Das Wort „Laser“ist ein Akronym für „Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission“. Der erste Laser mit einem silberbeschichteten Rubinzylinder als Resonator wurde 1960 in den kalifornischen Hughes Research Laboratories entwickelt. Heutzutage werden Laser für Zwecke verwendet, die von der Messung bis zum Lesen codierter Daten reichen, und es gibt verschiedene Möglichkeiten, einen Laser herzustellen, abhängig von Ihrem Budget und Ihren Fähigkeiten.
Schritte
Teil 1 von 2: Verstehen, wie ein Laser funktioniert
Schritt 1. Stellen Sie eine Energiequelle bereit
Laser arbeiten oder „lasen“, indem sie Elektronen anregen, Licht einer bestimmten Wellenlänge zu emittieren. (Dieser Prozess wurde erstmals 1917 von Albert Einstein vorgeschlagen.) Damit Elektronen Licht emittieren können, müssen sie zuerst Energie absorbieren, um sie auf eine höhere Umlaufbahn zu bringen, und diese Energie dann als Licht abgeben, wenn sie in ihre ursprüngliche Umlaufbahn zurückkehren. Diese Energiequellen werden als „Pumpen“bezeichnet.
- Kleine Laser, wie die in CD- und DVD-Playern und Laserpointern, verwenden elektronische Schaltkreise, um Dioden, die als Pumpe dienen, mit elektrischem Strom zu versorgen.
- Kohlendioxidlaser werden mit elektrischen Entladungen gepumpt, um ihre Elektronen anzuregen.
- Excimer-Laser beziehen ihre Energie aus chemischen Reaktionen.
- Um Kristalle oder Gläser herum gebaute Laser verwenden starke Lichtquellen wie Bogen- oder Blitzlampen.
Schritt 2. Leiten Sie die Energie durch ein Verstärkungsmedium
Ein Verstärkungsmedium oder aktives Lasermedium verstärkt die Leistung des von den stimulierten Elektronen abgegebenen Lichts. Gain-Medien können eines der folgenden Elemente sein:
- Halbleiter aus Materialien wie Galliumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid oder Indiumgalliumarsenid.
- Kristalle wie der Rubinzylinder, der im Laser der Hughes Laboratories verwendet wird. Saphir und Granat wurden ebenso verwendet wie Fasern aus optischem Glas. Diese Gläser und Kristalle werden mit Ionen von Seltenerdelementen behandelt
- Keramik, die auch mit Seltenerd-Ionen behandelt wurde.
- Flüssigkeiten, normalerweise Farbstoffe, obwohl ein Infrarotlaser unter Verwendung eines Gin Tonic als Verstärkungsmedium hergestellt wurde. Gelatine-Dessert (Jell-O) wurde auch erfolgreich als Verstärkungsmedium verwendet.
- Gase wie Kohlendioxid, Stickstoff, Quecksilberdampf oder ein Helium-Neon-Gemisch.
- Chemische Reaktionen.
- Elektronenstrahlen.
- Nukleare Materialien. Ein Uranlaser wurde erstmals im November 1960 produziert, sechs Monate nach dem ersten Rubinlaser.
Schritt 3. Richten Sie Spiegel ein, um das Licht einzudämmen
Diese Spiegel oder Resonatoren halten das Licht in der Laserkammer, bis es das gewünschte Energieniveau für die Freisetzung erreicht hat, entweder durch eine winzige Öffnung in einem der Spiegel oder durch eine Linse.
- Der einfachste Resonatoraufbau, der lineare Resonator, verwendet zwei Spiegel, die an gegenüberliegenden Seiten der Laserkammer angeordnet sind. Es erzeugt einen einzelnen Ausgangsstrahl.
- Ein komplizierterer Aufbau, der Ringresonator, verwendet drei oder mehr Spiegel. Es kann einen einzelnen Strahl mit Hilfe eines optischen Isolators oder mehrere Strahlen erzeugen.
Schritt 4. Verwenden Sie eine Fokussierlinse, um das Licht durch das Verstärkungsmedium zu lenken
Zusammen mit den Spiegeln hilft die Linse dabei, das Licht zu konzentrieren und zu lenken, damit das Verstärkungsmedium so viel wie möglich empfängt.
Teil 2 von 2: Einen Laser bauen
Methode 1: Bau eines Lasers aus einem Bausatz
Schritt 1. Finden Sie einen Händler
Sie können zu einem Elektronikgeschäft gehen oder online nach „Laser-Kit“, „Lasermodul“oder „Laserdiode“suchen. Ihr Laser-Kit sollte Folgendes enthalten:
- Eine Treiberschaltung. (Dies wird manchmal separat von den anderen Komponenten verkauft.) Suchen Sie nach einer Treiberschaltung, mit der Sie den Strom einstellen können.
- Eine Laserdiode.
- Eine verstellbare Linse aus Glas oder Kunststoff. Typischerweise sind Diode und Linse zusammen in einem kleinen Röhrchen verpackt. (Diese Komponenten werden manchmal separat von der Treiberschaltung verkauft.)
Schritt 2. Bauen Sie die Treiberschaltung zusammen
Bei vielen Laserkits müssen Sie die Treiberschaltung zusammenbauen. Diese Kits enthalten eine Platine und zugehörige Teile und erfordern, dass Sie sie gemäß dem beiliegenden Schaltplan zusammenlöten. Bei anderen Kits kann die Schaltung bereits montiert sein.
- Sie können auch Ihre eigene Treiberschaltung entwerfen, wenn Sie über die entsprechenden Elektronikkenntnisse verfügen. Die LM317-Treiberschaltung bietet eine gute Vorlage für das Entwerfen Ihrer eigenen. Verwenden Sie unbedingt eine Widerstands-Kondensator-Schaltung (RC), um den Leistungsausgang vor Spannungsspitzen zu schützen.
- Nachdem Sie die Treiberschaltung zusammengebaut haben, können Sie diese testen, indem Sie sie an eine Leuchtdiode (LED) anschließen. Wenn die LED nicht sofort aufleuchtet, stellen Sie das Potentiometer ein. Wenn das Problem dadurch nicht behoben wird, überprüfen Sie den Stromkreis erneut, um zu sehen, ob alles richtig angeschlossen ist.
Schritt 3. Verbinden Sie die Treiberschaltung mit der Diode
Wenn Sie ein digitales Multimeter haben, können Sie es an den Stromkreis anschließen, um den Strom zu überwachen, den die Diode empfängt. Die meisten Dioden können einen Bereich von 30 bis 250 Milliampere (mA) aufnehmen, während ein Bereich von 100 bis 150 mA einen ausreichend starken Strahl erzeugt.
Während ein stärkerer Strahl von der Diode einen stärkeren Strahl erzeugt, brennt der zusätzliche Strom, der zur Erzeugung dieses Strahls benötigt wird, die Diode schneller aus
Schritt 4. Schließen Sie die Stromquelle (Batterie) an die Treiberschaltung an
Die Diode sollte jetzt hell leuchten.
Schritt 5. Passen Sie das Objektiv an, um den Laserstrahl zu fokussieren
Wenn Sie auf eine Wand zielen, passen Sie an, bis ein schöner, heller Punkt erscheint.
Sobald Sie die Linse so weit eingestellt haben, platzieren Sie ein Streichholz in einer Linie mit dem Strahl und justieren Sie die Linse, bis Sie sehen, dass der Streichholzkopf zu rauchen beginnt. Sie können auch versuchen, Luftballons zum Platzen zu bringen oder Löcher in Papier zu brennen
Methode 2: Aufbau eines Lasers mit einer gefundenen Diode
Schritt 1. Besorgen Sie sich einen alten DVD- oder Blu-Ray-Brenner
Suchen Sie nach einem Gerät mit einer Schreibgeschwindigkeit von 16x oder schneller. Diese Geräte verfügen über Dioden mit einer Leistung von 150 Milliwatt (mW) oder besser.
- Ein DVD-Brenner besitzt eine rote Diode mit einer Wellenlänge von 650 Nanometern (nm).
- Ein Blu-Ray-Brenner hat eine blaue Diode mit einer Wellenlänge von 405 nm.
- Der DVD-Brenner muss ausreichend funktionsfähig sein, um Discs zu beschreiben, wenn auch nicht unbedingt erfolgreich. (Mit anderen Worten, seine Diode muss funktionsfähig sein.)
- Ersetzen Sie den DVD-Brenner nicht durch einen DVD-Leser, CD-Brenner oder CD-Leser. Ein DVD-Reader hat eine rote Diode, ist aber nicht so leistungsstark wie ein DVD-Brenner. Die Diode des CD-Brenners ist stark genug, emittiert aber Licht im Infrarotbereich und verleitet dazu, nach einem nicht zu sehenden Strahl zu suchen.
Schritt 2. Entfernen Sie die Diode
Drehen Sie das Laufwerk um. Sie sehen vier oder mehr Schrauben, die Sie lösen müssen, bevor Sie das Laufwerk trennen und die Diode ernten können.
- Sobald Sie das Laufwerk getrennt haben, sehen Sie ein Paar Metallschienen, die mit Schrauben befestigt sind. Diese unterstützen die Laserbaugruppe. Wenn Sie die Schienen abschrauben, können Sie sie entfernen und die Laserbaugruppe herausnehmen.
- Die Diode ist kleiner als ein Cent. Es hat drei Metallstifte und kann in einem Metallmantel mit oder ohne transparentem Schutzfenster eingeschlossen oder freiliegend sein.
- Sie müssen die Diode aus der Laserbaugruppe heraushebeln. Möglicherweise ist es einfacher, den Kühlkörper aus der Baugruppe zu entfernen, bevor Sie versuchen, die Diode herauszuziehen. Wenn Sie ein antistatisches Armband haben, verwenden Sie es beim Entfernen der Diode.
- Gehen Sie vorsichtig mit der Diode um, insbesondere wenn es sich um eine freiliegende Diode handelt. Möglicherweise möchten Sie einen antistatischen Behälter haben, in den Sie die Diode einsetzen können, bis Sie Ihren Laser zusammenbauen können.
Schritt 3. Besorgen Sie sich eine Fokussierlinse
Sie müssen den Strahl der Diode durch eine Fokussierlinse führen, um sie als Laser zu verwenden. Sie können dies auf zwei Arten tun:
- Verwenden Sie eine Lupe als Okularauszug. Sie müssen das Glas bewegen, um den richtigen Punkt zu finden, um einen Laserstrahl zu erzeugen, und Sie müssen dies jedes Mal tun, wenn Sie Ihren Laser verwenden.
- Besorgen Sie sich eine Laserdiode mit geringer Leistung, z. B. 5 mW, Linsenrohrbaugruppe und ersetzen Sie die Diode der Baugruppe durch die Diode des DVD-Brenners.
Schritt 4. Besorgen oder montieren Sie eine Treiberschaltung
Schritt 5. Verbinden Sie die Diode mit der Treiberschaltung
Sie verbinden den Pluspol mit dem Pluspol der Treiberschaltung und den Minuspol mit dem Minuspol. Die Pin-Position unterscheidet sich je nachdem, ob Sie mit einer roten DVD-Brennerdiode oder einer blauen Blu-Ray-Brennerdiode arbeiten.
- Halten Sie die Diode so, dass die Stifte zu Ihnen zeigen, und drehen Sie sie so, dass die Stiftköpfe ein Dreieck bilden, das nach rechts zeigt. Bei beiden Dioden ist der obere Pin der positive Pin.
- Bei der roten DVD-Brenner-Diode ist der mittlere Pin, der die Spitze des Dreiecks bildet, der negative Pin.
- Bei der blauen Blu-Ray-Writerdiode ist der untere Pin der negative Pin.
Schritt 6. Schließen Sie die Stromquelle an die Treiberschaltung an
Schritt 7. Passen Sie das Objektiv an, um den Laserstrahl zu fokussieren
Tipps
- Je kleiner Sie den Laserstrahl konzentrieren, desto stärker ist er, aber er ist nur in der Entfernung wirksam, auf die Sie ihn fokussieren. Wenn Sie den Strahl auf 1 m Entfernung fokussieren, wird er erst bei 1 m wirksam. Wenn Sie Ihren Laser nicht verwenden, defokussieren Sie seine Linse, bis der von ihm erzeugte Strahl etwa den Durchmesser eines Tischtennisballs hat.
- Um Ihren zusammengebauten Laser zu schützen, sollten Sie ihn in einer Art Koffer aufbewahren, z. B. in einer LED-Taschenlampe oder einem Batteriehalter, je nachdem, wie klein Ihre Treiberschaltung ist.
Warnungen
- Richten Sie den Laser nicht auf eine reflektierende Oberfläche. Ein Laser ist ein Lichtstrahl und kann genauso reflektiert werden wie ein unfokussierter Lichtstrahl, nur mit größeren Konsequenzen.
- Tragen Sie immer eine Schutzbrille, die für die Wellenlänge des Lasers, mit dem Sie arbeiten, ausgelegt ist (in diesem Fall die Wellenlänge der Laserdiode). Laserbrillen haben die Komplementärfarbe des Strahls: Grün für einen roten 650-nm-Laser, orange-rot für einen blauen 405-nm-Laser. Ersetzen Sie Laserschutzbrillen nicht durch Schweißmasken, Rauchglas oder Sonnenbrillen.
- Blicken Sie nicht in den Laserstrahl und strahlen Sie damit nicht in die Augen einer anderen Person. Laser der Klasse IIIb, die in diesem Artikel beschriebene Art von Lasern, können das Auge schädigen, selbst wenn Sie eine Laserbrille tragen. Es ist auch illegal, solche Laser wahllos zu richten.
