Другие типы лазеров > Газовые лазеры
Стабилизированный He-Ne-лазер - DIY
Gall:
Проект позаимствован у Сэма, собираюсь осуществить. Пока только теория.
Стабилизированный гелий-неоновый лазер делается из обычной недорогой "голой" гелий-неоновой трубки. У меня есть старая трубка от сканера штрих-кода фирмы "Uniphase" и блок питания к ней, собираюсь использовать ее (ибо лежит без дела, других причин нет). Стабилизация основана на точном регулировании расстояния между зеркалами трубки, что делается за счет ее нагревания.
Обратная связь на нагреватель берется с фотодиодов (собираюсь использовать OPT101P). Измеряется соотношение поляризаций мод, генерируемых трубкой. Чаще всего получаются две ортогонально поляризованных моды просто в силу конструктивных особенностей (мне обычно нужна одна мода, лишнюю отрежу потом, но можно не отрезать). Сам сигнал очень удобно брать с утечки через заднее зеркало лазера - там как раз слабенький луч, достаточный для фотодиодов. Его надо разделить по поляризациям, для этого я поставлю кубик от DVD (дешево и сердито). Идею включения фотодиодов возьму от ЛГН-303, только вместо ОУ использую встроенные цепи OPT101P и ее же калиброванные резисторы. Как буду регулировать нагреватель и какой будет нагреватель, пока не знаю.
Не очень знаю, как лучше сделать нагреватель. Мотать нихром на трубку не хочу. Еще не очень знаю, как сделать корпус. Возможно, использую толстую алюминиевую трубку (может быть прямоугольную из "Оби"). Остальное вроде очевидно. Ну и придется фрезеровать детальки для крепления делительного кубика и фотодиодов и, наверное, анодировать их в черный цвет.
donavi:
Так получается весь секрет стабилизации это нагревание трубки.
Мне не совсем понятно как именно будет фотодиод регулировать нагреватель. С луча фотодиодом снимается его мощность и в это время подается регулируемое контроллером напряжение на нагреватель.
А как тогда такие мелочи, как скорость реагирования нагревателя?
Собственно я присмотрелся к своему китайскому лазеру так в действительности он оказался американцем производства JDS Uniphase 1122р.
В нем весьма интересно реализована функция стабилизации за счет уникальной конструкции закрытого катода который быстро и равномерно распределяет тепло по всей трубки.
Это как раз и был тот таинственный звук когда я трубку верх вниз перемещал я сперва подумал что трубка разбита а это всего лишь навороты в трубке :D
Жалко что не удалось разобрать, уж очень хотелось на конструкцию катода посмотреть :fool:
Да и мШЭИ с него получить не удалось в приемнике нет не каких интерферирующих звуков. ну бп конечно слышно но в основном все Чисто.
Вот мне интересно что теперь с этим чудом делать. куда можно применить стабилизированный лазер.
1 голограммы
2 Раман-спектрометр?
3 ?
Да и цена данного нового лазера 800$ жалко как то, теперь будет у меня пылится на полке, все же хотел что то сделать с него.
Gall:
--- Цитата: donavi от 30 Декабрь 2012, 03:05:21 ---Так получается весь секрет стабилизации это нагревание трубки.
Мне не совсем понятно как именно будет фотодиод регулировать нагреватель. С луча фотодиодом снимается его мощность и в это время подается регулируемое контроллером напряжение на нагреватель.
А как тогда такие мелочи, как скорость реагирования нагревателя?
--- Конец цитаты ---
Не совсем нагревание. Принцип работы очень похож на термостат, но нам важна не температура, а особый состав излучения лазера.
Принцип работы. Луч лазера подаем через делительный кубик на два фотодиода. (Удобно использовать "паразитный" луч, который утекает через заднее зеркало - все равно он никуда больше не используется). Наша цель - сделать, чтобы освещенность фотодиодов была в определенном соотношении (например, просто одинакова). Когда мы видим отличие от "идеального" соотношения в одну сторону, мы увеличиваем нагрев, а когда отклоняется в другую сторону - наоборот, уменьшаем. Если нагреватель достаточно быстр и если нету никаких сильных внешних помех вроде обратного отражения луча в лазер или тряски, скачки мод в лазере прекращаются и начинается ровная генерация на заданных модах.
Схема управления нагревателем совершенно классическая, почти как термостат, только вместо датчика температуры фотодиоды. Нагреватель включаем через транзистор, на базу транзистора подаем выход усилителя с фотодиодов. В принципе ничего сложного.
Это самый простой способ активной стабилизации. Есть более сложные. Например, можно перемещать зеркало не за счет нагрева, а пьезоприводом. Такие схемы работают лучше, но они намного сложнее. Зато они обеспечивают стабильность лазера иногда вплоть до 2 Гц.
Недостаток схемы с фотодиодами в том, что она не может нормально работать при обратном отражении. В лазере ЛГН-304М на выходе добавили специальное защитное стеклышко, препятствующее попаданию луча обратно в лазер. В ЛГН-303 такого стеклышка еще нет, поэтому при обратном отражнии лазер превращается в обычный, нестабилизированный.
--- Цитировать ---Собственно я присмотрелся к своему китайскому лазеру так в действительности он оказался американцем производства JDS Uniphase 1122р.
В нем весьма интересно реализована функция стабилизации за счет уникальной конструкции закрытого катода который быстро и равномерно распределяет тепло по всей трубки.
--- Конец цитаты ---
Это пассивная стабилизация. Она уменьшает флуктуации плазмы, плавание зеркал и скачки мод. Обычно она считается недостаточной.
--- Цитировать ---Это как раз и был тот таинственный звук когда я трубку верх вниз перемещал я сперва подумал что трубка разбита а это всего лишь навороты в трубке :D
Жалко что не удалось разобрать, уж очень хотелось на конструкцию катода посмотреть :fool:
--- Конец цитаты ---
Даже в разобранном виде не будет видно. Катод там снаружи, как у всех лазеров, просто более массивный. У обычных лазеров там тонкая фольга, а тут, скорее всего, довольно толстая труба. У современных лазеров резервуар для рекомбинации ионов всегда делают снаружи коаксиально с капилляром разряда, в нем же катод, и устройства потому не видно. У старых лазеров катодный резервуар часто торчал сбоку пузырем. Очень неудобно, занимает много места и очень легко разбить нечаянно. Зато устройство видно.
--- Цитировать ---Да и мШЭИ с него получить не удалось в приемнике нет не каких интерферирующих звуков. ну бп конечно слышно но в основном все Чисто.
--- Конец цитаты ---
Потому и не удалось, и потому в очередной раз подтверждается, что "мШЭИ" есть не что иное как интермодуляция блока питания с флуктуациями плазмы. Те 400-500 кГц, на которые настраивается радиоприемник - это гармоника блока питания, а звук возникает из-за продольных колебаний в трубке лазера. У лазера с пассивной стабилизацией таких колебаний нет, потому ничего не слышно. У ЛГН-303 таких колебаний в норме тоже вроде бы нет, но при посторонней подсветке фотодиода стабилизация работать перестает, и начинаются обычные для всех лазеров эффекты в плазме. Для лазера длиной 20-30 см должна быть частота около 3 кГц на множестве несущих частот, кратных примерно 30-40 кГц (в зависимости от типа БП), что в общем-то и слышно.
(Природу таких явлений, как "мШЭИ", нужно исследовать за счет сравнения их свойств с расчетами по формулам. Если свойства совпадают с расчетом, значит, это оно и есть. Я уже говорил, что мне очень не нравится термин "ШЭИ", потому что излучение вполне узкополосное - он не отражает суть.)
--- Цитировать ---Вот мне интересно что теперь с этим чудом делать. куда можно применить стабилизированный лазер.
1 голограммы
2 Раман-спектрометр?
3 ?
Да и цена данного нового лазера 800$ жалко как то, теперь будет у меня пылится на полке, все же хотел что то сделать с него.
--- Конец цитаты ---
Ну во-первых любой хороший лазер всегда можно продать, и его оторвут с руками. Но сделать с ним можно много всего.
Стабилизация нужна вот для чего. Мы знаем, что гелий-неоновый лазер должен давать 632.8 нм, но на самом деле его частота может быть не очень постоянной. Разные моды лазера отличаются примерно на 0.5 ГГц и могут чуть-чуть меняться со временем. У стабилизированного лазера они НЕ меняются и их частоты очень постоянны (причем часто есть ровно ОДНА мода). Ну и замечательно, потому что теперь можно использовать постоянство его частоты для ТОЧНЫХ измерений.
1. Голография. Тут есть собственно изобразительные голограммы, но есть еще и голографическая интерферометрия. Это точное измерение размеров (точнее, изменений размеров) предметов. Достижимая точность 50 нм и выше. Таким способом можно очень точно измерять какие-нибудь перемещения.
1а. Голографический микроскоп. По интерференции света на очень маленьком предмете можно вычислить форму этого предмета. Простейший школьный опыт - дифракция и интерференция на волосе (натянуть волос поперек луча лазера), и из этого можно вычислить диаметр волоса.
2. Спектроскопия - не только Раман, а вообще всякая. Тут точный стабильный лазер не будет лишним. Спектры используются для двух задач. В простейшем случае - определить неизвестное вещество или наличие примесей. В более сложном случае вещество известно, примесей в нем нет, а исследуются особенности этого вещества - например, точно измеряются длины каких-то там химических связей.
3. Интерферометрия, не голографическая. То есть просто очень точные измерения. Например, можно измерить показатель преломления воздуха, т.е. увидеть маленькую разницу между скоростью света в воздухе и в вакууме! Или можно измерить скорость движения Земли по орбите и даже увидеть ее маленькие изменения. Оптические измерения - самые точные из всех измерений, которые вообще можно сделать без каких-то там адронных коллайдеров.
Это список исчерпывающий, но только потому, что все его три пункта очень широкие (и даже перекрывающиеся). Экспериментов, которые можно сделать - тысячи.
Вообще вся современная наука построена на ТОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ. Имеется формула. Можно что-то измерить и можно это же вычислить по формуле. Если результат сходится (с учетом погрешности!), значит, никаких новых физических явлений тут нет. Но иногда бывает, что формула дает один результат, а прибор показывает другой. Это значит, что есть какое-то неучтенное физическое явление. И может оказаться, что оно неизвестно науке! Шансов найти новый физический эффект нету почти совсем, но зато есть хорошие шансы найти новые свойства не очень хорошо изученных веществ. Или же измерить старые и известные свойства, но на пару знаков точнее, чем они указаны в справочнике. (И издать потом свой собственный справочник, более точный, чем все остальные).
Сэм написал очень любопытную подборку того, что вообще делают с лазерами. Вот она:
http://laserfaq.ru/sam/laserexp.htm
http://laserfaq.ru/sam/laserlia.htm
http://laserfaq.ru/sam/laserioi.htm
barbucha:
--- Цитировать ---3. можно измерить показатель преломления воздуха, т.е. увидеть маленькую разницу между скоростью света в воздухе и в вакууме!
--- Конец цитаты ---
могли бы вы сказать как это сделать
Gall:
Самый простой способ такой. (Строго говоря, он получается даже с нелазерным источником света, но с лазером, тем более со стабилизированным - намного лучше, надежнее, точнее).
Луч разделяем на два (неважно как - зеркалом, призмой и т.д.), пускаем параллельно и потом собираем обратно в один луч. Например так:
(Эта схема называется "интерферометр Жамена").
Оба луча пропускаем через одинаковые трубки известной длины. В одной трубке просто воздух. Вторая трубка подключена к насосу. Изначально давление в трубках одинаково, потом мы начинаем постепенно откачивать воздух из одной трубки (и следим за давлением). По мере откачивания, т.е. по мере того, как содержимое трубки постепенно приближается к вакууму, показатель преломления тоже уменьшается, приближаясь к показателю преломления вакуума. При этом изменяется разность хода лучей, и на выходе получается то увеличение яркости, то уменьшение из-за интерференции. (Если смотреть глазом, то видны ползущие полосы, а "выход" - это центр, через который проходит то темная полоса, то светлая). Считаем, сколько раз это произошло - определяем, на сколько длин волн изменилась разность хода. Зная длину волны света, вычисляем разность хода. Зная разность хода и длину трубок, вычисляем разность показателей преломления в трубке с воздухом и в откачиваемой трубке. Откачивать до глубокого вакуума необязательно, вместо этого можно измерить остаточное давление и учесть его. Можно даже поступить наоборот - не откачивать, а закачивать воздух в трубку и смотреть, как показатель преломления увеличивается с давлением.
Тот же самый метод работает для любых других газов. В этом случае в одной трубке исследуемый газ, а в другой вакуум или другой газ с заранее известным показателем преломления (можно воздух).
Навигация
[0] Главная страница сообщений