на чем основана работа рубинового лазера
Рубиновый лазер
Рубиновый лазер.
Рубиновый лазер – твердотельный лазер, в активной среде которого для получения когерентных электромагнитных волн красного цвета используется искусственно выращенный розовый рубин.
Рубиновый лазер:
Розовый рубин, применяемый в качестве активной среды, получают искусственно, путем выращивания из расплава смеси оксида алюминия (Al2O3) и небольшой части (порядка 0,05 %) оксида хрома (Cr2O3). Именно атомы хрома отвечают за генерацию электромагнитных волн. В природном рубине концентрация оксида хрома (Cr2O3) больше, поэтому он имеет красный цвет.
Длина волны рубинового лазера составляет 694,3 нм.
Рубиновый лазер работает в основном в импульсном режиме. При этом для его накачки используется ксеноновая лампа среднего давления (
500 мм р.ст.). Существует три импульсных режима его работы:
При накачке ртутными лампами высокого давления рубиновый лазер может работать также и в непрерывном режиме. Однако в этом случае кристалл рубина необходимо охлаждать до низких температур.
В рубиновом лазере инверсия населенностей возбуждённых атомов хрома достигается с помощью импульсной газоразрядной лампы (либо ксеноновой лампы, либо ртутной лампы). В дальнейшем, ионы хрома, переходя из возбужденного состояния в основное, отдают квант электромагнитного излучения (фотон).
Конструктивно рубиновый лазер состоит из стержня рубина с диаметром от 3 до 25 мм и длиной до 20 см, используемого в качестве активной среды. Кристалл рубина с одной стороны полностью закрыт отражающим зеркалом, а с другой стороны – на выходе – полупрозрачным зеркалом. Для возбуждения используется импульсная газоразрядная лампа.
Рубиновый лазер применяется в косметологии – для удаления татуировок, в голографии, в научных экспериментах.
Рубиновый лазер: особенности, преимущества и недостатки
Рубиновый лазер относится к самым первым приборам, которые и заложили основу всей лазерной терапии. Несмотря на то, что в последнее время появилось множество современных аппаратов с новыми функциями, рубиновый лазер все еще не утратил свои позиции.
Рубиновый лазер получил такое название от драгоценного камня, из которого и изготовлен стержень. Искусственный рубин является отличным проводником для лазерного луча. На этом и базируется принцип действия прибора. Несмотря на то, что сфера его деятельности несколько ограничена, поскольку с помощью прибора можно удалить только нежелательную растительность темного цвета, ему нет равных по эффективности и безопасности.
Особенности рубинового лазера
Рубиновый лазер положил основу такой современной и востребованной процедуре как лазерная эпиляция. Поскольку длина его луча небольшая, удаляет нежелательную растительность он очень медленно и, как отмечают многие, достаточно болезненно.
В последнее время в салонах красоты и клиники используются более современные аппараты – александритовый и диодный, но сфера их деятельности также ограничена.
Среди особенностей прибора еще можно выделить небольшую стоимость самой процедуры по сравнению с удалением волос другими лазерными установками. К тому же его можно использоваться на любых участках кожи.
Принцип действия прибора
В основе работы рубинового лазера лежит луч определенной длины. Он проникает под кожу, согревает теплом свою клетку как бы «умиротворяя ее». В процессе теплового воздействия волосяной фолликул умирает и не возобновляет больше свой рост.
Считается, что по интенсивности и тепловому эффекту нет равных рубиновому лазеру. Возможно, именно поэтому он используется строго индивидуально и удаляет только темные волоски, поскольку высока вероятность развития сильного ожога.
Сфера применения рубинового лазера
Рубиновый лазер изначально применялся для удаления пигментных пятен, так как лучи отлично поглощаются меланином, хотя сам этот процесс имеет как свои плюсы, так и минусы. При неправильно подобранной длине лазерного луча эффект может быть совершенно противоположным, вместо отсутствия пигментных пятен человек получает гиперпигментацию. Возможно, по этому причине он стал использоваться все реже в последнее время.
На данный момент специалисты доказали, что с помощью прибора можно также эффективно удалить татуировки, но только на светлой коже. И для того, чтобы удалить именно пигмент и не задеть здоровые ткани стоит выбирать минимальную длину лазерного луча. В противном случае могут остаться следы от удаления татуировки в виде шрамов и рубцов. Поэтому данный аппарат не подходит для удаления тату, которые были нанесены слишком глубоко под кожу.
Также недавно рубиновый лазер стал применяться для удаления веснушек и невусов, что свидетельствует о том, что потенциал данного прибора пока не изучен до конца
Плюсы и минусы рубинового лазера
Рубиновый лазер имеет свои плюсы хотя это и первый прибор, что начал применяться в лазерной косметологии.
Преимущества рубинового лазера:
Недостатки рубинового лазера
К минусам прибора можно отнести то, что это самый первый аппарат, который начал использоваться в лазерной терапии. В последнее время появилось множество новых и высокоточных приборов для удаления волос, тату, перманентного макияжа, которые не приводят к последствиям на коже.
К недостаткам можно также отнести длительность процедуры при удалении волос рубиновым лазером. Но несмотря на то, что манипуляция лазером длительная, стоит она гораздо дешевле, чем на аппаратах нового поколения.
Рубиновый лазер: как работает, технические характеристики и применение
Приборы, основанные на генерации лазерного излучения, применяются для удаления волос на теле. Из существующих видов таких устройств рубиновый лазер для эпиляции используется реже, чем диодный и александритовый.
Рубиновый лазер: что это такое
Рубиновый кристалл является активной средой устройства. Он представляет собой цилиндр с отполированными торцами, покрытыми диэлектрической пленкой или серебром.
Действие прибора основано на генерации лазерного луча, который поглощается меланином и пигментами тёмного цвета. Поэтому он эффективен для удаления татуировок, пигментных пятен и нежелательных волос.
Схема его работы простая. Под воздействием импульсной лампы происходит возбуждение источника излучения, т. е. кристалла. Вследствие этого он начинает лавинное испускание фотонов. На другом составном элементе лазера — резонаторе в виде системы зеркал — происходит обратное действие, что обеспечивается торцами кристалла. Так генерируется длина волны лазерного излучения, идеальная для поглощения меланином.
Технические характеристики лазера
Рубиновый лазер способен работать в непрерывном или импульсном режиме. Первый имеет низкий КПД и неэкономичен, потому исключается. Второй имеет пиковый характер генерации импульсов в виде вспышек короткой длительности. При их правильной селекции обеспечивается послойное проникание излучения на глубину до 3 мм без повреждений кожи. Основные характеристики прибора — это мощность и длина волны рубинового лазера.
Длина волны
Чем короче длина волны, тем она сильнее поглощается пигментом. Поэтому эффективнее удаляют волоски с тела человека приборы, генерирующие большую длину волны. У рубинового лазера она составляет составляет 694 нм, в сравнении с александритовым 725-755 нм, неодимовым 1064 нм.
Частота повторения импульсов тоже небольшая и составляет от 1 Гц, что соответствует максимум 1 импульсу в секунду. Такая величина устанавливается в приборах с целью предупредить сильный нагрев участка кожи в месте воздействия излучения. От частоты повторения импульсов прямо зависит скорость перемещения лазерной манипулы по эпилируемой области.
Мощность прибора
Средняя мощность излучения устройства в пиковых режимах, которые характеризуются импульсами, составляет примерно 40 Дж/см 2 на один импульс. Максимальная мощность рубинового лазера не превышает 10 Вт. Но такая сила излучения не нужна для эпиляции, так как пигмент хорошо поглощает лазерный свет.
Применение рубинового лазера
Также используется в медицине как скальпель для микрохирургических операций, а в косметологии — для удаления пигментных пятен и татуировок с кожи.
Для эпиляции
Строение волоса такое, что полностью удалить его с кожи — это значит уничтожить луковицу и питающий сосуд. Но механическим способом это сделать нельзя. Необходимо воздействовать на луковицу излучением с определенной длиной волны.
Для этого применяются устройства, генерирующие лазерные волны, и рубиновый лазер — один из первых типов подобных приборов.
При лазерной эпиляции излучение:
Рубиновый лазер хорошо удаляет черные волосы на светлой кожи и применяется для эпиляции кожи только 1-го и 2-го фототипов. На темной или загорелой коже он может оставлять ожоги.
Процедура имеет противопоказания. Поэтому консультация перед лазерной эпиляцией поможет выявить возможные ограничения.
Отзывы
Обычно отзывы о рубиновом лазере для эпиляции негативные или нейтральные. Это устройство уже морально устаревшее, потому используется редко. Существуют более эффективные лазеры с рабочей средой другого типа, например, эпиляция александритовым лазером.
Обычно тем, кто делал лазерную эпиляцию рубиновым лазером, не нравится болезненность процедуры и медленная скорость работы в сравнении с эпиляцией на диодном лазере. Также у некоторых после воздействия излучения на коже появлялись ожоги, которые со временем не сходили бесследно, а оставляли рубцы. Еще одно неприятное последствие — появление пигментации на коже. По этим причинам рубиновый лазер почти не применяется сейчас.
Положительные отзывы дают люди, воспользовавшиеся рубиновыми установками для удаления пигментных пятен, веснушек и татуировок. Процедура медленная и неприятная, но сильной боли обычно нет. Возникают ощущения как при легком ожоге кожи, но максимум через 20 минут они проходят. Места, где были веснушки и пигментные пятна, после воздействия сначала выглядят покрасневшими, потом темнеют, а примерно через 5 дней тон кожи выравнивается. При большом количестве пятен нужно несколько сеансов.
Лазерная эпиляция рубиновым лазером — это прошлый век. Возможно где-то еще работают на этих «динозаврах», но на момент сегодня их вытеснили более совершенные лазерные системы.
Основные свойства и уровни энергии рубина. Устройство лазера на рубине. Создание инверсной населенности в рубиновом лазере. Характер генерации рубинового лазера
Рубин представляет собой окись алюминия Аl2О3, в которой некоторые атомы алюминия заменены атомами хрома Сr. Этот рубин облучают широким спектром частот электромагнитных волн. При этом ионы хрома Сr +++ переходят в возбужденное состояние E3(рис. 3.16). Ионы алюминия в этом деле заметной роли не играют.
Состояние с энергией Е3представляет собой целую полосу, вследствие взаимодействия ионов с кристаллической решеткой. С уровня Е3для ионов хрома возможны два пути.
1. Возвращение в исходное состояние с энергией Е1 с испусканием фотона.
2. Переход в метастабильное состояние с энергией Е2путем теплового взаимодействия с ионами кристаллической решетки алюминия.
Расчеты и эксперимент показывают, что вероятность перехода А32много больше вероятности перехода A32. Кроме того, переход из метастабильного состояния с энергией Е2в основное состояние запрещен правилами отбора (правила отбора не абсолютно строги, они указывают лишь большую или меньшую вероятность перехода).
Таким образом, при достаточно большом числе атомов хрома может возникнуть инверсная населенность уровня Е2– число атомов на уровне Е2 превысит число атомов на уровне Е1, т. е. может получиться то, что мы желаем.
Спонтанный переход с уровня Е2на основной уровень обозначен стрелкой А21. Возникающий при этом переходе фотон может вызвать вынужденное излучение следующего фотона, который обозначен стрелкой W21. Этот фотон еще одного и т. д., т. е. образуется каскад фотонов.
Вокруг рубинового стержня устанавливают несколько витков лампы накачки – ксеноновой лампы, работающей в импульсном режиме.
Итак, в теле стержня образовались вынужденные фотоны. Те фотоны, направление распространения которых составляет малые углы с осью стержня, будут многократно проходить стержень и вызывать вынужденное излучение метастабильных атомов хрома. Вторичные фотоны будут иметь то же направление, что и первичные, т. е. вдоль оси стержня. Фотоны другого направления не разовьют значительный каскад и выйдут из игры. При достаточной интенсивности пучка часть его выходит наружу.
Рубиновые лазеры работают в импульсном режиме с частотой повторения несколько импульсов в минуту. Кроме того, внутри них происходит выделение большого количества тепла, поэтому их приходится интенсивно охлаждать.
Первый лазер в истории: каким он был
Как известно, лазер – это устройство способное к усилению света путем вынужденного излучения. И возможность построения этого устройства была сначала предсказана в теории, а лишь много лет спустя удалось построить первый образец. Напомню, что вынужденное излучение было объяснено с точки зрения квантовой теории Эйнштейном, а первое воплощение этого принципа в железе началось в 50х годах ХХ века независимо различными группами ученых, наиболее известными из которых стали Ч. Таунс, А. М. Прохоров и Н. Г. Басов. Тогда им удалось построить первый квантовый генератор – мазер, который генерировал излучение в области сантиметровых волн. Непокоренным на то время оставался оптический диапазон, и о том, как его удалось покорить я и постараюсь рассказать в этой статье.
А покорить его удалось Теодору Мейману в 1960м году. Он провёл множество расчетов и пришел к выводу, что идеальным рабочим телом для генерации волн оптического диапазона станет кристалл рубина. Он же предложил принцип накачки рабочего тела – короткими вспышками света от соответствующей лампы-вспышки и способ создания положительной обратной связи для того чтобы усилитель стал генератором – эту функцию выполняли зеркальные покрытия на торцах кристалла. Расчеты Меймана показали, что атомы хрома, которые являются примесью в кристаллах сапфира и делающие его рубином имеют подходящую систему энергетических уровней, которая делает возможной генерацию лазерного излучения. В рубине реализуется простейшая трехуровневая схема. Атом хрома, поглощая свет в сине-зелёной области спектра, переходит на верхний возбужденный уровень, с которого происходит безизлучательный переход на метастабильный уровень, на котором он может задержаться на время порядка 1 мс. Из этого состояния атом возвращается на основной уровень, излучая фотон с длиной волны или 694 или 692 нм, так как метастабильный уровень на самом деле не один, их два очень близко расположенных. Возможность накопления атомов на метастабильном уровне и позволяет создать инверсную заселенность, а вместе с ней и генерацию лазерного излучения, когда один или несколько спонтанно испущенных фотонов заставляют лавинообразно «осыпаться» все остальные атомы из метастабильного состояния в основное, испуская новые фотоны с одинаковой длиной волны, фазой, поляризацией и направлением движения. Они и создают яркий красный луч, которому свойственна когерентность.
С историей изобретения первого оптического квантового генератора связано много достаточно интересных и порой очень несправедливых событий. Для начала надо отметить, что разработку первого лазера Мейман осуществлял по своей инициативе и самостоятельно, только со своим помощником, при этом, лазер на рубине создавался вопреки мнениям многих специалистов, которые были уверены в том, что рубин не годится в качестве рабочей среды. Есть городская легенда, согласно которой, его помощник, будучи дальтоником, впервые в жизни увидел красный свет, в тот момент когда лазер был собран и он заработал. Согласно этой же легенде, Мейман не наблюдал лазерный пучок визуально, так как был очень занят настройками регистрирующей аппаратуры – нужно было срочно собирать экспериментальные данные и готовить статью к публикации, в которой будут представлены убедительные доказательства, что было впервые получено когерентное излучение оптического диапазона. Тут-то и начались сложности. Во-первых, статью Меймана о том, что возможна генерация оптического когерентного излучения в кристалле рубина отклонили от публикации в журнале Physical Review Letters, уточнив, что в «его статье нет ничего принципиально нового». Вместо этого статья была опубликована в Nature. Что характерно – в 1958 году в журнале Physical Review Letters была уже опубликована статья о принципах работы лазера, направленная из конкурирующей организации – Bell Labs, и это не смотря на то, что рабочего экземпляра лазера у них не было, статья описывала просто теоретическое обоснование. Они же быстро состряпали патент на лазер, которого у них ещё не было. А Мейман получил отклонение из этого журнала, хотя построил первый работоспособный лазер. Более того, он подробно потом объяснил ученым из Bell Labs в разговоре по телефону, что нужно для создания лазера и как его построить, уже после того, как он создал свой. Тем не менее, приоритет Меймана в изобретении лазера так и не был признан. Да и Нобелевскую премию за изобретение лазера присудили Ч. Таунсу, а не ему, которая должна была принадлежать ему по праву. Отчасти это объясняют тем фактом, что Мейман работал в частной фирме, которая выполняла заказы для военных, а не в университетской лаборатории.
Теперь, оставим драму в покое и посмотрим, как был устроен рубиновый лазер Меймана в железе. Конструкция была чрезвычайно проста – в компактном корпусе находилась миниатюрная спиральная лампа-вспышка, внутри которой фиксировался ещё более миниатюрный кристалл рубина. Противоположные его торцы были посеребрены – один торец был «глухим» зеркалом, второй был посеребрен более тонким слоем, который пропускал некоторое количество света. Первый в мире лазер был длиной в 12 сантиметров, весил 300 грамм и выглядел игрушечным.
Детали лазера крупным планом:
Собственно, кристалл рубина.
И весь лазер в сборе, без источника питания.
В прессу же попала фотография лазера уже более крупных размеров, но уже далеко не первого в истории. И журналисты сразу же начали поднимать панику, дескать, изобретены «лучи смерти».
Буквально через год-два, когда новость об изобретении лазера уже разлетелась по миру, стали появляться первые лабораторные образцы лазеров в СССР. В отличии от стран запада, спиральные лампы накачки в лазерах не прижились сразу. Во-первых спиральная лампа не смотря на свою «очевидность» имеет далеко не оптимальную форму тела свечения – лишь малая доля света идет по адресу, так как соседние витки спирали в основном подсвечивают друг друга, а не вставленный внутрь неё кристалл рубина. Во-вторых – советская промышленность не выпускала широкую номенклатуру спиральных импульсных ламп. А те которые выпускались, имели неподходящую форму – спираль была слишком большого диаметра но мало витков, как например, достаточно известные лампы ИФК-20000 и ИФК-80000. Была спиральная модификация у достаточно известной и распространенной лампы ИФК-2000, но она встречается очень редко и смогла бы «прокачать» лишь самый миниатюрный кристаллик рубина, как у Меймана. Поскольку спиральные лампы в СССР были редки, то пошли по пути использования тех ламп, которые есть в достаточном количестве. Первый лазер в СССР имел возможность устанавливать в него кристаллы различных размеров, а для накачки использовались «классические» U-образные лампы ИФК-2000. Так он выглядел «живьем».
А так его показывали в книжках Б. Ф. Федорова различных изданий.
Поскольку такой способ накачки все равно остается неэффективным, то от него быстро ушли в пользу накачки прямыми трубчатыми лампами серии ИФП. Кристаллы же рубина также стали выпускаться всего нескольких стандартных размеров, в точности по размеру светящейся части лампы. Кристалл рубина и лампу стали размещать в фокусах эллиптического отражателя, чтобы кристалл собирал максимум доступного света. Так это выглядит схематически.
А так выглядит эллиптический отражатель вживую.
Была ещё конструкция с так называемой «полостной» лампой. Полостная лампа получается, если постепенно увеличивать число витков в спиральной лампе до бесконечности, пока они не сольются в сплошную полость. Такая лампа представляет собой две трубки из кварцевого стекла вложенные одна в другую и спаянные на торцах. Электроды впаяны в противоположные концы лампы. Единственная известная полостная лампа советского производства – ИФПП-7000, применялась в накачке лазерной установки УИГ-1.
Такая схема накачки обладает всеми недостатками схемы со спиральной лампой, поэтому больше нигде не применялась. На фотографии лампа ИФПП-7000 и кристалл рубина использовавшийся с ней. Кроме теперь уже экзотических схем со спиральными и полостными лампами накачки, возможна работа рубинового лазера в ещё более экзотической схеме – с непрерывной накачкой. Это возможно если кристалл рубина очень маленький, охлаждается жидким азотом и освещается сфокусированным пучком от ртутной лампы сверхвысокого давления или лучом мощного аргонового лазера. Но такие устройства так и не покинули стены лабораторий, оставшись экзотикой, описанной в научных статьях, не смотря на то, что со временем его удалось «отучить» от жидкого азота. Впоследствии и от напыленных на торцы зеркал отказались, так как они недолговечны и в случае их повреждения придется менять весь кристалл. Такая конструкция сохранилась только в тех устройствах где нужна максимальная компактность, как, например, в излучателях лазерных эпилляторов. Во всех остальных зеркала смонтированы отдельно на юстировочных приспособлениях.
Было бы странно, если бы мне не захотелось построить свой собственный рубиновый лазер, используя подручный и подножный выброшенный из лазерной лаборатории хлам. Хотелось отдать своего рода дань истории. Ну и получить первый опыт работы с импульсными твердотельными лазерами. Дальше следует описание постройки моего собственного лазера на рубине.
Информация представлена в ознакомительных целях. Автор не несет ответственности за попытки повторения описанного.
Основой стал упомянутый выше кристалл от установки УИГ-1. Это кристалл бледно-розового цвета с размером рабочей окрашенной части 8*120 мм, с дополнительными бесцветными наконечниками, что дает общую длину кристалла в 180 мм. Наконечники нужны для крепления кристалла в корпусе излучателя. Ещё одна причина, по которой окрашенную часть делают точно по размеру лампы накачки в том, что у рубина есть крайне нехорошее свойство поглощать собственное излучение на длине волны генерации. Если какая-то часть кристалла остается незасвеченной, то она начинает поглощать излучение, которое усиливается в засвеченной части и эффективность лазера сильно снижается. Обусловлено это трехуровневой схемой атомов хрома в рубине. По этой же причине у рубина очень высокая пороговая энергия накачки.
В первую очередь был построен макет источника питания для лампы накачки. Основная его деталь – это батарея конденсаторов емкостью 1000 мкФ, которая заряжалась до напряжения 3 кВ.
Напомню, что схемы с высоковольтными конденсаторами большой ёмкости смертельно опасны!
Схема заряда и поджига лампы. Для первой попытки взята ИФП-5000.
Сначала схема с лампой испытывалась без какого либо корпуса. Вспышка лампы крайне мощная, происходит с достаточно громким хлопком и её легко видно в соседних комнатах – свет распространяется через коридор, переотражаясь от стен. Вспышка лампы способна обугливать дерево и бумагу, расположенные к ней в упор. Каждая вспышка сопровождается запахом подгоревшей пыли и озона, выработанного могучим импульсом жёсткого ультрафиолета, и сопровождается волной жара, если находиться рядом с ней. Прямое наблюдение вспышки без средств защиты глаз крайне опасно! Для защиты достаточно обычной сварочной маски или очков.
Наигравшись с самой мощной на тот момент фотовспышкой, я собрал излучатель с этой лампой и показанным выше кристаллом. Корпусом для лампы и кристалла стал стеклянный моноблочный отражатель от технологического лазера «Квант-16», а снованием стал кусок металлического швеллера. Из кусков этого же швеллера были сделаны юстировочные приспособления для зеркал резонатора.
В качестве глухого зеркала я решил использовать призму полного отражения.
А в качестве выходного было выбрано зеркало якобы от рубинового лазера.
Забегая вперед, скажу, что этот конструктив оказался нерабочим. Лазерную генерацию получить на нем не удалось. Причины вполне очевидны – лампа накачки в два раза длиннее кристалла и её свет используется крайне неэффективно. Да и возможность выходного зеркала обеспечить эту генерацию тоже вызывала вопросы. Квантрон (так называется блок лампа+кристалл+отражатель) пришлось переделать. Во втором варианте я сделал новый держатель для кристалла и ламп, вместо одной лампы ИФП5000 решил использовать две лампы ИФП2000, размещенные в упор к кристаллу и соединенные последовательно электрически. Длина ИФП2000 идеально соответствует длине окрашенной части кристалла. Такой способ компоновки называется «плотная упаковка».
В качестве отражателя было решено испытать белые кафельные плитки. Современной тенденцией в коммерческом лазеростроении является использование керамических диффузных отражателей сделанных из спеченной окиси алюминия, которая отражает до 97% падающего света. Фирменные отражатели мне, конечно же, недоступны, но вот кафельные плитки выглядят не хуже, тоже идеально белые.
Было заменено и выходное зеркало на новое с измеренным коэффициентом пропускания 45% на длине волны 694 нм.
И в такой конфигурации удалось получить генерацию с первого импульса! Порог генерации оказался довольно высоким – около 1500 Дж энергии накачки. Лазер выдавал луч насыщенно-красного цвета, ослепительной яркости. К сожалению из-за его «скоротечности» сфотографировать его не удалось. Зато удалось зафиксировать его разрушительное действие на металл при фокусировке. Из железа он хорошо высекает искры.
Поскольку кристалл не имеет водяного охлаждения, то с повышением его температуры энергия луча довольно быстро падает, вплоть до полного срыва генерации. Да и кафельные плитки хорошо нагревались и затрудняли отвод тепла. При разборке я заметил, что поверхность плиток все же начала темнеть. Было решено испытать металлический отражатель, согнутый из хромированной пластины фотоглянцевателя.
Стрельба в нержавейку. Искры более яркие.
Стрельба в лезвие канцелярского ножа из углеродистой стали дает обилие пушистых звездочек.
Стрельба в резину дает выброс факела пламени длиной до 3-4 см с последующими колечками дыма.
Также удалось выяснить, что из-за применения призмы полного отражения в качестве глухого зеркала лазер работает в одномодовом режиме и выдает энергию меньшую, чем мог бы, при том же уровне накачки. Дело в том, что центральное ребро у призмы – это мертвая зона и, исходя из схемы хода лучей света в призме полного отражения, световой пучок расщепляется на два параллельных, что соответствует моде ТЕМ10. Опозналось это по пятну ожога на черном карболите – было четко видно расщепленное пополам пятно как на картинке.
Если создать условия, при которых все остальные моды не будут подавляться, то за счет появления высших мод можно добиться повышения выходной энергии минимум вдвое. Для этого потребовалось заменить призму, которые легкодоступны, на специальное глухое зеркало, рассчитанное для работы на длине волны 694 нм. И это того стоило! Порог генерации упал до 900 Дж, а энергии действительно стало больше! И при стрельбе в черный карболит получалось равномерное пятно ожога. Теперь пластинка трансформаторного железа пробивалась за 2-3 выстрела, а диаметр отверстия получался несколько большим. Ну и количество искр стало существенно больше! Особенно красиво получается при стрельбе в углеродистую сталь.
Обычная сталь тоже искрит весьма неслабо!
3 выстрела делают в лезвии ножа сквозную дырку.
На этот момент возможности лазера уже были в принципе понятны, и оставалось убрать весь тот бардак из конденсаторов и оголенной высоковольтной проводки в более-менее аккуратный корпус, удачно оставшийся от разобранного блока питания лазера ЛГ-70. Принято решение сократить конденсаторную батарею, оставив только 6 однотипных конденсаторов, которые идеально влазили в корпус. Впихивание остального барахла затруднений не вызвало, даже осталось место для очень важного узла обеспечения безопасности – вакуумного выключателя имеющего нормально замкнутое положение, который разряжает конденсаторы на мощный резистор, когда прекращаются занятия с лазером и блок питания обесточивается. Заряд надежно сливается примерно за 40 секунд. Платой за это стало некоторое снижение энергии излучения, но зато лампы накачки работают в более щадящем режиме.
Вверху – конденсаторы, правее – разрядный резистор, в левом нижнем углу – система поджига лампы, круглая катушка правее – балластный дроссель который включается для ограничения импульсного тока через лампы (без него лампы торжественно взрываются после пары десятков вспышек), ещё правее (в центре) трансформатор от китайской микроволновки для заряда конденсаторов, ещё правее – его пускатель, и в правом нижнем углу – вакуумный выключатель ВВ-5, который замыкает конденсаторы на резистор при выключении аппарата из сети.
Вид БП сзади. Вентилятор там стоит просто потому, что он там был, и там было место под него. Реально греющиеся узлы в этом блоке отсутствуют. Высокое напряжение выводится через два контакта на самодельных проходных изоляторах, которым ещё нужно обеспечить дополнительную защиту от случайных прикосновений.
После сборки блока питания было решено взять штурмом пятак, выполненный из нержавеющй стали толщиной примерно 1.3 мм. Понадобилось около 7 выстрелов, но сквозной пробой был получен!
Здесь уже видны искры с тыльной стороны пятака.
А вот и желаемый результат – сквозной пробой пятака.
Подводя итог, было бы странно, если бы с моим увлечением я бы не построил этот действительно выдающийся вид лазера, у которого в моей реализации выходная энергия оценивается в 5 Дж при использовании полновесной батареи конденсаторов. Именно с него началась история всей лазерной техники и совершенно новой на тот момент науки – нелинейной оптики, которая открыла совершенно необычные казусы, происходящие со светом в области больших мощностей и энергий. Отдельно я бы хотел поблагодарить Джаррода Кинси, американского лазерного самодельщика, с ним я смог обсудить конструкцию своего самодельного лазера, и получить от него ряд ценных замечаний. В статье были использованы материалы из следующих источников, помимо бездонных глубин интернетов:
1. Б. Ф. Федоров Оптические квантовые генераторы, «Энергия», 1966,
2. Б. Ф. Федоров Лазеры и их применения, «Энергия», 1973
3. А. С. Борейшо Лазеры: устройство и действие, Санкт-Петербург, 1992
Благодарю за чтение, надеюсь было интересно.
А для будущих проектов у меня припасен действительно огромный рубиновый стержень – диаметром 16мм и с длиной окрашенной части 240 мм. Полная длина – 300 мм. Из такого кристалла можно получить до 100 Дж выходной энергии. Почти то, что нужно для лазерного бластера.