La parola "laser" è l'acronimo di "amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazioni". Il primo laser, che utilizzava un cilindro di rubino rivestito d'argento come risonatore, fu sviluppato nel 1960 presso gli Hughes Research Laboratories della California. Oggi i laser vengono utilizzati per scopi che vanno dalla misurazione alla lettura di dati codificati e ci sono diversi modi per realizzare un laser, a seconda del budget e delle capacità.
Passi
Parte 1 di 2: Capire come funziona un laser
Passaggio 1. Fornire una fonte di energia
I laser funzionano, o "lase", stimolando gli elettroni ad emettere luce di una particolare lunghezza d'onda. (Questo processo è stato proposto per la prima volta nel 1917 da Albert Einstein.) Affinché gli elettroni emettano luce, devono prima assorbire energia per portarli a un'orbita più alta, quindi scaricare quell'energia come luce quando ritornano alla loro orbita originale. Queste fonti di energia sono conosciute come "pompe".
- I piccoli laser, come quelli nei lettori CD e DVD e nei puntatori laser, utilizzano circuiti elettronici per fornire corrente elettrica ai diodi, che fungono da pompa.
- I laser ad anidride carbonica vengono pompati con scariche elettriche per eccitare i loro elettroni.
- I laser ad eccimeri ottengono la loro energia dalle reazioni chimiche.
- I laser costruiti attorno a cristalli o vetri utilizzano forti sorgenti luminose come lampade ad arco o flash.
Passaggio 2. Incanalare l'energia attraverso un mezzo di guadagno
Un mezzo di guadagno, o mezzo laser attivo, amplifica la potenza della luce emessa dagli elettroni stimolati. Il guadagno multimediale può essere uno dei seguenti elementi:
- Semiconduttori realizzati con materiali come arseniuro di gallio, arseniuro di gallio alluminio o arseniuro di gallio indio.
- Cristalli come il cilindro di rubino utilizzato nel laser Hughes Laboratories. Sono stati utilizzati anche zaffiro e granato, così come fibre di vetro ottico. Questi vetri e cristalli sono trattati con ioni di elementi di terre rare
- Ceramica, anch'essa trattata con ioni di terre rare.
- Liquidi, solitamente coloranti, sebbene sia stato prodotto un laser a infrarossi utilizzando un gin tonic come mezzo di guadagno. Anche il dessert di gelatina (Jell-O) è stato utilizzato con successo come mezzo di guadagno.
- Gas, come anidride carbonica, azoto, vapori di mercurio o una miscela di elio-neon.
- Reazioni chimiche.
- Fasci di elettroni.
- Materiali nucleari. Un laser all'uranio fu prodotto per la prima volta nel novembre 1960, sei mesi dopo il primo laser a rubino.
Passaggio 3. Imposta gli specchi per contenere la luce
Questi specchi, o risonatori, mantengono la luce all'interno della camera laser fino a quando non si accumula al livello di energia desiderato per il rilascio, attraverso una minuscola apertura in uno degli specchi o attraverso una lente.
- La configurazione più semplice del risonatore, il risonatore lineare, utilizza due specchi posti ai lati opposti della camera laser. Produce un singolo raggio di uscita.
- Una configurazione più complicata, il risonatore ad anello, utilizza tre o più specchi. Può creare un singolo raggio, con l'aiuto di un isolatore ottico, o più raggi.
Passaggio 4. Utilizzare una lente di messa a fuoco per dirigere la luce attraverso il mezzo di guadagno
Insieme agli specchi, l'obiettivo aiuta a concentrare e dirigere la luce in modo che il mezzo di guadagno riceva il più possibile.
Parte 2 di 2: Costruire un laser
Metodo uno: costruire un laser da un kit
Passaggio 1. Trova un rivenditore
Puoi andare in un negozio di elettronica o cercare online "kit laser", "modulo laser" o "diodo laser". Il tuo kit laser dovrebbe includere quanto segue:
- Un circuito pilota. (Questo a volte è venduto separatamente dagli altri componenti.) Cerca un circuito di pilotaggio che ti permetta di regolare la corrente.
- Un diodo laser.
- Una lente regolabile di vetro o plastica. Tipicamente, il diodo e la lente sono confezionati insieme in un piccolo tubo. (Questi componenti sono talvolta venduti separatamente dal circuito di pilotaggio.)
Passaggio 2. Assemblare il circuito del driver
Molti kit laser richiedono l'assemblaggio del circuito di pilotaggio. Questi kit includono un circuito stampato e le parti correlate e richiedono di saldarli insieme, seguendo lo schema allegato. Altri kit possono avere il circuito già assemblato.
- Puoi anche progettare il tuo circuito pilota, se hai le competenze elettroniche per farlo. Il circuito del driver LM317 fornisce un buon modello per progettare il proprio. Assicurarsi di utilizzare un circuito resistore-condensatore (RC) per proteggere l'uscita di potenza dai picchi.
- Una volta assemblato il circuito di pilotaggio, puoi testarlo collegandolo a un diodo ad emissione luminosa (LED). Se il LED non si accende subito, regolare il potenziometro. Se ciò non risolve il problema, ricontrolla il circuito per vedere che tutto sia collegato correttamente.
Passaggio 3. Collegare il circuito del driver al diodo
Se hai un multimetro digitale, puoi collegarlo al circuito per monitorare la corrente che il diodo sta ricevendo. La maggior parte dei diodi può ospitare un intervallo da 30 a 250 milliampere (mA), mentre un intervallo da 100 a 150 mA produrrà un raggio sufficientemente potente.
Mentre un raggio più potente dal diodo produrrà un raggio più potente, la corrente aggiuntiva necessaria per generare quel raggio brucerà il diodo più velocemente
Passaggio 4. Collegare la fonte di alimentazione (batteria) al circuito del driver
Il diodo dovrebbe ora illuminarsi intensamente.
Passaggio 5. Regolare l'obiettivo per mettere a fuoco il raggio laser
Se stai mirando a un muro, regola finché non appare un bel punto luminoso.
Dopo aver regolato l'obiettivo fino a questo punto, posiziona un fiammifero in linea con il raggio e regola l'obiettivo finché non vedi che la testa del fiammifero inizia a fumare. Puoi anche provare a far scoppiare palloncini o a fare buchi nella carta
Metodo due: costruire un laser con un diodo trovato
Passaggio 1. Procurati un vecchio masterizzatore DVD o Blu-Ray
Cerca un'unità con una velocità di scrittura di 16x o superiore. Queste unità hanno diodi con una potenza in uscita di 150 milliwatt (mW) o superiore.
- Un masterizzatore DVD ha un diodo rosso con una lunghezza d'onda di 650 nanometri (nm).
- Un masterizzatore Blu-Ray ha un diodo blu con una lunghezza d'onda di 405 nm.
- Il masterizzatore DVD deve essere sufficientemente funzionale per scrivere dischi, anche se non necessariamente con successo. (In altre parole, il suo diodo deve essere funzionante.)
- Non sostituire un lettore DVD, un masterizzatore CD o un lettore CD per il masterizzatore DVD. Un lettore DVD ha un diodo rosso, ma non potente come un masterizzatore DVD. Il diodo del masterizzatore di CD è abbastanza potente, ma emette luce nella gamma degli infrarossi, invitandoti a cercare un raggio che non puoi vedere.
Passaggio 2. Rimuovere il diodo da esso
Capovolgi l'unità. Vedrai quattro o più viti che dovrai svitare prima di poter separare l'unità e raccogliere il diodo.
- Dopo aver separato l'unità, vedrai una coppia di binari metallici tenuti in posizione da viti. Questi supportano il gruppo laser. Quando si svitano le guide, è possibile rimuoverle ed estrarre il gruppo laser.
- Il diodo sarà più piccolo di un centesimo. Ha tre perni metallici e può essere racchiuso in una guaina metallica, con o senza una finestra protettiva trasparente, oppure può essere esposto.
- Dovrai estrarre il diodo dal gruppo laser. Potresti trovare più facile rimuovere il dissipatore di calore dal gruppo prima di provare a estrarre il diodo. Se hai un braccialetto antistatico, usalo mentre rimuovi il diodo.
- Maneggiare il diodo con cura, soprattutto se si tratta di un diodo esposto. Potresti voler avere un contenitore antistatico per inserire il diodo fino a quando non puoi assemblare il tuo laser.
Passaggio 3. Procurati una lente di messa a fuoco
Dovrai far passare il raggio del diodo attraverso una lente di messa a fuoco per usarlo come laser. Puoi farlo in due modi:
- Usa una lente d'ingrandimento come focheggiatore. Dovrai spostare il vetro per trovare il punto giusto per produrre un raggio laser, e dovrai farlo ogni volta che usi il laser.
- Procurati un diodo laser a bassa potenza, ad esempio 5 mW, gruppo tubo dell'obiettivo e sostituisci il diodo del masterizzatore DVD con il diodo del gruppo.
Passaggio 4. Ottenere o assemblare un circuito driver
Passaggio 5. Collegare il diodo al circuito del driver
Si collega il pin positivo al cavo positivo dal circuito del driver e il pin negativo al cavo negativo. La posizione dei pin varia a seconda che si lavori con un diodo di scrittura DVD rosso o un diodo di scrittura Blu-Ray blu.
- Tieni il diodo con i perni rivolti verso di te, ruotato in modo che le teste di spillo formino un triangolo che punta a destra. Su entrambi i diodi, il pin in alto è il pin positivo.
- Sul diodo rosso del masterizzatore di DVD, il pin più centrale, che forma l'apice del triangolo, è il pin negativo.
- Sul diodo blu del masterizzatore Blu-Ray, il pin inferiore è il pin negativo.
Passaggio 6. Collegare la fonte di alimentazione al circuito del driver
Passaggio 7. Regolare l'obiettivo per mettere a fuoco il raggio laser
Suggerimenti
- Più piccolo concentri il raggio laser, più potente sarà, ma sarà efficace solo alla distanza in cui lo focalizzi. Se focalizzi il raggio a una distanza di 1 m, sarà efficace solo a 1 m. Quando non si utilizza il laser, sfocare la lente finché il raggio che produce non raggiunge il diametro di una pallina da ping pong.
- Per proteggere il tuo laser assemblato, ti consigliamo di tenerlo in una sorta di custodia, come una torcia a LED o un portabatterie, a seconda di quanto piccolo è il tuo circuito di pilotaggio.
Avvertenze
- Non puntare il laser su una superficie riflettente. Un laser è un raggio di luce e può essere riflesso come un raggio di luce non focalizzato, solo con conseguenze maggiori.
- Indossare sempre occhiali classificati per la lunghezza d'onda del raggio del laser con cui si sta lavorando (in questo caso, la lunghezza d'onda del diodo laser). Gli occhiali per laser sono nel colore complementare del raggio: verde per un laser rosso da 650 nm, arancione-rosso per un laser blu da 405 nm. Non sostituire una maschera per saldatura, vetro fumé o occhiali da sole per gli occhiali laser.
- Non guardare nel raggio laser né puntarlo negli occhi di qualcun altro. I laser di classe IIIb, il tipo di laser descritto in questo articolo, possono danneggiare l'occhio, anche quando si indossano occhiali laser. È anche illegale puntare indiscriminatamente laser di questo tipo.
