Laser Uap Mangan Buatan Rumah

Dalam artikel peringatan 10 tahun ini, saya akan menjelaskan apa yang merupakan konsekuensi logis, kelanjutan dari industri laser independen saya. Setelah membangun sumber daya yang cocok untuk memompa laser uap logam berdenyut dan mendapatkan pengalaman dengan elemen aktif siap pakai dari laser uap tembaga dan senyawanya, itu tetap hanya untuk membuat elemen laser aktif (selanjutnya - AE) sepenuhnya independen, dengan media kerja baru.



Persyaratan berikut diberlakukan pada pilihan media kerja: radiasi di wilayah yang terlihat, daya yang relatif tinggi, efisiensi yang dapat diterima, aksesibilitas mudah dan biaya rendah, suhu pengoperasian tidak terlalu tinggi.

Generasi laser diperoleh untuk hampir semua elemen kimia yang mungkin, tetapi hanya beberapa unit yang memenuhi kondisi di atas. Anehnya, pilihan terbaik adalah semua tembaga dan senyawanya yang sama, tetapi bagi saya ini sudah tahap yang sebagian besar berlalu. Masih ada sejumlah logam sebagai kandidat yang memiliki efisiensi pembangkitan laser yang kurang lebih layak di bawah rezim eksitasi serupa dengan yang untuk laser uap tembaga: barium, strontium, mangan, timah, emas. Barium dan strontium segera menghilang, karena garis generasi mereka terletak pada kisaran IR, yang membosankan dan jelek. Tetap mangan, timah dan emas. Emas juga turun karena biaya tinggi dan suhu kerja terlalu tinggi (1600+ derajat Celcius). Hanya 2 kandidat yang tersisa - pemimpin dan mangan.Kedua logam itu murah dan harus relatif terjangkau - timah dapat ditemukan secara harfiah di bawah kaki Anda, talang baterai atau sepotong kabel tegangan tinggi lapis baja yang dipilih di tempat sampah, mangan banyak digunakan dalam metalurgi besi dan diproduksi dalam volume kolosal.

Mangan mampu menghasilkan pada panjang gelombang 534 nm (jalur utama) dan beberapa garis yang lebih kuat di IR dan sekitar 3-4 yang hijau lemah. Daya yang dapat dicapai untuk AE yang dibuat dengan baik dan catu daya yang disetel dengan hati-hati melebihi total 10 W untuk semua jalur radiasi, suhu pengoperasian berada di wilayah 1000-1100 derajat, yang secara signifikan lebih rendah daripada tembaga. Tingkat pengulangan pulsa optimal bervariasi tergantung pada kondisi eksperimental lainnya dan harus dipilih. Dalam hal apa pun, ini cocok dengan kisaran "standar" 5-15 kHz. Dalam timbal, garis pembangkitan utama terletak di garis batas dengan kisaran IR 722 nm dan ada transisi lain dengan panjang gelombang sekitar 405 nm, kekuatan unit W yang dapat dicapai untuk garis 722 nm. Fitur lingkungan ini adalah perolehan rekor 600 dB / m.Temperatur operasi adalah 800-900 derajat, dan chisi optimal sesuai dengan berbagai literatur data di bawah 10 kHz. Gas penyangga optimal untuk kedua logam adalah helium, meskipun argon juga dapat digunakan.

Saya memutuskan untuk menghentikan pilihan saya pada mangan berdasarkan data di atas - efisiensi pembangkitan jelas lebih tinggi, dan panjang gelombangnya jelas lebih menyenangkan, sangat dekat dengan "referensi" biasa 532 nm. Setelah itu, perlu untuk menentukan desain elemen aktif. Banyak bahan pada laser mangan ditemukan di jurnal ilmiah seperti "Quantum Electronics" dan "Instruments for Scientific Research", yang tersedia di Internet atau secara langsung, seperti dalam kasus CE atau melalui hub (untuk PNI versi bahasa Inggris). Dari artikel yang diulas, menjadi jelas bahwa pembangkitan dimungkinkan untuk hampir semua ukuran saluran pembuangan dan dalam berbagai kondisi eksitasi yang cukup luas, sedangkan mode eksitasi yang optimal dan tekanan gas buffer harus dipilih untuk AE tertentu. Setelah itu saya membuat sketsa kasar tentang masa depan AE saya,berdasarkan bagian yang tersedia, dan mulai memproduksi.



Ke depan, saya akan mengatakan bahwa tiba-tiba sulit menemukan mangan untuk laser ini, dan saya akan menggambarkan semua cobaan saya di daerah ini dalam artikel terpisah.

Jadi, dasar dari elemen aktif dari laser adalah tabung keramik dengan diameter dalam 14 mm dan panjang 800 mm, yang merupakan saluran pembuangan. Menggunakan busing yang terbuat dari beton aerasi, dipasang di tabung kuarsa berdiameter besar. Ruang antara dinding tabung diisi dengan isolasi termal. Sebagai pilihan pertama untuk isolasi termal semacam itu, saya memutuskan untuk mencoba menggunakan pasir korundum tipis, seperti pada laser uap tembaga awal.







Setelah merakit saluran pembuangan dengan selubung dan insulasi panas bersuhu tinggi, alat tersebut diperoleh.





Di ujung selubung pipa luar, rakitan elektroda diperbaiki karena segel karet diperas oleh flensa. Rakitan elektroda adalah kepala flens yang dikerjakan dari aluminium. Dan untuk pembuatannya, pertama-tama perlu membuang yang kosong.



Setelah berputar, ini adalah detailnya.





Dari bagian dalam kepala, anoda dalam bentuk tabung berdiameter kecil dan katoda berbentuk kerucut disekrup ke ulir. Kedua elektroda dikerjakan dari baja stainless non-magnetik





Kepala aluminium dilengkapi dengan sirip untuk pendingin udara. Cermin resonator melekat pada ujung kepala elektroda oleh flensa kecil. Cincin karet antara cermin dan kepala elektroda bertindak sebagai segel vakum. Pada saat yang sama, mereka menyediakan beberapa mobilitas cermin untuk penyelarasan mereka. Dari sisi-sisi pada kepala elektroda ada alat kelengkapan untuk pompa dan saluran masuk gas. Dosis gas dilakukan dengan menggunakan jarum insulin yang sama yang direkatkan ke dalam salah satu alat kelengkapan. Dengan demikian, desain AE yang sepenuhnya koaksial menyerupai pabrik diperoleh. Dimensi bagian dapat dilihat pada sketsa yang saya gambar sebelum berputar.





Setelah membuat semua bagian, saya melakukan uji perakitan AE, yang segera mengungkapkan "penyakit anak-anak." Di sini, elektroda itu sendiri belum terpasang.







Pertama-tama, perlu untuk menolak pasir sebagai insulasi. Pada pemompaan pertama keluar dari tabung, udara yang tertutup dalam kekosongan di dalam tumpukan mulai melonggarkannya, melemparkan sejumlah besar pasir ke tempat-tempat yang seharusnya tidak, termasuk ditarik ke dalam pompa vakum, yang tidak menguntungkannya dengan cara apa pun. Solusinya ditemukan sebagai pengganti pasir dengan wol keramik. Udara sudah meninggalkan kapas tanpa hambatan selama pemompaan.



Kesulitan tak terduga lainnya adalah kerapuhan yang ekstrem dari seluruh struktur. 2 prosedur perakitan dan pembongkaran dari 3 berakhir dengan memotong tepi tabung kuarsa pada saat mengencangkan flensa dari kepala elektroda, meskipun dinding tabung tampaknya tebal. Solusi untuk masalah ini akan membutuhkan perubahan kepala yang radikal dan metode perlekatan, yang sejauh ini telah diputuskan untuk tidak dilakukan, karena desainnya eksperimental. Selama proses perakitan, saya menambahkan elemen lain - tabung aluminium di sekitar seluruh AE, yang bertindak sebagai jalur arus balik dan mengurangi induktansi parasit dari AE. Agar tidak ada yang pecah di bawah beban pipa ini, ia menambahkan dukungan dari ujung yang berlawanan.





Dengan demikian, AE siap untuk uji pompa dan inklusi pertama dari debit di dalamnya. Tetapi pada saat ini saya tidak memiliki cukup kabel penghubung. Untuk pembuatannya, saya menggunakan jenis kabel koaksial yang sama dengan laser uap tembaga dan konektor serupa dari LGI21, yang harus dimodifikasi. Setelah itu, adalah mungkin untuk pertama kalinya untuk menyalakan buangan di dalamnya dan mencoba untuk memasuki rezim suhu operasi saat idle. Sebagai gas yang bekerja, saya menggunakan argon pada tekanan urutan 10 Torr. Kelemahan lain muncul di sini - sejumlah besar energi pelepasan mengalir turun melalui dukungan konduktor arus balik ke tanah melalui dinding pipa, menyebabkannya memanas dengan kuat, dan lebih sedikit energi yang dapat dikirim ke "pelepasan target".





Selain itu, satu isolasi internal saluran pembuangan tidak cukup. Saya harus membongkar AE lagi dan memindahkan dukungan ini ke arah yang berlawanan, dan mengisi ruang antara kotak kuarsa dan konduktor kembali dengan isolasi termal tambahan dari wol keramik yang sama. Di tempat penyangga logam, di mana sebelumnya, memasang selongsong beton aerasi. Dengan demikian, kebocoran energi dan kehilangan panas dihilangkan.





Ketika merakit, ujung pipa secara tradisional dipotong, sebagai akibatnya, dengan setiap rakitan, seluruh laser AE sedikit memendek. Pada akhirnya, saya berhasil merakitnya, dan saya bisa memulai pelatihan skala penuh tanpa substansi kerja. Tujuan utama dari pelatihan semacam itu adalah untuk memungkinkan AE memanas hingga suhu operasi dan di atas, untuk sepenuhnya membakar semua kotoran volatil yang tersisa yang benar-benar penuh dengan tabung keramik saluran pembuangan dan insulasi suhu tinggi internal, terutama setelah secara tidak sengaja oli dari pompa vakum masuk ke dalam tabung. Untuk mencegah hal ini terjadi lagi, saya menaruh jebakan minyak dalam bentuk Drexel klasik yang masuk ke celah selang vakum. Anehnya, tidak ada kebocoran vakum pada bagian kimia konvensional. Warna keputihan dari discharge menunjukkan pelepasan kotoran.Pelatihan harus diperpanjang hingga beberapa jam, sehingga semua minyak yang tersisa menguap dan terbakar dan pelepasannya memperoleh warna biru muda yang normal, karakteristik argon. Selama pelatihan, AE mampu dipanaskan hingga suhu operasi, dan pemanasan kepala elektroda tiba-tiba moderat, terlepas dari kenyataan bahwa anoda dan katoda berwarna merah-panas.
Proses pelatihan:





Pada akhir pelatihan, warna debit menjadi warna karakteristik untuk argon.



Saluran pembuangan memanas dengan sangat kejam, seperti elektroda. Cahaya terlihat bahkan melalui isolasi termal.





Setelah pelatihan, tabung diisi dengan argon untuk tekanan atmosfer, fiting ditutup, dan tetap dalam bentuk ini.

Secara paralel, saya mencari lingkungan kerja sebenarnya dari laser - mangan. Ini ternyata merupakan kesulitan yang tak terduga, semua ahli kimia yang akrab membuat gerakan tak berdaya dan tidak tahu di mana mendapatkan mangan, pedagang internet yang menjual mangan, hanya dijual dalam tong-kereta-kapal, dan kemurniannya jauh dari "laser" - 95% dari utama zat. Dan juga di Internet ada orang-orang unik yang mencoba menjual 200 gram mangan 99% dengan harga satu kilogram perak, dan bahkan dengan permintaan "tunggu sebulan sampai mereka mengirim dari Jerman." Tidak ada logam mangan di toko pereaksi kimia lokal, tetapi ada garamnya, yang darinya saya berupaya untuk mendapatkan logam mangan sendiri. Lebih lanjut tentang ini akan ada di artikel yang sesuai. Semua kesengsaraan saya tiba-tiba berakhirketika seorang raja kecil mangan dengan kemurnian tinggi berasal dari pencipta situs web PeriodicTable melalui surat, yang sangat dia syukuri.



Setelah itu, tetap membuat kapal kuarsa untuk bahan yang bekerja dan mendorong mereka ke saluran pembuangan. Perahu harus dipesan di bengkel peniup kaca. Ketika mereka sudah siap, saya memisahkan potongan-potongan kecil dari raja, menempatkannya di perahu, dan perahu itu sendiri dengan mudah meluncur ke saluran pembuangan melalui lubang-lubang cermin laser.



Kemudian cermin dikembalikan ke tempat itu dan tes dimulai.

Setelah tabung laser dipompa keluar ke vakum maksimum, saya menyelaraskan cermin, mereka harus disejajarkan di bawah vakum, karena jika tidak maka penyelarasan akan gagal karena deformasi segel. Ngomong-ngomong, saya lupa mengatakan bahwa tuli cermin aluminized dan bidang-sejajar plat sebagai jendela output digunakan sebagai cermin. Cermin disesuaikan menggunakan laser helium-neon sekolah LGN-109.

Laser sebelum memulai.



Sistem gas.



Kemudian saya meluncurkan aliran kecil argon dengan tekanan 10 Torr. Saya memutuskan untuk "mempercepat" laser dengan argon, karena ada sedikit helium. Pada tekanan ini, pelepasannya mudah terbakar dan laser mulai memanas. Dia melakukan pemanasan dengan cukup cepat, dan ketika saluran pembuangan memperoleh cahaya oranye gelap, perubahan warna debit dari merah muda ke pirus menjadi nyata.



Kemudian sebuah titik hijau terang muncul di tengah-tengah tempat itu dari pancaran pelepasan, di mana bayangan ditebak dari kapal-kapal yang tertanam dalam saluran pembuangan, yang sebagian menghalangi aperture cahaya saluran. Generasi telah diterima!



Setelah argon, helium dimasukkan ke dalam AE, dan argon dimatikan, yang segera meningkatkan daya pembangkitan beberapa kali, dan dengan memilih tekanan helium, ia mencapai daya maksimum. Pemilihan mode pompa (tegangan, ChSI) memungkinkan untuk menjaga rezim termal stasioner dari laser dan sedikit melihat radiasi. Sinar laser yang terang, terlihat jelas, berwarna hijau beracun dengan bentuk tidak beraturan mengalir dari jendela keluar karena kapal menghalangi aperture.









Pada saat yang sama, ada daya yang cukup untuk karbonisasi kayu dan kardus saat fokus. Karena bentuk balok yang tidak berguna, fokusnya agak buruk. Mempertimbangkan bahwa sinar yang tidak fokus mampu mengarbonisasi kayu lapis, saya akan memperkirakan kekuatannya pada nilai sekitar 1 W, tetapi tidak lebih.









Setelah bermain cukup dan mengambil gambar, saya mematikan laser dan membiarkannya dingin. Setelah percobaan ini, beberapa kesimpulan dapat ditarik. Kesimpulan utama - penempatan zat yang bekerja di kapal - adalah ide yang begitu-begitu. Bukaan cahaya sangat menderita dan hingga 70% dari potensi tetap tidak terealisasi. Tidak sia-sia dalam laser uap tembaga, saluran pembuangan terbuat dari penampang variabel dengan bagian-bagian dengan diameter lebih besar. Justru di dalamnya bahwa fluida kerja berada, dan aperture saluran terbatas pada bagian yang lebih sempit dari tabung. Jika memungkinkan, perbedaan diameter dibuat sekecil mungkin. Penciptaan "generator uap fluida berfungsi" yang berfungsi dengan baik telah menjadi tugas non-sepele yang terpisah dalam pengembangan AE industri, solusi yang membutuhkan pembuatan sekelompok prototipe yang berbeda. Dalam kondisi saya, lebih mudah untuk bertahan dengan hilangnya sebagian daya,tetapi Anda dapat meninggalkan kapal jika Anda mau. Kejutan tak terduga kedua bagi saya adalah ketika membongkar laser di saluran pembuangan, sedikit yang tersisa dari kapal. Ternyata mangan cair melarutkan kuarsa. Dengan demikian, semakin Anda perlu menyingkirkan perahu. Tetapi jika Anda tidak menyingkirkan, maka setidaknya membuatnya dari bahan lain, misalnya leucosapphire. Tampaknya ini adalah satu-satunya pilihan untuk kondisi agresif seperti itu. Secara karakteristik, mudah untuk mendapatkan benda kerja yang cocok - pembakar lampu natrium dibuat dari leucosapphire. Nah, pemasangan kepala elektroda perlu diperbaiki, karena operasi perakitan lebih lanjut telah membuat case laser tidak dapat digunakan. Adapun sisanya, saya bisa menyebut laser ini dibenarkan eksklusif dalam praktik saya, karena tidak satu pun perusahaan yang menghasilkan laser mangan di bekas USSR,atau di dunia. Laser mangan tidak pernah meninggalkan dinding laboratorium. Kenapa aku tidak mengerti. Mungkin karena panjang gelombangnya sangat dekat dengan standar 532 nm, yang diperoleh dengan menggunakan laser solid-state dan penggandaan frekuensi, yang tidak memerlukan sumber daya tegangan tinggi yang kompleks dan tabung laser yang rapuh dengan masa pakai terbatas. Dan di mana divergensi radiasi difraksi dengan daya tinggi dan juga pada panjang gelombang terlihat diperlukan - sudah ada laser uap tembaga, di mana efisiensinya 5 kali lebih tinggi. Namun demikian, saya akan mengatakan bahwa laser mangan tidak semestinya dilupakan dan mungkin tersedia secara komersial sebelum era DPSS. Juga, laser uap thallium, yang menghasilkan radiasi pada panjang gelombang 535 nm, tidak meninggalkan dinding laboratorium. Tapi tidak, saya tidak akan melakukannya,karena mengapa bekerja dengan zat yang sangat sangat berbahaya dan pemompaan yang sangat rumit ketika ada lebih mudah untuk menggunakan mangan dengan panjang gelombang 534 nm? Tetapi saya mencoba memimpin, tetapi juga akan ada catatan terpisah tentang eksperimen sampingan ini.

Oh ya. Jika artikel ini (seperti yang lainnya) layak, Anda dapat mengirim donasi sepenuhnya sukarela ke dogecoin "ke alamat berikut: DLLNGqSeyXo786jiurzMAnj8USwaU5u9xY