹ đạo ban đầu. Nguồn năng lượng này được gọi là “máy bơm”.
- Các tia laser nhỏ, chẳng hạn như trong đầu đĩa CD và DVD và con trỏ laser, sử dụng một mạch điện để cung cấp dòng điện đến một diode, hoạt động như một máy bơm.
- Laser carbon dioxide được bơm bởi một dòng điện để kích thích các electron.
- Laser Excimer lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học.
- Laser làm bằng pha lê hoặc thủy tinh sử dụng nguồn sáng mạnh như đèn hồ quang hoặc đèn nháy.
Bước 2. Kênh năng lượng qua môi trường khuếch đại
Môi trường khuếch đại, hoặc môi trường laze hoạt động, khuếch đại năng lượng do chùm phát ra do các điện tử được kích thích. Phương tiện gia cố có thể là một trong những loại sau:
- Chất bán dẫn làm bằng các vật liệu như arsenide gali, nhôm gallium arsenide, hoặc indium gallium arsenide.
- Tinh thể giống như hình trụ hồng ngọc được sử dụng trong tia laser đầu tiên do Phòng thí nghiệm Hughes chế tạo. Ngọc bích và lựu, cũng như các sợi thủy tinh quang học, cũng đã được sử dụng. Thủy tinh và tinh thể được xử lý bằng các ion của kim loại đất hiếm.
- Gốm sứ, cũng được xử lý trước bằng các ion kim loại đất hiếm.
- Chất lỏng, thường là thuốc nhuộm, mặc dù tia laser hồng ngoại được sản xuất bằng cách sử dụng gin và tonic làm môi trường khuếch đại. Món tráng miệng gelatin (Jell-O) cũng đã được sử dụng thành công như một chất tăng cường.
- Các chất khí, chẳng hạn như carbon dioxide, nitơ, hơi thủy ngân hoặc hỗn hợp heli-neon.
- Phản ứng hóa học.
- Đèn chiếu điện tử.
- Vật chất hạt nhân. Tia laser uranium đầu tiên được tạo ra vào tháng 11 năm 1960, sáu tháng sau khi tia laser ruby đầu tiên được tạo ra.
Bước 3. Điều chỉnh gương để phù hợp với ánh sáng
Gương, hoặc bộ cộng hưởng, giữ lại chùm tia trong buồng laser cho đến khi nó đạt đến mức năng lượng mong muốn để phóng điện, thông qua một lỗ nhỏ trên một trong các gương hoặc qua một thấu kính.
- Thiết lập bộ cộng hưởng đơn giản nhất, bộ cộng hưởng tuyến tính, sử dụng hai gương đặt đối diện nhau trong buồng laser. Cài đặt này tạo ra một chùm ánh sáng.
- Một cách sắp xếp phức tạp hơn, bộ cộng hưởng vòng, sử dụng ba hoặc nhiều gương. Sự sắp xếp này có thể tạo ra một chùm tia đơn với sự hỗ trợ của bộ cách ly quang học hoặc chùm tia kép.
Bước 4. Sử dụng thấu kính hội tụ để hướng chùm tia qua môi trường khuếch đại
Cùng với gương, thấu kính giúp hội tụ và định hướng ánh sáng để môi trường khuếch đại thu được nhiều ánh sáng nhất có thể.
Phần 2 của 2: Làm Laser
Phương pháp một: Tạo Laser từ thiết bị Laser
Bước 1. Tìm một cửa hàng bán thiết bị laser
Bạn có thể đến một cửa hàng điện tử hoặc tìm kiếm trên internet để tìm “thiết bị laser”, “mô-đun laser” hoặc “diode laser”. Thiết bị laser nên bao gồm:
- mạch điều khiển. (Bộ phận này đôi khi được bán riêng với các bộ phận khác.) Hãy tìm một mạch điều khiển cho phép bạn điều chỉnh cường độ dòng điện.
- Điốt laze.
- Ống kính, thủy tinh hoặc nhựa, có thể điều chỉnh được. Thông thường, diode và ống kính được đóng gói cùng nhau trong một ống nhỏ. (Các thành phần này đôi khi được bán riêng biệt với mạch điều khiển.)
Bước 2. Lắp ráp mạch điều khiển
Nhiều thiết bị laser yêu cầu bạn phải xây dựng mạch điều khiển của riêng mình. Loại thiết bị này bao gồm bảng mạch và các bộ phận liên quan, và bạn phải hàn chúng lại với nhau, theo sơ đồ đi kèm với thiết bị. Tuy nhiên, cũng có những thiết bị khác được tích hợp sẵn mạch điều khiển.
- Bạn cũng có thể tự thiết kế mạch điều khiển, nếu bạn có chuyên môn về điện tử để làm việc đó. Mạch điều khiển LM317 là một mẫu tuyệt vời để thiết kế mạch của riêng bạn. Đảm bảo rằng bạn sử dụng mạch điện trở-tụ điện để năng lượng tạo ra không phát xung quá mức.
- Sau khi xây dựng mạch điều khiển, hãy kiểm tra nó bằng cách kết nối nó với một điốt phát sáng (LED). Nếu đèn LED không sáng ngay lập tức, hãy điều chỉnh chiết áp. Nếu sự cố vẫn tiếp diễn, hãy kiểm tra lại mạch điện và đảm bảo tất cả các bộ phận được kết nối đúng cách.
Bước 3. Kết nối mạch điều khiển với diode
Nếu bạn có đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, hãy kết nối nó với mạch điện để theo dõi dòng điện mà diode nhận được. Hầu hết các điốt có thể chứa dải 30-250 miliampe (mA), trong khi dải 100-150 mA sẽ tạo ra chùm tia khá mạnh.
Mặc dù chùm tia mạnh hơn từ điốt sẽ tạo ra tia laser mạnh hơn, nhưng dòng điện bổ sung cần thiết để tạo ra chùm tia sẽ đốt cháy và làm hỏng điốt nhanh hơn
Bước 4. Kết nối nguồn điện (pin) với mạch điều khiển
Diode sẽ sáng ngay bây giờ.
Bước 5. Điều chỉnh ống kính để tập trung chùm tia laze
Nếu bạn muốn làm nổi bật một bức tường, hãy điều chỉnh nó cho đến khi một điểm sáng đẹp xuất hiện.
Sau khi đặt ống kính đúng cách, đặt que diêm vào đường dẫn tia laser và điều chỉnh ống kính cho đến khi đầu que diêm bắt đầu bốc khói. Bạn cũng có thể thử thổi bóng bay hoặc đục lỗ trên giấy bằng tia laser
Phương pháp hai: Tạo laser từ điốt đã qua sử dụng
Bước 1. Lấy đầu ghi DVD hoặc Blu-Ray đã qua sử dụng
Tìm đơn vị có tốc độ ghi 16x hoặc nhanh hơn. Thiết bị có một diode có công suất đầu ra 150 miliwatt (mW) hoặc lớn hơn.
- Đầu ghi DVD có một diode màu đỏ với bước sóng 650 nanomet (nm).
- Đầu ghi Blu-Ray có một đi-ốt màu xanh lam với bước sóng 405 nm.
- Đầu ghi DVD phải đủ khả năng để ghi đĩa, mặc dù nó không cần phải thành công. (Nói cách khác, diode vẫn hoạt động).
- Không sử dụng đầu đọc DVD, đầu ghi CD hoặc đầu đọc CD để thay thế đầu ghi DVD. Đầu đọc DVD có điốt đỏ, nhưng không mạnh bằng đầu đọc DVD. Điốt của máy ghi CD khá mạnh, nhưng phát ra ánh sáng trong phạm vi hồng ngoại, vì vậy bạn phải tìm kiếm những chùm tia mà bạn không thể nhìn thấy.
Bước 2. Lấy diode từ thiết bị ghi DVD / Blu-Ray
Thiết bị lật. Có bốn vít trở lên phải được tháo ra trước khi có thể mở thiết bị và có thể tháo điốt.
- Khi thiết bị được mở ra, sẽ có một cặp khung kim loại được giữ cố định bằng vít. Khung giữ các thành phần laser. Sau khi tháo các vít, bạn có thể tháo khung và tháo các thành phần laser.
- Điốt nhỏ hơn tiền xu. Diode có ba chân kim loại, và có thể được bọc trong một lớp kim loại, có hoặc không có cửa sổ bảo vệ trong suốt, hoặc có thể mở.
- Bạn phải lấy điốt từ thành phần laser. Để làm cho mọi thứ dễ dàng hơn, trước tiên hãy tháo bộ tản nhiệt ra khỏi bộ phận laser trước khi cố gắng tháo điốt. Nếu bạn có dây đeo cổ tay chống tĩnh điện, hãy đeo nó khi bạn nhấc diode lên.
- Xử lý diode cẩn thận, thậm chí cẩn thận hơn nếu nó là diode hở. Chuẩn bị một hộp chống tĩnh điện để lưu trữ các điốt cho đến khi bạn sẵn sàng sản xuất laser.
Bước 3. Lấy một ống kính hội tụ
Chùm tia của diode phải đi qua thấu kính hội tụ để tạo ra tia laser. Bạn có thể thực hiện việc này bằng một trong hai cách sau:
- Dùng kính lúp làm tiêu điểm. Di chuyển kính lúp cho đến khi bạn tìm thấy vị trí thích hợp để tạo ra chùm tia laze, và điều này nên được thực hiện mỗi khi bạn muốn sử dụng tia laze.
- Mua một bộ ống kính có đi-ốt laser công suất thấp, chẳng hạn như 5 mW, và thay thế đi-ốt bằng đi-ốt từ đầu ghi DVD.
Bước 4. Nhận hoặc xây dựng một mạch điều khiển
Bước 5. Kết nối diode với mạch điều khiển
Nối dây dẫn dương của diode với dây dẫn dương của mạch điều khiển, và dây dẫn âm với dây dẫn âm. Vị trí của các chân diode khác nhau tùy thuộc vào việc bạn đang sử dụng diode đỏ từ đầu ghi DVD hay diode xanh từ đầu ghi Blu-Ray.
- Giữ diode với các chân hướng về phía bạn, xoay nó sao cho các chân của các chân tạo thành một hình tam giác hướng về bên phải. Trên cả hai điốt, chân trên cùng là chân dương.
- Trên diode màu đỏ của đầu ghi DVD, chân ở giữa, tạo thành đỉnh của tam giác là chân âm.
- Trên diode xanh của đầu ghi Blu-Ray, chân dưới là chân âm.
Bước 6. Kết nối nguồn điện với mạch điều khiển
Bước 7. Điều chỉnh ống kính để tập trung chùm tia laze
Lời khuyên
- Bạn tập trung chùm tia laze càng nhỏ thì tia laze sẽ càng mạnh, nhưng nó sẽ chỉ có hiệu quả ở độ dài tiêu cự đó. Nếu hội tụ ở khoảng cách 1 m thì laze chỉ có tác dụng ở khoảng cách 1 m. Khi bạn không muốn sử dụng tia laser, hãy phân tán tiêu điểm của thấu kính cho đến khi tia laze có đường kính bằng một quả bóng bàn.
- Để bảo vệ thiết bị laser của bạn, hãy cất nó vào ổ cắm, chẳng hạn như đèn pin LED hoặc hộp đựng pin, tùy thuộc vào mức độ nhỏ của mạch điều khiển của bạn.
Cảnh báo
- Không chiếu tia laser vào bề mặt phản xạ ánh sáng. Tia laser là chùm ánh sáng và có thể bị phản xạ giống như chùm tia không tập trung, chỉ gây ra hậu quả lớn hơn.
- Luôn đeo kính bảo hộ dành riêng cho bước sóng của chùm tia laze mà bạn đang làm việc (trong trường hợp này là bước sóng của điốt laze). Kính laser được sản xuất với màu sắc cân bằng màu sắc của chùm tia laser: màu xanh lá cây đối với tia laser màu đỏ 650 nm, màu đỏ cam đối với tia laser màu xanh lam 405 nm. Không sử dụng mũ bảo hiểm hàn, kính có gờ, hoặc kính râm thay cho kính laser.
- Không nhìn vào nguồn tia laze hoặc chiếu tia laze vào mắt người khác. Laser loại IIIb, loại laser được thảo luận trong bài viết này, có thể gây hại cho mắt, ngay cả khi sử dụng kính laser. Chiếu tia laze một cách bừa bãi cũng là vi phạm pháp luật.
