проект будущего ТТ лазера на стекле

Сначала были мысли сомнения и кучи вопросов, В итоге побродив по дебрям сети всемирной я попал сюда, вопросов стало не меньше, но шанс на успешнуюю реализацию возрос многократно. Решился я собирать твердотельный лазер на неодимовом стекле с ламповой накачкой.

основой будет стержень из неодимового стекла диаметром 5мм и длинной 100мм,

кто может подсказать что с него можно снять минум и максимум.

был поиск квантронов, как целых так и некомплектных, увы не найти, поэтому квантрон придется делать самому,
хотелось бы узнать хотяб примерные размеры квантрона Планирую делать его и нержавейки, внутренний отражатель делать элиптическим или пойдет круглый? и каково расстояние между лампой и стержнем. уже не актуально, так как достал готовый квантрон благодаря Неодиму


последние изменения 1 июля 2009г.:

используемые компоненты:

Квантрон К-107
АЭ стекло 5х100
лампа накачки:
ИНП3-7/80A (есть две штуки, муха даже не еб...ь)
зеркала:
HR 10мм
OC 20мм 80%

БП схемы разработаные Сергей! (семисторное управление)
ultra (тиратронное управление)


микро FAQ

Q? какая лампа подходит моему стержню
A измеряем длинну стержня и в таблице смотрим лампу где точно такое же растояние между электродами.

Q? какие конденсаторы лучше всего использовать в БП лампы накачки?
A К75-17, эти конденсаторы специально разработаны для питания ламп накачки, У них очень маленькое внутреннее сопротивление, и они могут полностью разряжаться за доли секуды.. Короткого Замыкания вобще не боятся и могут работать на частотах до 50-70Гц! (Сергей!)

 

Отлично, в нашем ряду строителей лазеров на стекле пополнение :good:

Лично мне стекло понравилось своей доступностью и дешевизной. Но это не все. За счет спецдобавок можно серьезно расширить спектр поглощения неодимового стекла, поэтому современные марки стекол имеют больший кпд, чем АИГ:Nd (без добавок). Но, самое привлекательное, размер активного элемента может быть очень большим. Если кто-то хочет сказать что-то нехорошее о термооптических показателях, то конечно стекло есть стекло Но все же есть марки стекол, предназначенные для квазинепрерывной генерации, с теплопроводностью, не уступающей кристаллам.

А что если сделать двухламповый квантрон? Такая топология улучшит равномерность засветки стержня. Все просто - идем в магазин керамической плитки. Мы там найдем будущий отражатель для лазера. Нет, серьезно
Надо найти самую белую керамическую плитку, достаточно двух-трех штук. Вырезаем из нее полоски так, чтобы при их состыковке под прямым углом получился прямоугольник, окружающий лампы и стрежень. Склеиваем и заливаем снаружи получившийся прямоугольник эпоксидкой. Отражатель готов.

Промежутки между стенками отражателя и лампами не должны быть меньше миллиметра. Можно предусмотреть размещение лампы в собственной кварцевой защитной трубке. Лично я не думаю что так уж важно наличие защиты лампы. Не так часто они взрываются при правильном питании...

А лампу под твой стержень лучше взять ИНП-5/90 или ИНП-6/90. Они как раз под стержень длиной 100 мм. Подумай над двухламповой конфигурацией...

 

со всем вышесказанным я согласен, Кристаллы лучше, но дороже. Стекло за меньшие деньги позволяет сделать собственно лазер, освоить многие тонкости в его работе, получить необходимые навыки, причем за меньшие деньги, На кристаллы несложно перейти если у тебя уже есть что то, а вначале важна именно малобюджетность проекта.
По поводу многоламповых квантронов, да, за ними будущее, Но сначала надо попробовать на более простом. Я совсем не сталкивался с подобным железом. а значит придется учиться всему с самого простого.
Из нержи хотел точить по причине того что работаю на хим производстве, и значит по идее нужный кусок металла достать будет несложно, одно плохо, сложно вынести, из за чертовых камер и металлодетекторов. и опять же выточить его так чтоб в случае модернизации, вернул два штуцера и можно охлаждать водой.
Если с самим корпусом все понятно, квадратная болванка с внутренним отверстием 30-40мм то вот торцевые крышки не представляю как сделать для того чтоб точно фиксировать стержень и лампу в квантроне.

 

Из нержи не стоит делать отражатель, у нее коэффициент отражения 80%. Причем такой квантрон будет весить немеряно. В крайнем случае - из алюминия с последующим оксидированием поверхности.

Насчет крышек - в случае квантрона из керамической плитки - нет ничего легче. Крышки вырезаются из той же плитки, алмазным пером сверлятся отверстия под стержень и лампы. Затем на крышки той же эпоксидкой клеются рубашки охлаждения ламп. Главное - соблюсти соосность рубашек с обеих сторон квантрона. На лампы и стержень одеваются резинки и заливаются герметиком. Себестоимость такой конструкции едва превысит 100 руб.

А про двухламповую конструкцию все же подумай. Лампы легко запитать, соединив их последовательно. Просто амплитуду имульса поджига придется поднять до 50 кВ. Ну и ничего страшного.

 

Хочу не согласиться с тем, что кпд у ГРАНАТА меньше чем у стекла.. это бред!
Мы на гранатах твердотелки собираем с КПд преобразования до 45% !!!
Просто у граната линия поглощения меньше чем у стекла... вот и все... А кпд у него выше причем значительно!

 

Хорошо, откроем даже старенькую книжку Зветло "Принципы лазеров". Книга была выпущена 20 лет назад, тогда стекло тем более было не таким совершенным как сейчас. Находим страницу 131, гл. 3.3, табл. 3.1, читаем: "Общий кпд ламповой накачки для Nd:YAG составляет 3,5%, для стекла с неодимом (Q-88) - 5,8%". Получается, что даже допотопное стекло превосходит гранат по эффективности на 65%.

Согласно "Принципам лазеров", излучательная эффективность стекла и граната одинакова и составляет по 43%. Но эффективность поглощения стекла больше на целых 60%. Если качать стекло конкретно в полосы поглощения, то можно было бы достигнуть теоретического предела, сфокусировав в стекле излучение диода, однако из-за низкой теплопроводности стекла это невозможно. Вот и юзают кристаллы.

Другое дело, если речь идет о гранате с добавкой ионов хрома, его эффективность выше чем у стекла. Но и в стекло сейчас примешивают добавки, значительно улучшающие названную характеристику. Получается, что вопрос об эффективности самых совершенных стекол и самых последних кристаллов остается открытым.

 

Так вот опять же... Тут вопрос упирается на в сами стекла и гранаты а в источники! У граната линия поглощения порядка 2х-2.5 нанометров... А стекло мы прогоняли на монохроматоре, так там оно жрет как слон... там линии поглощения чуть ли не по 10нм....в том - то идело что просто наши источники не дают такую узкую линию... А мы гранаты качаем лазерными линейками... которые можно подстройкой температуры не то. что в линию, а самый ее пик загнать... вот и получаем кпд под 45%...
У граната теплопроводность от 14 до 11 ватт на метр кельвин...
При комнатной температуре у него 14, а при 100 градусах 11...
у стекл наверное порядка 4-5... Однако насколько я знаю Самые мощные лазеры делают все же на стеклах!
Сотрудник по работе работал в свое время в ЛИТМО так там они делали лазерную установку с которой пуляли импульсы на луну... так там был активный элемент диаметром 25-30мм и длинной чуть ли не пол метра и после него еще 2 усилителя с такими же активными элементами... говорит получали тысячи джоулей в импульсе..

 

Вот зверь девайс! Такого не прокормить так запросто ))

 

хотелось бы взгялнуть на фото монстра, Кстати что там за накачка была??

 

Почему бы и нет. Если нет возможности достать заводской отражатель или в деньги упирается, то вполне можно сделать такой компромисс. Хотя бы на первое время, побаловаться. Заводы просят по 60-80 тыр за выплавку керамического отражателя, а тут можно уложиться в сотню руб.

 

процесс идет дальше,

Благодаря Сергею появились некоторые компоненты твердотельника,
1. Стержень из неодимового стекла - диаметр 5 мм длинна 100 мм
2. Глухое зеркало - диаметр 15мм

ссори за качество фото, мобила всеже, после перефотаю

 

КПД лазера такой конструкции будет маленьким, хотя на первый раз сойдет

 

Нормально По выходным зеркалам пока никто не отписался Сергею, как бы не пришлось ждать еще долго. Пока вполне можно заниматься самим квантроном... Какой отражатель применишь, решил?

Так точно. Извечная борьба кпд с ценой отражателя порой доводит людей до таких вот конструкций )))

 

так чего?я как-то видел в интернете статью как сделать импульсный лазер на красителе с накачкой от лампы. Кста, очень не плохая!некоторые вещи можна будет использовать и для ТТ лазера. Ну так там было написано как относительно дешево сделать отражатель(и при том отражателе КПД больше,чем при этом).
Сдесь в сечение отражателя прямоугольник, а там эллипс. В одном фокусе находится лампа, а в другом кювета с красителем. Ну в принципе эту схему можна переделать и усовершенствовать. Место кюветы-кристалл или стекло с неодимом и вместо одной лампы - две. И ещё бы было неплохо почитать книгу про лазеры на неодимовом стекле(кста, такая книга у меня есть )

 

Дело в том, что там предлагалась полированная трубка из алюминия, а в этом случае водяное охлаждение не применишь - начнется выделение гидроксида. Если брать нержавейку, то кпд будет ниже, чем у прямоугольной диффузноотражающей конструкции. Белая керамика отражает свет гораздо лучше нержавейки. Причем, когда юзается диффузный отражатель плотной упаковки, то речь о всяких эллипсах и фокусах не ведется, а кпд не так уж и сильно уступает самым лучшим зеркальным эллиптическим конфигурациям.

На диффузные отражатели плотной упаковки в импульсных лазерах перешли не от художественных изысков. Дело в самой равномерной засветке активного элемента по сечению для таких конфигов. От равномерности засветки зависит очень многое, в частности, модовый состав выходного излучения. И еще, это касается случая слишком мощной накачки, наличие зеркал внутри квантрона может вызвать генерацию кольцевых мод, прямо с боковой поверхности стержня.

Если городить самодельные эллипсы из труб, то надо быть точным. Эллиптический зеркальный отражатель должен быть подогнан к лампе и стержню, фокус должен попадать точно в центр стержня, что явно создает трудности при домашнем изготовлении.

 

Трудности в изготовлении лазеров всегда будут Знаеш, ты в целом, наверное, прав!Кроме того, что алюминий при обычных условиях с водой не взаимодействует. Мешает оксидная пленка на поверхности алюминия. При эллиптическом отражателе как раз кристалл равномерно освещен. Но это будет только тогда, когда лампа с стержнем будет стоять в фокусах. А их ещё туда поместить точно надо и закрепить, это реально будет не очень просто дома сделать, но возможно. У тт лазеров КПД и так низкий(не учитывая тт лазеров с накачкой от диода ), мне кажется что даже повышение хоть на 0.5% это уже очень хорошо.

 

Да, это если пленка закреплена обжигом (а также микродуговым оксидированием), то есть имеет альфа-форму. Но если алюминий не обработан, а в контуре охлаждения будут присутствовать иные металлы (а они будут всегда), да еще в условиях мощного воздействия лампы накачки, процесс гидратирования начинает иметь место. Вода мутнеет от гидроксидной слизи, что недопустимо для квантрона. Если бы вода все время обновлялась, то все было бы в порядке, но как правило, внутренний контур квантронов делают замкнутым.

Здесь вспоминается понятие "жертвенного алюминия" - когда его кусочек подвешивают в нагревательном котле, чтобы стенки котла не разрушались. Кусочек алюминия по-немногу растворяется.

Есть еще фишка. Если посмотреть на спектр отражения алюминия, то можно увидеть завал в области 700-900 нм, как раз там, где его иметь не следовало бы... Причем алюминий весьма хорошо отражает УФ часть спектра накачки, что так же нежелательно для твердотельников.

Так что алюминий далеко не идеал, если его рассматривать применительно к водоохлаждаемым квантронам. И далеко не идеал в качестве материала отражателя для твердотельников.

 

suslox, маленький квантрон конечно проще купить! И наверно даже махаться с самоделками не стоит. Большой квантрон купить задешево - только если повезет, с рук.

Но часто человеку интереснее повозиться, сделать своими руками, прочувствовать весь процесс от и до, побывать конструктором, физиком, химиком, материаловедом. На таких людях строится будущее науки, они двигают прогресс, не останавливаясь на одной лишь старой академической теории, не используя уже готовые разработки.