Цитата(с
http://www.ria-inc.net):
Лазер на азоте
Пожалуй, это самая простая и распространенная конструкция. Она не требует зеркал, хотя для того, чтобы направить луч не в обе стороны сразу, одно зеркало все же ставят. Генерация происходит в длинном узком промежутке, заполненном азотом. Получающийся луч ультрафиолета 337,1 нм имеет плохую когерентность, но зато высокую мощность. Его можно использовать для накачки лазеров на красителях.
Типичный самодельный лазер на азоте. Хорошо видны конденсаторы-«крылья». Фото из коллекции Сэмюэля Голдвассера.
Накачкой лазера служит электрический разряд напряжением 5–20 кВ (осторожно, высокое напряжение! Заряд конденсаторов лазера смертелен!). Для генерации достаточно расположить две линейки строго параллельно и устроить между ними разряд строго односременно. Скорость поджига разряда вдоль линеек должна превышать скорость света, чтобы азот оказался ионизированным до того, как через него пройдет луч. На практике для этого приходится подводить энергию к линейке сбоку сразу по всей длине, этим достигается одновременность. Иначе бы волна энергии бежала по линейке со скоростью света (быстрее-то нельзя!) и опоздала бы. Излюбленная конструкция любительского лазера, которую часто неправильно называют схемой Блюмляйна, представляет собой два плоских конденсатора. С нижней стороны они непосредственно соединяются, а с верхней закреплены линейки разрядного промежутка. Конденсаторы заряжают от источника высокого напряжения. затем один из них резко закорачивают (чаще всего с помощью искрового промежутка). За счет собственной индуктивности в закороченном конденсаторе возникают колебания, и через полпериода напряжение на разрядном промежутке становится равным удвоенному напряжению питания. При этом происходит пробой. Если линейки сделаны качественно и отрегулированы, то пробой произойдет по всей длине равномерно.
Время жизни возбужденного состояния (метастабильного уровня там нет, лазер двухуровнувый) в азоте крайне мало и составляет от 1 до 40 наносекунд (зависит от чистоты и давления газа). Если разряд достаточно быстр, чтобы вкачать за это время необходимую энергию (пиковая мощность разряда должна для этого составлять несколько мегаватт, а длительность не превышать 10 наносекунд), то получится лазерное излучение. Обычно азот должен быть чистым и находиться при пониженном давлении, но при очень качественной накачке можно ухитриться заставить лазер работать и с воздухом вместо азота, и даже при атмосферном давлении (то есть просто две линейки в воздухе уже могут образовать лазер!). Кислород заметно снижает время жизни возбужденного уровня азота, да еще и портит электроды, поэтому лучше все же использовать азот. Чистота азота особой роли не играет. При атмосферном давлении ничего хорошего тоже не получится, хоть работать и будет. Хотите мощность - используйте чистый азот и откачивайте насосом. Обычно в лазерах используют работу напроток - азот из баллона подается с одной стороны и откачивается с другой. Герметичную трубку с азотом, работающую без насоса, сделать можно, но самодельная трубка будет все время пачкаться всякой дрянью, летящей из электродов и стенок, и долго не проработает. Лучше все время подавать новый чистый газ, а грязный удалять.
Автору статьи посчастливилось поработать с азотным лазером Molectron UV-1000 мощностью 1 мегаватт. Он работал напроток от баллона, дина трубки составляла 2 метра, сечение луча — прямоугольник около сантиметра толщиной и несколько сантиметров в длину. Рабочее напряжение около 30 киловольт. Разряд зажигался с помощью большого водородного тиратрона, от которого на трубку импульс шел по 100 толстым коаксиальным кабелям строго одинаковой длины. Они начинались от конденсатора внутри корпуса тиратрона, а концами были равномерно распределены вдоль двухметровой трубы. Этим обеспечивалась одновременность накачки. Сфокусированный хорошей линзой из плавленого кварца, луч легко испарял (не прожигал) бумагу, с громким щелчком оставляя в ней аккуратное отверстие с четкими краями.
Материалы и конструкция
Конденсаторы делаются из фольгированного текстолита (фольга по краям стравливается, но ни в коем случае не срезается, иначе по царапинам пробьет) или из любой металлической фольги и пластиковой пленки. Можно попробовать слюду. В лазере с чистым азотом и с насосом можно использовать заводские конденсаторы-«бочонки». Обеспечьте хорошую изоляцию. Заряд конденсаторов смертелен.
Источник высокого напряжения может быть любым (из строчника от телевизора, из катушки зажигания, из трансформатора от неоновой рекламы и т.п.). Высокое напряжение должно быть выпрямлено. Нужно иметь регулировку высокого напряжения, переключатели «защиты от дурака» и кнопки аварийного отключения. Неплохо иметь киловольтметр.
Запуск разряда обычно делают с помощью искрового промежутка. Тиратрон трудно достать, а пригоден он только для лазеров с трубкой высокого качества. Искровой промежуток должен быть регулируемым. Его нужно закрыть, поскольку он очень громко трещит и очень ярко сверкает. Можно попробовать пустить в него азот под давлением. Неплохо заполнить водородом (избегать образования гремучего газа!). Искровым промежутком можно управлять с помощью третьего электрода.
Объем лазера чаще всего делают из оргстекла. Неплохо добавить защиту от ультрафиолета. На торцах трубки ставят самые тонкие стеклышки, какие удастся достать (например, покровные стекла для микроскопа).
Вопреки распространенному мнению, никакой бегущей волны в «крыльях» нет. Не те частоты. Поэтому вырезать конденсатор в виде параболического отражателя не надо. Тем не менее, форма и размеры конденсатора влияют на его индуктивность. Надо подбирать. Конденсаторы должны быть одинаковыми. Не стоит делать один меньше другого.
Искры между линейками свидетельствуют либо о неровностях, либо о слишком высоком напряжении, либо о слишком медленном поджиге. Причиной медленного поджига могут быть слишком большие конденсаторы. Свечение между линейками должно быть равномерным.
Обнаружить ультрафиолет можно по свечению белой бумаги.
Кто что думает?