Итак начнем:

Вступление

Полное название современных полупроводниковых лазеров: «полупроводниковые инжекционные гетеролазеры». Сюда входят:

- лазерные диоды и линейки на их основе, в том числе с фотодиодами обратной связи импульсного или непрерывного режима работы с выводом излучения непосредственно, или через волокно, или через интегратор;

- излучатели лазеров импульсного режима работы, представляющие собой импульсный трансформатор тока с лазерным диодом во вторичной обмотке;

- собственно лазеры, представляющие собой интегральный драйвер, нагрузкой которого является лазерный диод. Для импульсного режима работы — это генератор импульсов тока накачки. Для непрерывного режима работы это генератор постоянного тока.

Лазерный диод имеет вольт-амперную характеристику диодного типа, но «построен» не на обычном p-n переходе, как первые гомо-лазеры, а на гетеропереходах, которые выполняют функции:

- эмиттеров для носителей заряда, одновременно локализуя их в активной области;

- оптического волновода для излучения.

Как это работает:

Ток накачки создаёт инверсную населённость носителей заряда в энергетических зонах полупроводниковового материала активной области:

- электронов — в зоне проводимости;

- дырок — в валентной зоне.

Процесс их рекомбинации начинается спонтанно, возможно с одной единственной пары. Но фотон, родившийся при этом, многократно проходит через оптический резонатор, образованный зеркалами активной области, буквально обрушивая электроны в валентную зону, где и происходит рекомбинация, которая носит лавинный характер, когда все рекомбинирующие пары одновременно, т.е. с одной фазой, рождают фотоны. Эти фотоны также многократно проходят через оптический резонатор, создавая таким образом положительную обратную связь, являющуюся непременным условием генерации. По сути лазеры правильнее называть оптическими квантовыми генераторами, т.к. они не усиливают свет (light amplification …), а генерируют его. Усилением света занимаются суперлюминесцентные светодиоды.

Лазерные структуры, из которых в последствии изготавливаются лазерные кристаллы, выращивают различными методами эпитаксии, как правило на подложках n-типа. Профиль будущих кристаллов формируется различными методами:

- фотолитографией;

- пиролизом;

- протонной бомбардировкой.

Омические контакты и припои наносятся на эпитаксиальную пластину ещё до её разделения на кристаллы.

Зеркала оптических резонаторов не шлифуют и не полируют, а получают методом скалывания по плоскостям естественного скалывания, которые есть в любом монокристалле. Для того, чтобы зеркала были строго перпендикулярны к слоям лазерной структуры, монокристалл ориентируют перед резкой на подложки по кристаллографическим направлениям с помощью рентгеновских лучей.

Излучение с заднего зеркала если и используется, то для фотодиода обратной связи. В других случаях на него напыляют отражающие покрытия.

Для облегчения выхода излучения с переднего зеркала на него напыляют просветляющие плёнки.

Типы корпусов лазерных диодов можно посмотреть ТУТ

Красные (длина волны около 650нм) и инфракрасные (ИК) (780нм) диоды можно достать из пишущих DVD приводов. Так же можно использовать и пишущие CD приводы (в них есть только мощный ИК), или DVD Combo.

Список приводов содержащих подходящий для конструирования лазера можно посмотреть ТУТ В таблице далеко не все приводы которые подойдут.

Обратите внимание на колонку №4 в таблице там указана скорость записи и ток которым нужно питать диоды, чем эти показатели выше, тем ярче будет светить диод (выше мощность). Опять же, если вы достали ЛД из привода, которого нет в списке, ориентируйтесь примерно так: для диода из дисковода со скоростью записи 16х желательно не подавать больше 250-260мА, для 18х — 300-350мА, 20-22х — 400-500мА, и пожалуйста опубликуйте етот привод в соответсвующей теме.

Как правильно извлечь диод из привода надете ТУТ

Фиолетовый (405нм) диод вы найдете в Blue-Ray приводах.

Чтобы получить синий (445нм) лучше всего поучаствовать в Груповых закупках

Инфракрасные 808нм диоды вы можете приобрести в МАГАЗИНЕ (их как правило используют в зеленых лазерах для накачки склейки кристаллов)

Лазеры с другими длинами волн излучения построены по технологии DPSS. Что расшифровывается как Твердотельный Лазер с Диодной Накачкой, т.е нужную длину волны излучает активный элемент, который в свою очередь накачивается ЛД. Желтых лазерных диодов пока не встречалось, зеленые в природе существуют но стоят космических денег. — спасибо за правку nERVу.

Пример. Как работает зеленый(532нм) DPSS лазер:

В составе установке находятся такие компоненты, как ИК ЛД 808нм, кристалл вандата иттрия, кристалл KTP, зеркала. Кристаллы находятся в «едином» резонаторе, т.е между зеркалами с различной пропускающей и отражающей способностью для разных длин волн.

Ик излучение с длиной волны 808нм от мощного ЛД проходя через зеркало резонатора вызывает генерацию излучения с длиной волны 1064нм в кристалле вандата иттрия легированного ионами неодима. В свою очередь это излучение проходя через кристалл КТР удваивается, проходит через выходное зеркало и мы видим зеленый лазерный луч.

Желтое, синее, голубое излучение получают примерно также, но с другими кристалами и зеркалами. КПД преобразования оптической мощности такого метода составляет около 20%.

Тоесть для того чтобы получить зеленый лазер 100 миливатт нужно 500 мВт ИК диода. Следует вывод что в лазере ручке попросту не может функционировать зелень более 100мВт. Не лоханитесь при покупке!

До недавнего времени мощные синие лазеры были построены таким же способом, пока в дело не вмешалась компания CASIO с новыми проэкторами А140 и подобными где находятся диоды 445нм 1000 мВт.

Собираем лазер

Ну диод у нас уже есть, дальше собираем драйвер.

Драйвер — это электронная схема, которая контролирует питание диода, без нее он сгорит, отсутствие ее даже не обсуждается!

Читать в первую очередь ЭТО

Самый простой найдете ТУТ

Более сложные ТУТ

Лазерный диод не светит прямым пучком, он светит конусом и его надо фокусировать, а фокусировать нужно коллиматором, как по мне идеальный выбор модули AIXIZ, сразу получаете и коллиматор и примитивное охлаждение в одном флаконе. Купить можноТУТ

Но также можно использовать линзы из DVD для фокусирования на небольшем растоянии. А призмочки для разных экспериментов. Но будте предельно аккуратны — вы не можете быть полностью уверены в том что посветив в призму луч не отразится вам в глаз, что грозит слепотой!

Если же вы собрались делать монстра 1Вт и более, нужно подумать про охлажнение.

Давайте посчитаем: Напряжение 4.2 В Ток около 1.1 А

4.2Х1.1=4.6 Вт, а луч ~1 Вт А куда делось еще 3.6 Вт? А они ушли на нагрев. Температура губительна для диода, кроме того чем выше температура тем ниже мощность, поэтому тепло надо отводить. Идем на радиорынок и покупаем подержанный радиатор для процесора сверлим в нем дырку под AIXIZ, впрессовываем туда модуль предварительно смазав его термопастой. И вообще советую перечитать вот Эту тему.

А также не эксплуатируйте лазер на морозе! Так как при низкой температуре мощность лазера ростет и может стать критической, тогда лазерный диод сгорит.

В конце хочу добавить:

Если вы делаете лазер на продажу для начала перечитайте эту тему, реальная история которая случилась со мной. Сложившаяся ситуация стояла мне кучи нервов и здоровья не вчем не повинного человека. Мне очень повезло, что я так отделался, реально все могло кончится небом в клеточку друзьями в полосочку, занесением судимости в личное дело, а как следствие невозможностью нейдти нормальную роботу и испорченной жизнью. Подумайте дважды.

А дальше все упирается в вашу фантазию, так что дерзайте!

Внимание! Лазер опасен для зрения! Купите защитные очки! Но всеравно дерзайте!

На данном рисунке изображено устройство DPSS зеленой лазерной указки. Источник лазерного излучения — 808нм диод. Лазерный луч фокусируется и подается на Nd:YVO4(ванадат иттрия (YVO4) с неодимовым легированием (Nd:YVO) ) — кристалл, который из 808нм луча делает 1064нм луч. Потом KTP кристаллом(кристалл титанила-фосфата калия, KTiOPO4, сокр. KTP), из 1064нм делается луч сдвоенной частотой — 532нм. На мощных указках >50 мВт нужно устанавливать инфракрасный фильтр (IR-фильтр), чтобы убрать остатки ИК-излучения и избежать повреждения зрения.

К сожалению КПД зеленого DPSS лазера всего 20%, но тем неменее существуют лазеры у которых КПД 35%. И что это дает мне спросите вы. А то что если в лазере используется 2.5Вт 808нм диод, то зеленого цвета вы получите примерно 500мВт + немного ИК  :).

В голубом DPSS лазере используется похожая схема, но 808нм луч конвертируется в 946нм луч, и при сдваивании луча образуется искомые 473нм. Для получения 946 нм используется кристалл алюмо-иттриевого граната с добавками неодима (Nd:YAG). Из за низкого КПД используемых материалов синие лазеры имеют КПД всего 3% и  высокую стоимость.

Фото разобранного 473нм лазерного модуля:

В желтых лазерах используется еще более запутанный процесс. 808нм луч конвертируется в 1064нм луч, далее 1064 луч конвертируется в 1342нм луч и только потом сдваивается в 593.5нм луч. КПД желтых лазеров схож с КПД синих, но из за сложности изготовления и стоимости КПД такого лазера всего лишь 1%.

Наверно теперь вы поняли, почему же используя в зеленой лазерной указке диод 2.5Вт никак не получится сделать лазер мощьностью 2.5Вт, а также почему желтые лазерные указки имеют максимальную мощьность 25мВт.