Тема: Нужно подобрать двухмодовый лазер He-Ne.

[Gall]

Да, так и делают. Только есть одно маленькое "но": образец в этой схеме вообще нигде не участвует, в антенну сигнал идет непосредственно с лазера. Это просто вообще другой эксперимент. С биологическим образцом (не с кристаллом) Вы его не проведете - просто не сможете вернуть волну в лазер. Ну или ставьте образец прямо внутрь лазера.

Я бы попытался вообще обойтись без двухмодового лазера: если верить статьям, речь идет о фотон-фононном взаимодействии, обнаружить которое можно и более простыми способами.

Или Вы хотите именно двухмодовый лазер как таковой, а эффект в биологических образцах не нужен?

[SergeyA]

Gall,
фишка как раз в том, что образец находится снаружи лазера и достаточно 1% возвращенного сигнала. То о чем говорите Вы, это больше про лазерную спектроскопию. Посмотрите на картинку в). справа находится сам образец, а зеркало лазера входит в сам активный элемент и на картинке не показано.

[Gall]

В схеме на фотографии в статье возврат излучения обратно в лазер невозможен.

Потому что для этого требуется юстировка примерно той же точности, что и юстировка самих зеркал лазера. ОЧЕНЬ точная. А у авторов даже оптической скамьи нету. Я работал с такими схемами, они даже на шаги в соседней комнате реагируют. Получить результат, просто поставив рейтер на стол рядом с лазером, даже не закрепив... хм... да еще и под лазером стоит явно блок питания с его помехами, вплотную к приемнику... нет, явно фигня какая-то.

Ну и не надо забывать, что у гелий-неонового лазера выходное зеркало отражает обычно 99.5% излучения. То есть, только 0.5% отраженного обратно излучения войдет внутрь трубки.

Вы можете сделать такую конструкцию, но от схемы на фотографии в ней обязано быть четыре отличия. Во-первых, нужна будет оптическая скамья и очень хорошая прецизионная подвижка, какой-нибудь "Newport" желательно. Во-вторых, между лазером и образцом скорее всего нужен будет телескоп, чтобы сформировать перетяжки луча в нужном месте. В-третьих, блок питания лазера придется заменить - в серийных лазерах блоки питания импульсные, помех от них как от ядерного реактора, никакой слабый сигнал на их фоне обнаружить нереально. Нужно будет делать трансформаторный БП с двухступенчатой стабилизацией, чтобы не дай б-г никаких ВЧ-помех из электросети в трубку не просочилось. В-четвертых, коэффициент отражения выходного зеркала лазера надо будет понизить вплоть до предела генерации, чтобы отраженный луч мог войти внутрь.

Тогда - получится. Но, как в диссертации совершенно справедливо отмечалось, для газовых лазеров хорошего сигнал-шум ждать не приходится. Даже в таком виде схема будет очень капризной, и я бы не стал на нее особо рассчитывать в исследованиях биологических объектов. Даже просто заставить ее работать - проблема, а уж получить результат... Это все имеет смысл, когда ТОЧНО знаете, какой эффект (количественно) ищете и хотите разработать серийный прибор, но очень плохо подходит в качестве "пробного" метода.

Поэтому я бы поступил иначе. Я бы вообще не стал устраивать гетеродинирование внутри лазера, а увел бы луч в сторону и подал бы на отдельный анализатор, например на хороший сканирующий Фабри-Перо. С точки зрения физики явлений в образце будет то же самое - тот же Раман (или чего там у них). Зато лазер можно будет использовать обычный одномодовый, и сигнал-шум будет лучше.

Вам так и не удалось выяснить, какой именно эффект происходит в ОБРАЗЦЕ? Понятно, что имеется в виду: пускаем в образец луч, приходит немного другой луч, дальше измеряем, что именно изменилось (путем гетеродинирования). Но в силу какого физического явления он меняется, и почему для обнаружения использован столь сложный путь (гетеродинирование), а не более простой (интерферометрия, спектральный анализ)?

[SergeyA]

Gall,
Сходу соглашусь с Вашим утверждением,  по плотности зеркала. Плотность выходного зеркала лазера (его в работе прослабляют). Если подскажете можно ли это сделать на 208 лазере, то будет здОрово.
На всё остальное ответов нет. Эффект не объяснен. Есть догадки, что большую роль играет принцип голограммы, поэтому уводить луч в сторону - это уйти от исходных условий. Геретодинирование внутри лазера имеет гигантские коэффициенты усиления, которые в других случаях и не снились. От этого отходить не получится.

[Gall]

Зеркало - только менять. После чего, разумеется, заново юстировать весь лазер. Если зеркало приклеено к трубке - не повезло...

Эффект в биологическом образце может иметь только одну природу - фотон-фононную. Аналогичный эффект совершенно обязан наблюдаться и в обычных органических молекулах (синтетического происхождения). Здесь "эффект не объяснен" следует читать "никто серьезно не пытался заниматься объяснениями", потому что как раз этот раздел квантовой механики изучен вполне хорошо. "Принципа голограммы" здесь быть вообще не может, стоячие волны измерят характеристику не образца, а стеклышка, на котором этот образец закреплен (что сводит на нет весь смысл эксперимента). Но тут очень важную роль играет длина когеретности лазера, чтобы гетеродинирование вообще произошло.

Скорее всего речь идет об обычном рамановском спектре какой-то малой примеси, которая иногда встречается в образцах. Например, какого-нибудь особого белка. Малое количество этой примеси объясняет слабость сигнала.

Но если так, значит, Вы просто делаете чувствительный рамановский спектрометр. А это уже совсем другое дело.

(Кстати, в биофизике такие спектрометры, именно с гетеродинированием, как минимум с начала 90-х годов применяются, и объяснения там есть, с хорошими формулами. Если надо, поищу статейки, где-то видел. Так что непонятно, что тут еще не исследовано - казалось бы, вполне себе отработанная рутинная методика).

Есть и другое, более простое объяснение - просто вращение поляризации. В образце могут быть левый и правый изомеры чего-нибудь. Лазер изначально имеет две скрещенных моды, между собой они не интерферируют. В результате вращения поляризации в образце интерференция становится возможной. Но если это так, то это во-первых просто чувствительный поляриметр, во-вторых, алхимический поляриметр, потому что он конкретную поляризацию не определяет. В пользу этого говорит то, что авторам потребовался ДВУХмодовый лазер, ОДНОмодовый их не устроил. Им было нужно биение между модами.

Так или иначе, плясать надо именно от эффекта, который хотим ловить. Гипотез пока две: поляризация или Раман. И ту и другую можно прокрутить без двухмодового лазера, если добавить в схему дополнительные элементы. Но надо знать, какие именно.

Там в статьях случайно никакие другие гипотезы не встречались?

На первом этапе я бы посоветовал сделать вот что. Взять любой подходящий гелий-неоновый лазер "на растерзание". Сделать к нему блок питания и детектор ВЧ. Наладить эту схему так, чтобы она показывала хороший "ноль" сама по себе, но реагировала на подходящий искусственный объект. Это даст гарантию, что измеряется именно гетеродинирование, а не погода на Марсе. И уже с этой установкой плясать дальше. Я думаю о схемах с образцом прямо в резонаторе лазера - они чувствительнее. Но у них свои заморочки есть. Может, на красителях лазер попробовать стоит?..

[Gall]

P.S. Мне все это напоминает объяснение принципа работы атомной бомбы из школьного учебника физики. Если сделать бомбу вот так, как там написано - две половинки критической массы соединить - ничего не получится. В учебнике деза, умышленно. Но в действительности бомба, конечно, возможна, просто устроена она совершенно иначе. Так и тут - явление есть, и обнаружить его можно, но в описании эксперимента в статьях "забыты" несколько ключевых моментов, и картинки - дезинформация. Придется восстанавливать истинную суть и схему эксперимента по отрывочным сведениям.

[SergeyA]

Gall,
согласен с Вами. В моих опытах по репликации разных "странностей" мне часто приходится сталкиваться с такими описаниями. "Чудес" пока ни в одном опыте не обнаружил. Пока всё по "букварям". Вы правы - меньше по инженерным. Однако отсутствие опыта сильно мешает...У меня есть БП на 4кВ, но он БП напряжения, а не тока. Тоже импульсный, но выход хороший, для питания ФЭУ. Там всё чистенько и ровно. Есть ЛГН-208. В Москве пока удалось найти только один. Под него есть штатный БП, действиельно рядом с лазером дичайшая наводка - ШИМ 12 кГц пачками заполняет по нужной для регулировки ширине окна шириной 10 милисекунд.

Я попробую получить вторую моду, попрбую прямо на корпус намотать соленоид и запитать от лабораторного БП. Вот как проверить бы наличие второй моды?

[Gall]

Моды проще всего смотреть по интерферометру Фабри-Перо. Можно визуально.

Технология такая. Берете два хороших зеркала (полупрозрачных диэлектрических, можно от лазеров выходных) и закрепляете строго параллельно. Народный рецепт - прижать к блину от старого жесткого диска (к дырке в середине). Толщины блина достаточно для полупроводникового лазера, но мало для гелий-неонового, там придется на сантиметр блинов набрать. Можно закрепить зеркала на винтах и отъюстировать - дело вкуса, я в домашних условиях "на коленке" получал нужную точность. Юстировать его неожиданно просто, при условии, что все жестко, разумеется.

Со стороны наблюдателя за зеркалом ставится матовый экран. Со стороны лазера - линза, чтобы получить расходящийся пучок. Без интерферометра экран должен равномерно освещаться. С интерферометром появятся колечки. Тонкие кольца - одна мода, двоящиеся кольца - две моды и т.п. У покойного С.П.Воробьева был ручной интерферометр на палке - из блина от жесткого диска и с матом прямо на зеркале. Его можно было просто подсунуть в луч любого лазера и сразу смотреть спектр.

Иногда в качестве интерферометра удается использовать маленький гелий-неоновый лазер (выключенный, можно неисправный, лишь бы юстировка не была сбита).

Блок питания можно использовать любой конструкции, можно даже импульсный, просто надо предусмотреть фильтры. Проще всего сделать трансформаторный БП тока - как у старых гелий-неоновых лазеров. Принцип действия: трансформатор с тремя обмотками включается в сеть через дроссель, одну из обмоток закорачиваем мощным транзистором или лампой, тем самым регулируем напряжение выхода. Ну и по току обратная связь. Небольшой балластный резистор добавить - и вперед.

По комбинационному (рамановскому) рассеянию есть еще одна мысль. Если лазер изначально одномодовый, и от образца в лазер вернется луч, то лазер перестанет быть одномодовым. Возвращенное излучение начнет усиливаться в трубке наряду с собственной генерацией. При этом и получается гетеродинирование, но не только. Усиленный отклик от образца можно вывести и в оптическом виде. И это будет проще, потому что он (в силу теоремы о равномерном распределении энергии по степеням свободы) будет мощнее радиоволны.

На этом основана одна из схем Раман-спектрометра, в общих чертах такая. Берется лазер, исходно одномодовый, и внутрь его резонатора помещается образец. Малые изменения частоты в образце порождают вторую моду. Наблюдают ее интерферометром. (У полупроводникового лазера можно по радиоволне, но у газового неудобно из-за шумности источника питания и самого разряда). Если интересуетесь, могу поискать более подробные описания. Для схемы подойдет любой лазер, с которого можно снять одно зеркало. Особенно забавно делать ее с лазером на красителях с лазерной накачкой, ибо его можно перестраивать во всем оптическом диапазоне и ловить эффекты, недоступные гелий-неону.

[SergeyA]

понятно, зеркал нет, ненужного лазера тоже нет. Что можно еще попользовать? Обычные зеркала? Взять микроскопные предметные стекла и как-то посеребрить или напылить??? Что использую те, у кого нет лазера от которого их отломать?

[Gall]

Серебро не годится - слишком мал коэффициент отражения, сильное поглощение. Вообще металлические зеркала не годятся. Нужны именно диэлектрические, что-то около 99%/1% или 99,5%/0,5%.

В некоторых лабораториях такие зеркала умеют пылить, но проще их купить. Я такие вещи беру с eBay. Они есть по приемлемой цене (около $20 за зеркало). Там же, на eBay, очень легко можно купить недорогой ($70) одномодовый лазер с блоком питания вместе - такие трубочки на 1 мВт часто встречаются в технике, найти их б/у очень легко. Ну и неисправные отдают совсем за копейки.

[SergeyA]

Gall,

Вы знаете как технически разобрать ЛГН-208?
Какие параметры его источника питания?
Шум действительно, стоит невообразимый, хочу понять как могу приложить те источники, что есть. Вы писали про трансформатор....  это исполнение, а вот параметры и распайка разъема....

[Gall]

Ни разу не разбирал подобные лазеры, к сожалению. Более старые - разбирал, да. Там с одного конца снимается крышка, после чего весь корпус стягивается с внутренностей. Дальше все очевидно.

Сам источник питания стабилизирует ток порядка нескольких мА, рабочее напряжение, наверное, около 1 кВ, но в момент поджига - гораздо больше. В аттачменте - схема какого-то блока питания от какого-то советского лазера, скорее всего отличается, но несильно - они все похожи. У ЛГН-208 надо всего лишь полярность определить.

Я предлагаю ЛГН-208 не портить (тем более, что зеркала у него все равно наверняка приклеенные, как у всех новых лазеров), а начать вот с таких игрушек:

http://www.ebay.com/itm/HENE-LASER-TUBE-GLASS-SEALED-red-laser-head-/110845051936?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item19cee14420

http://www.ebay.com/itm/HELIUM-NEON-LASER-POWER-SUPPLY-5VDC-HeNe-tube-high-voltage-He-Ne-/120882079007?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item1c2522251f

Это "голая" трубка от типичного лазера и импульсный блок питания к ней. Такую трубку очень легко включить, у нее выводы просто на концах. В качестве корпуса можно использовать кусок пластиковой канализационной трубы. Если поискать, можно найти трубку и с ОДНИМ встроенным зеркалом - глухим, с другой стороны прозрачное окно. Добавив собственное зеркало снаружи, можно получить любые заданные параметры.

Зеркала там же продаются. Пару зеркал для интерферометра можно снять с такой же трубочки, только неисправной - тоже с аукционов.

[nerv]

Кстати, небольшое замечание. У виденных мною советских гелийнеонников зеркала не плоские. Валяется два комплекта...

[Gall]

Почти всегда сферические, резонатор обычно конфокальный. Это не создает никаких проблем (в интерферометре Фабри-Перо в том числе), просто немного меняются формулы расчетов. И, кстати, сильно облегчает юстировку.

С плоскими зеркалами гелий-неоновый лазер запускать врагу не пожелаешь.

[SergeyA]

Я предлагаю ЛГН-208 не портить (тем более, что зеркала у него все равно наверняка приклеенные, как у всех новых лазеров), а начать вот с таких игрушек:

http://www.ebay.com/itm/HENE-LASER-TUBE-GLASS-SEALED-red-laser-head-/110845051936?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item19cee14420

http://www.ebay.com/itm/HELIUM-NEON-LASER-POWER-SUPPLY-5VDC-HeNe-tube-high-voltage-He-Ne-/120882079007?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item1c2522251f

Вот и посмотрим что приедет. Кучка стекла или трубка и источник