Рубиновый лазер (вопроссы по конструкции)

Появилась идея собрать лазер на рубине.
За неделю поиска в сети нашел много интересного по теме:

1.Энциклопедия по лазерам www.repairfaq.org/sam/lasercps.htm

2.Библиотека с несколькими книгами по теме http://umup.narod.ru/

Бруннер В.Справочник по лазерной технике.1991 (7M) 1 2
Фёдоров Б.Ф.Лазеры.Основы устройства и применение.1988 (2M) 1
Вакуленко В.М.Источники питания лазеров.1980 (1.2M) 1

3.Описание установки для голографии http://www.rotorwave.com/ruby.htm

После ознакомления остановился на варианте с накачкой от импульсных ксеноновых ламп
и без модулятора добротности.

Читал достаточно внимательно, но вопроссы остаются, возможно здешние обитатели
помогут с ними разобратся:

1) Максимальная энергия накачки ( в [3] фигурируют цифры 170-400Дж/см3,
но там лазер с модулятором добротности и высокие требования к параметрам излучения ).
Сколько можно вкачать в стержень за один импульс ( 1-2мс )?

2) Зеркала.
Вижу такие варианты:
-отдельные диэлектрические зеркала
-диэлектрическое напыление на торцы
-серебрание торцев
Если я правильно понимаю то в двух последних случаях можно будет обойтись без юстировки.
Выдержит ли серебрянное покрытие импульс?
И самое главное: не будет ли оно ограничивать максимальную энергию накачки из-за возможности
разрушения торца?

У серебряных зеркал поглощение большое. Поэтому почти и не применяются они. А где ты рубиновый стержень, да ещё обработанный, возьмешь? Скорее можно найти неодимовое стекло. Сейчас все выкидывают стеклянные лазеры, переходят на гранатовые, поэтому неодимовые стёкла не дефицитны.

Возьму на полке
Кстати, это небольшая проблемма - 100-500$ в ассортименте
Гранатовые стержни на ebay начиная от 50$

Хочу именно рубиновый т.к.
-видимое излучение
-из-за большого времени люминисценции нет необходимости в модуляторе добротности

Ясно. Ну, тогда отвечу более развёрнуто.
Серебрение торцов было применено на ранних стадиях лазеростроения Но, у серебра хороший коэффициент отражения, но плохой коэффициент пропускания - из того, что не отражается, более 80% поглощается (для сравнения - золотое зеркало поглощает в 4 раза меньше).

Но диэлектрическое зеркало поглощает на порядки меньше! Т.е. при коэффициенте отражения 0,98 диэлектрическое зеркало пропускает больше, чем серебряное с коэффициентом отражения 0,94!

Кроме того, отдельные зеркала позволяют резко снизить требования к точности торцов стержня - поворотом зеркал можно скомпенсировать непараллельность торцов и их неперпендикулярность оптической оси, поэтому многие стержни просто не смогут выдать полную энергию при нанесении зеркал непосредственно на торцы.

Скажу больше, я не видел живьём ни одного лазера с совмещёнными зеркалами.

Расжился сегодня подходящими лампами:
ИНП 16/250А
Лампы с активным элементом:
http://a.foto.radikal.ru/0604/726e0d6bc2ab.jpg
Электроды:
http://a.foto.radikal.ru/0604/8360929dc4e0.jpg

Теперь думаю из чего собирать квантрон, скорее всего это будет труба из Д16Т.
Как можно сделать отражающее покрытие изнутри?
Пока идеи такие:
-намешать белый пигмент с жидким стеклом и покрасить (непонятно что добавить в качестве пластификатора чтобы краска держалась)
-гальваника: медь+серебро
-взять трубу из АД и отполировать

Прочитал, сказал себе:" Во даёт..." (твердотельные лазеры самому делать приходилось). Ну, во первых, прежде чем думать о разработке квантрона, ты должен оценить свои силы и возможности в разработке или покупке импульсного источника питания большой мощности (с конденсаторами большой ёмкости). Указанный энерговклад при накачке это вполне реальная цифра. Ксеноновая или лучше криптоновая импульсная лампа даёт до 5000 J в импульсе в пространство 4 пи. Это серьёзная энергия, которая в стержне утилизуется лишь в небольших количествах, поэтому необходима система охлаждения. В части резонатора необходимо будет иметь механическую структуру (optical bench) из 4 стержней и прецизионные оправы для юстировки зеркал. Сами зеркала потребуются специального напыления. Для монтажа ламп накачки тебе потребуются изоляционные материалы с высокими диэлектрическими параметрами, поскольку для их поджига используется импульс высокого напряжения до 2kV. Лампы кстати бывают как линейные так и спиральные. От формы лампы зависит форма отражателя. Обычно в схеме с одной лампой используют эллиптический отражатель, но прямой цилиндр тоже пойдёт. Никакого покрытия, да ещё на основе клеевых составов не требуется. Во первых, охлаждение (обычно водяное), во-вторых излучаемая лампой энергия в ИК диапазоне, которая поглощается стенками. Проще алюминиевую трубу оставить как есть (65-70% отражения) или подвергнуть пескоструйной обработке.
В России до сих пор есть специализированные фирмы, производящие как тв.т. лазеры, так и отдельные узлы для них. Это Рязань, это Зеленоград. В Инете есть вся необходимая информация. Если ты в Москве, то можно обратиться в ИОФАН или его Троицкий филиал, где лазеры делают и используют готовые (зеленоградские).
Короче, любительский rubi laser возможно собрать, но лучше подобрать готовые компоненты. Удачи.

Спасибо за развёрнутый ответ, правда с некоторыми ошибками в части напряжения поджига и применения криптоновой лампы для накачки рубина (криптоном качают гранат т.к. ему подходит ИК а рубину нужна зелёная и синяя полосы которых у ксенона больше).
Что касается покрытия то промышленные квантроны покрываю диффузно отражающим покрытием - каким-то оксидом (керамика). Вот только как это восспроизвести я пока не представляю. 65-70 отражение стенок квантрона для меня неприемлемо. Такое отражение подходит для эллиптического или другого оптически правильнго отражателя. У меня из соображений технологичности отражатель в форме трубы и прежде чем луч попадёт на стерень он несколько раз повстречается со стенками.
ИП будет из связки импульсных конденсаторов 1500мкф х 330в применяемых в фотовспышках (энергоёмкость около 1Дж/г, удельная стоимость 2руб/Дж).

Готовые компоненты имеют неприятную особенность - квантрон стоит 1.5к$, причем с гораздо более скромными параметрами в импульсе чем позволяют мои компоненты. (зато у него водяное охлаждение)


Кстати, в последнее время на ebay и тп площадках образовалось огромное колличество эрбиевх стержней с уже несёнными зеркалами. (комплектуха к военным дальномерам - всего по 10$). К такому стержню примотать соответствующую лампу и готов простейший ТТ лазер(правда ИК 2.5мкм). С которым можно осусществить давно бродящий в головах проект - лазерный отстрел мух.

... готов простейший ТТ лазер(правда ИК 2.5мкм)...

 

С таким надо быть поосторожней, отслоишь кому-нибудь сетчаку и даже не заметишь.

Я жутко извиняюсь - А что полу-проводниковый нельзя взять - то же китайский - за 200-300 тугриков - там кажись пол ватта модель была... или там лабораторный списанный (условно за условные деньги)
Только без обид - это напоминает что-то вроде - КАК САМОМУ СДЕЛАТЬ ХАРД ДИСК ...
Только если сам процесс важен ...

Спасибо за развёрнутый ответ, правда с некоторыми ошибками в части напряжения поджига и применения криптоновой лампы для накачки рубина ИП будет из связки импульсных конденсаторов 1500мкф х 330в применяемых в фотовспышках (энергоёмкость около 1Дж/г, удельная стоимость 2руб/Дж).

 

Ну ошибки тут никакой нет, поскольку я тебе отвечал за накачку ТВЕРДОТЕЛьНЫХ лазеров вообще. А уж какой тебе нужен ты сам определишь. Напряжение поджига зависит от длины лампы (если речь идёт о linear flash lamp). В прошлых годах в моей лаборатории работали с Хe linear lamp длиной 150 мм и напряжение поджига доходило до 2 kV. Именно этот параметр определяет эффективность образования горячего (до 20кК) столба плазмы в общем обьёме газа, для излучения в вакуумном УВ. Накачка лазера на рубине, естественно, другой случай, но и там короткий импульс высокого напряжения в 0.5 кВ доставит проблемы. Кстати будет необходим хороший осциллограф и делитель для него. И приготовься к проблемам с цифровой электроникой и компами, которые прежде всего реагируют на импульсные процессы. У нас два Tektroniх вышло из строя по этим причинам (правда это уже ТЕА CO2). Кстати ты почему-то не затронул тему разрядника для импульсного источника. Их делают в Рязани. Ну а в остальном, конечно, ещё та идея. Но, как говориться, каждый имеет право на собственные мании и фобии (это калька с castellano (Spanish), не обижайся). Кстати, в настоящее время ламповая накачка почти вытеснена диодной. Подумай в этом направлении, раз уж тебе нравятся подобные задачки. С таким блоком ты избавишься от всех ламповых заморочек.
Кстати, у нас же в лаборатории делались свои Хе лампы (неотпаянные), поскольку обнаружилось, что лампы с вакуумным envelop (баллон) из кварца почти не выпускаются и, чтобы наладить их опытное производство тот же Herausе просил 12 месяцев. Удачи.

Я жутко извиняюсь - А что полу-проводниковый нельзя взять - то же китайский - за 200-300 тугриков - там кажись пол ватта модель была... или там лабораторный списанный (условно за условные деньги)
Только без обид - это напоминает что-то вроде - КАК САМОМУ СДЕЛАТЬ ХАРД ДИСК ...
Только если сам процесс важен ...

 

Есть у меня DPSS 30мВт - хорошая игрушка, вот только с импульсным рубиновым его мощность даже сравнивать не хочется)

Кстати ты почему-то не затронул тему разрядника для импульсного источника. Их делают в Рязани. Ну а в остальном, конечно, ещё та идея. Но, как говориться, каждый имеет право на собственные мании и фобии (это калька с castellano (Spanish), не обижайся). Кстати, в настоящее время ламповая накачка почти вытеснена диодной. Подумай в этом направлении, раз уж тебе нравятся подобные задачки. С таким блоком ты избавишься от всех ламповых заморочек.

 

Потому что разрядника у меня не будет. Он здесь совершенно не нужен - лампа цепляется через дроссель к батарее конденсаторов и зажигается с помщью ВВ импульса получаемом в том же дроссели(разрядом конденсатора на первичную обмотку - на время запуска дроссель становится трансформатором).
Самому мне очень нравится идея собрать DPSS, причем именно на рубине и вот почему:
в распостранёных DPSS применяют накачк от 808нм ПП лазеров. Сколько их выпускается и сколько они стоят??? А вот цена светодиодов с каждым годом становится всё приятнее и приятнее из-за роста объёмов производства. И самое интересное что есть 1-3Вт светодиоы с необходимой рубуну волной 550нм!!!
Эту мысль не так давно я огласил на IXBT. По моим приблизительным оценкам для начки рубина в непрерывном режиме потребуется 1200Вт/см3. Т.е. 600Вт для доступных стержней. Как мне объяснили взять стержень небольших размеров и собрать мощную лазерную указку нельзя - низкая добротность резонатора.
600Вт на диодах - это, мягко говоря, дорого, хотя промышленный лазер может получится прекрасный. К сожалению импульсный режим не спасает - светодиоды его переносят плохо. Насколько идея жизнеспособна думаю скоро узнаем - в сравнении с 808нм диодами экономия получается очень значительная - так что китайцы не должны пропустить такую возмоность

Сегодня экспериментровал с 1.6КДж ИФК-2000 - фольгу прожигает при малейшем загрязнении, так что уже ясно что покрыть квантрон изнутри фольгой не получится

Может кто знает где достать диэлектрические зеркала при приемлемым ценам,
а то по 200$ за штуку как предложили в Лезер Резерве мне что-то не нравится(

Сегодня привезли конденсаторы.
Пока решил взять только половину - 64 х 1500мкфх350В, по финансовым соображениям. Стоит сейчас эта коробочка рядом, душу греет)
Буду делать два отдельных блока по 32конденсатора (3КДж). Нагрузка каждого блока - лампа ИФП-5000. Если все заработает то пристою ещё 2.
Сначала была идея сделать зарядную линию из 4х LC элементов, но почитал сколько энергии при этом "осядет" в конденсаторах ( удельное сопротивление - 100мкф*Ом) и прослезился... В итоге в каждом блоке будет всего один дроссель.


Шаг в сторону:
Втречался сегодня с мужичком, предлагает неодимовые стержни. И вроде все хорошо, да только это не активные элементы а заготовки - торцы у них не сформированы. Долго он мне расказывал что это в любой ювилирной мастерской сделают, не убедил(ну не смог объяснить ка в ювелирной мастерской секундные допуска на паралельность граней обеспечат).

Так что вопросс к знающим людям:
насколько сложно сформировать грани на стекле(понятно что ни в домашних условиях) и на сколько $ потянут такие работы?

неодимовых у меня валяется несколько штук, емнип. спрошу шефа. а вам для чего?

Да всё для того же (см. выше). Лазер хочу собрать, зачем? да просто так, хобби - поигратся).
А т.к. основные расходы - это система питания, то если найду подходящий неодимовый стерженёк то сделаю два квантрона - рудиновый и неодимовый.
Тем более что зеркала под неодим у меня уже есть.

Советую ознакомиться с основами лазерной безопасности. В видимом диапазоне глазам много не надо, при мощи >500мВт вполне может хватить даже рассеянного отражения, и привет. Это если с концами, а просто травму получить можно и куда более слабым излучением.

знаю, читал
до пуска ещё далеко, так что опасные факторы стоят в таком порядке:
-высокое напряжение (>2КВ)
-излучение ламп накачки
-лазерное излучение

пока что я приблизился только к первой опасности

у меня не стержни, а готовые головки ещё советского выпуска...

А что такое головки? Они же квантроны? (АА+лампа+зеркала+отражатель)

Сбылась мечта!
Заполучил в свои руки зеркала с некоторым избытком)
Избыток - два ДКР кристалла М-09 и Л-37-81
Вопросс к знающим людям:
Что это за звери?
Правильно ли я понимаю что это тоже самое что KTP кристалл в DPSS зелёном лазере?

А где ты рубиновый стержень, да ещё обработанный, возьмешь?

 

- "где работаем - то и дома лежит" Может, у него тож кто из домашних в советских ящиках по производству микроэлектроники работал )) У меня тож несколько рубиновых валяются...

- "где работаем - то и дома лежит"

 

это не мой случай, на работе кроме как в СD/DVD лазеров больше нет, аутсортинг будь он неладен(

Найти компоненты никаких проблемм, рубины конечно дорогие(как и гранаты), а стёкла ГЛС недавно всего-то 2500р попадались за 10х260.
Встречались вообще почти метровые ГЛС слонопотамы(ценой не интересовался, новые в Лыткарино 150к рублей), но что с ними дома делать не представляю - инерционный термояд непотяну). Пожалуй реальный проект - лазерная локация луны (про локацию неуверен, но на простое измерение растояния 1КДж импульса должно хватить). Есть же у радиолюбителей развлечение - ловля отраженного от ночного светила сигнала, так почему бы не быть такому проекту. В одиночку с этой задачей связыватся нехочу, но если кого сильно заинтересует то можно обсудить.

Возвращаясь к рубинам: совсем недавно наблюдал как из Белоруссии через ebay в буржундию уплыл 10х30х260 экземпляр всего-то за 300$. Наверное у кого-то вался)

Наметился некоторый прогресс:
Квантрон собран из четырех 8мм пластин из Д16Т соединенных четырбмя 10мм строительными шпильками. Внутринние пластину служат держателями для ламп накачки, активного элемента и отражателя.

процесс идет...

Доделал узлы юстировки зеркал