Từ “laser” là từ 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 các mục đích khác nhau, từ đo lường đến đọc dữ liệu được mã hóa, và có một số cách để tạo ra tia laser, tùy thuộc vào ngân sách và kỹ năng của bạn.
Các bước
Phần 1/2: Hiểu cách hoạt động của tia laser
Bước 1. Cung cấp nguồn năng lượng
Tia laser hoạt động, hay còn gọi là "lase", bằng cách kích thích các electron phát ra ánh sáng có bước sóng cụ thể. (Quá trình này lần đầu tiên được đề xuất vào năm 1917 bởi Albert Einstein.) Để các electron phát ra ánh sáng, trước tiên chúng phải hấp thụ năng lượng để đẩy chúng lên quỹ đạo cao hơn, sau đó phóng năng lượng đó dưới dạng ánh sáng khi quay trở lại quỹ đạo ban đầu. Những 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 các mạch điện tử để cung cấp dòng điện tới các điốt, đóng vai trò như máy bơm.
- Các tia laser carbon dioxide được bơm phóng điện để kích thích các electron của chúng.
- Laser Excimer lấy năng lượng từ các phản ứng hóa học.
- Tia laze được xây dựng xung quanh các tinh thể hoặc kính sử dụng các nguồn ánh sáng mạnh như hồ quang hoặc đèn nháy.
Bước 2. Kênh năng lượng thông qua một môi trường khuếch đại
Môi trường khuếch đại, hoặc môi trường laze hoạt động, khuếch đại công suất của ánh sáng do các điện tử được kích thích phát ra. Phương tiện thu được có thể là bất kỳ mục nào sau đây:
- Chất bán dẫn làm bằng các vật liệu như arsenide gali, nhôm gallium arsenide, hoặc indium gallium arsenide.
- Các tinh thể như hình trụ hồng ngọc được sử dụng trong laser của Phòng thí nghiệm Hughes. Sapphire và garnet cũng đã được sử dụng, cũng như các sợi thủy tinh quang học. Những ly và tinh thể này được xử lý bằng các ion của nguyên tố đất hiếm
- Gốm sứ, cũng đã được xử lý bằng các ion đất hiếm.
- Chất lỏng, thường là thuốc nhuộm, mặc dù tia laser hồng ngoại được tạo ra bằng cách sử dụng gin và tonic làm môi trường tăng. Món tráng miệng gelatin (Jell-O) cũng đã được sử dụng thành công như một phương tiện tăng giá.
- Các chất khí, chẳng hạn như carbon dioxide, nitơ, hơi thủy ngân hoặc hỗn hợp heli-neon.
- Phản ứng hoá học.
- Chùm tia điện tử.
- Vật liệu hạt nhân. Tia laser uranium được sản xuất lần đầu tiên vào tháng 11 năm 1960, sáu tháng sau tia laser hồng ngọc đầu tiên.
Bước 3. Đặt gương để chứa ánh sáng
Những gương này, hoặc bộ cộng hưởng, giữ ánh sáng bên trong buồng laser cho đến khi nó tích tụ đến mức năng lượng mong muốn để giải phóng, thông qua một khẩu độ nhỏ trong 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 ở hai phía đối diện của buồng laser. Nó tạo ra một chùm tia đầu ra duy nhất.
- Một thiết lập phức tạp hơn, bộ cộng hưởng vòng, sử dụng ba hoặc nhiều gương. Nó có thể tạo ra một chùm tia đơn với sự trợ giúp của bộ cách ly quang học hoặc nhiều chùm tia.
Bước 4. Sử dụng thấu kính hội tụ để hướng ánh sáng qua phương tiện khuếch đại
Cùng với gương, ống kính giúp tập trung và định hướng ánh sáng để phương tiện khuếch đại nhận được nhiều nhất có thể.
Phần 2/2: Chế tạo Laser
Phương pháp một: Tạo Laser từ Bộ dụng cụ
Bước 1. Tìm nhà bán lẻ
Bạn có thể đến một cửa hàng điện tử hoặc tìm kiếm trực tuyến cho “bộ dụng cụ laser”, “mô-đun laser” hoặc “diode laser”. Bộ dụng cụ laser của bạn nên bao gồm những thứ sau:
- Một mạch điều khiển. (Điều này đôi khi được bán riêng với các thành phần khác.) Tìm mạch trình điều khiển cho phép bạn điều chỉnh dòng điện.
- Một diode laser.
- Ống kính có thể điều chỉnh bằng thủy tinh hoặc nhựa. Thông thường, diode và ống kính được đóng gói cùng nhau trong một ống nhỏ. (Những thành phần này đôi khi được bán riêng biệt với mạch trình điều khiển.)
Bước 2. Lắp ráp mạch điều khiển
Nhiều bộ dụng cụ laser yêu cầu bạn lắp ráp mạch trình điều khiển. Những bộ dụng cụ này bao gồm một bảng mạch và các bộ phận liên quan và yêu cầu bạn hàn nó lại với nhau, theo sơ đồ kèm theo. Các bộ dụng cụ khác có thể có mạch đã được lắp ráp sẵn.
- Bạn cũng có thể thiết kế mạch trình điều khiển của riêng mình, nếu bạn có kỹ năng điện tử để làm như vậy. Mạch điều khiển LM317 cung cấp một mẫu tốt để bạn tự thiết kế. Đảm bảo sử dụng mạch điện trở-tụ điện (RC) để bảo vệ công suất đầu ra khỏi bị tăng đột biến.
- Khi bạn đã lắp ráp xong mạch trình điều khiển, bạn có thể kiểm tra nó bằng cách kết nối nó với một đi-ốt phát sáng (LED). Nếu đèn LED không sáng ngay lập tức, hãy điều chỉnh chiết áp. Nếu điều đó không khắc phục được sự cố, hãy kiểm tra lại mạch để xem mọi thứ đã được kết nối chính xác chưa.
Bước 3. Kết nối mạch trình điều khiển với diode
Nếu bạn có đồng hồ vạn năng kỹ thuật số, bạn có thể đấu dây nó vào mạch để theo dõi dòng điện mà diode đang nhận. Hầu hết các điốt có thể chứa dải từ 30 đến 250 miliampe (mA), trong khi dải từ 100 đến 150 mA sẽ tạo ra chùm tia đủ mạnh.
Trong khi một chùm tia mạnh hơn từ điốt sẽ tạo ra một chùm tia mạnh hơn, thì dòng điện bổ sung cần thiết để tạo ra chùm tia đó sẽ đốt cháy điốt nhanh hơn
Bước 4. Kết nối nguồn điện (pin) với mạch trình điều khiển
Diode bây giờ sẽ phát sáng rực rỡ.
Bước 5. Điều chỉnh ống kính để tập trung chùm tia laze
Nếu bạn đang nhắm vào một bức tường, hãy điều chỉnh cho đến khi một chấm sáng đẹp xuất hiện.
Khi bạn đã điều chỉnh ống kính đến mức này, hãy đặt que diêm thẳng hàng với chùm tia và điều chỉnh ống kính cho đến khi bạn thấy đầu que diêm bắt đầu bốc khói. Bạn cũng có thể thử làm nổ bóng bay hoặc đốt các lỗ trên giấy
Phương pháp hai: Xây dựng một tia laser với một diode tìm thấy
Bước 1. Lấy đầu ghi DVD hoặc Blu-Ray cũ
Tìm kiếm đơn vị có tốc độ ghi 16x hoặc nhanh hơn. Các thiết bị này có điốt với công suất đầu ra là 150 miliwatt (mW) hoặc cao hơn.
- Đầu ghi DVD có một diode màu đỏ với bước sóng 650 nanomet (nm).
- Một đầu ghi Blu-Ray có một đi-ốt màu xanh lam với bước sóng 405 nm.
- Đầu ghi DVD cần có đủ chức năng để ghi đĩa, mặc dù không nhất thiết phải thành công. (Nói cách khác, diode của nó cần phải hoạt động.)
- Không thay thế đầu đọc DVD, đầu ghi CD hoặc đầu đọc CD cho đầu ghi DVD. Đầu đọc DVD có một diode màu đỏ, nhưng không mạnh bằng đầu ghi DVD. Diode của đầu ghi CD đủ mạnh, nhưng phát ra ánh sáng trong phạm vi hồng ngoại, khiến bạn tìm kiếm một chùm tia mà bạn không thể nhìn thấy.
Bước 2. Tháo diode khỏi nó
Lật lại ổ đĩa. Bạn sẽ thấy bốn hoặc nhiều ốc vít mà bạn sẽ phải tháo trước khi có thể tách ổ đĩa và thu hoạch diode.
- Khi bạn đã tách ổ đĩa, bạn sẽ thấy một cặp thanh ray kim loại được giữ cố định bằng vít. Chúng hỗ trợ lắp ráp laser. Khi bạn tháo các thanh ray, bạn có thể tháo chúng ra và lấy cụm laze ra.
- Diode sẽ nhỏ hơn một xu. Nó có ba chốt kim loại và có thể được bọc trong một chiếc áo khoác kim loại, có hoặc không có cửa sổ trong suốt bảo vệ, hoặc nó có thể bị lộ ra ngoài.
- Bạn sẽ phải cạy diode ra khỏi cụm laser. Bạn có thể thấy dễ dàng hơn khi tháo bộ tản nhiệt ra khỏi cụm trước khi cố gắng tháo đi-ốt. Nếu bạn có dây đeo cổ tay chống tĩnh điện, hãy sử dụng nó trong khi tháo diode.
- Xử lý diode cẩn thận, hơn nữa nếu nó là diode tiếp xúc. Bạn có thể muốn có một thùng chứa chống tĩnh điện để đặt diode vào cho đến khi bạn có thể lắp ráp laser của mình.
Bước 3. Lấy một thấu kính hội tụ
Bạn sẽ phải truyền chùm tia của diode qua thấu kính hội tụ để sử dụng nó như một tia laser. Bạn có thể làm điều này theo một trong hai cách:
- Sử dụng kính lúp làm tiêu điểm. Bạn sẽ phải di chuyển kính xung quanh để tìm đúng vị trí để tạo ra chùm tia laser và bạn sẽ phải làm điều này mỗi khi sử dụng tia laser của mình.
- Mua một diode laser công suất thấp, chẳng hạn như 5 mW, cụm ống thấu kính và thay thế diode đầu ghi DVD của bạn cho diode của cụm lắp ráp.
Bước 4. Lấy hoặc lắp ráp mạch trình điều khiển
Bước 5. Kết nối diode với mạch điều khiển
Bạn kết nối chân dương với dây dẫn dương từ mạch điều khiển và chân âm với dây dẫn âm. Vị trí chân cắm khác nhau tùy theo việc bạn đang làm việc với diode ghi DVD màu đỏ hay diode ghi Blu-Ray màu xanh lam.
- Giữ diode với các chân hướng về phía bạn, xoay để các đầu pin tạo thành một hình tam giác hướng sang phải. Trên cả hai điốt, chân ở trên cùng là chân dương.
- Trên diode ghi DVD màu đỏ, chân ở giữa, tạo thành đỉnh của tam giác, là chân âm.
- Trên diode ghi Blu-Ray màu xanh lam, chân dưới cùng là chân âm.
Bước 6. Kết nối nguồn điện với mạch trình 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 càng mạnh, nhưng nó sẽ chỉ có hiệu quả ở khoảng cách bạn tập trung nó. Nếu tập trung chùm sáng ở khoảng cách 1 m thì nó chỉ có tác dụng ở cự ly 1 m. Khi không sử dụng tia laser của bạn, hãy khử tiêu điểm ống kính của nó cho đến khi chùm tia mà nó tạo ra có đường kính bằng một quả bóng bàn.
- Để bảo vệ tia laser đã lắp ráp của bạn, bạn sẽ muốn giữ nó trong một số loại hộp đựng, chẳng hạn như đèn pin LED hoặc giá đỡ pin, tùy thuộc vào mức độ nhỏ của mạch trình điều khiển của bạn.
Cảnh báo
- Không chiếu tia laser lên bề mặt phản chiếu. Tia laser là một chùm ánh sáng và có thể bị phản xạ giống như một chùm ánh sáng không tập trung, chỉ gây ra hậu quả lớn hơn.
- Luôn đeo kính bảo hộ được đánh giá theo bước sóng của chùm tia laser mà bạn đang làm việc (trong trường hợp này là bước sóng của điốt laser). Kính bảo hộ laser có màu bổ sung của chùm tia: màu xanh lá cây đối với tia laser 650 nm màu đỏ, màu đỏ cam đối với tia laser 405 nm màu xanh lam. Không thay thế mặt nạ hàn, kính hun khói hoặc kính râm cho kính laser.
- Không nhìn vào tia laze hoặc chiếu vào mắt người khác. Laser loại IIIb, loại laser được mô tả trong bài viết này, có thể gây hại cho mắt, ngay cả khi đeo kính bảo hộ laser. Việc chiếu tia laser vào loại này một cách bừa bãi cũng là bất hợp pháp.
