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自制氮分子激光器

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氮分子激光器制作教程网上有很多,这里就把本人搜集来的此类激光器的制作的教程分享给大家
氮分子激光器具有结构简单,取材容易(工作物质就是氮气,用普通空气即可),成本低廉等特点,为家庭实验党所热衷。
先上一段文献:
氮分子激光器是具有输出峰值功率高,输出激光波长处于紫外波段(337.1nm)等特点,它是一种重要的近紫外相干光源。它的应用也十分广泛,可以作为有机染料激光器的泵浦光源;分离同位素、荧光诊断、超高速摄影、污染检测以及医疗卫生、农业育种等方面。
  氮分子激光器需要高达万伏级的电源实现激励出光。关于氮分子激光器电源制作这方面的文献很少。我们设计制作了氮分子激光器的供电电路,运用了变压器中的电压变换、软开关中的零电压开关、行输出变压器提高阳极电压,电源整体轻便小巧,能输出12 kV的高压。当大气压下的氮气流过激光腔,脉冲形成线外侧冲压的火化室内自触发火花隙放电时,激光器有稳定输出。本文主要介绍通过调整火花隙的距离和激光器输出能量,使得氮分子激光器处于最佳的放电电压。
  1 氮分子激光器的工作原理
  氮分子激光器的原理如图1所示:铝板和铝箔以环氧树脂板为电介质形成两个电容器,电源接通后,由于电感对直流为通路,电源同时对储能电容器和脉冲传输线充电,上面两块铝箔板均为高电位,下面铝箔为零电位,这时激光腔内两电极具有相同电位,不会产生气体放电。当达到一定高压时,火花隙击穿,该点电位突然降到零,与下面铝箔的零电位相等。零电位迅速向左传播,使激光腔内接脉冲传输线的电极也降到零电位。因为电感对瞬时电流为断路,而接储能电容器的电极仍处于高电位,此时两电极间形成的高电位差使气体放电,激励氮分子产生激光。经很短时间的放电后,两电极间的电压降到了击穿电压以下,放电停止,完成一个激光脉冲。
  2 激光器高压电源的电路结构
  图1 氮分子激光器的结构
  氮分子激光器的电源主要分为三个部分(图2):变压器、高压包和零电压开关驱动电路。变压器将220 V交流电源转成零电压开关驱动电路所需的12 V~36 V电压。变压器输出的电压通过两块IRFP250N驱动芯片双驱动来驱动高压包,从而使高压包两个输出端口产生12 KV~16 KV的高压,以此来击穿火花隙,产生一个激光脉冲。上下铝箔板的电压差的要求是万伏级的,制作起来有一定的难度。
  3 变压器、高压包和零电压开关驱动电路
  变压器利用电磁感应原理改变交流电压的装置,主要由初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)构成。我们的电路中利用了变压器的电压变化及稳压功能,将220 V电压变化成12 V~36 V电压。高压包是行输出变压器的俗称,功能是输出高压直流电。其原理是提高阳极电压,使电子束以更快的速度轰击出。高压包主要运用于电视机中,在电视机用来加速电子式屏幕达到足够亮度,也用在电脑液晶显示屏中,使屏幕达到足够亮度。我们设计的电路利用高压包给氮分子激光器供电。零电压开关电源[2]以硬开关模式工作,即开关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠,因而开关损耗大。高频化虽然可以缩小体积重量,但开关损耗却更大了。为此,必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术,即所谓零电压开关(Zero Voltage Switch,简称ZVS)/零电流开关(ZCS)技术,或称软开关技术。零电压开关驱动电路如图3
  所示。
  图3 零电压开关驱动电路
  4 火花隙的距离与放电电压的关系
  断开电源之后,改变火花隙的放电距离L1,这样就能方便地控制火花隙的放电电压U(前提是控制气压不变,因为控制气压也能改变放电电压)。图4为火花隙在标准大气压(1.013×105Pa)下,火花隙放电电压与放电距离的实验值,如A点火花隙的距离L1=1.0 mm时,电源电压超过了6.5 kV,两铝电极会自动击穿氮气放电。
  图4 放电电压与放电距离的关系
  5 激光器输出能量与放电电压的关系
  图5 激光器输出能量与放电电压的关系
  激光腔放电电极的距离L2在0.8 mm~3.4 mm之间变化时,激光器都有激光输出。对不同的距离,激光器输出能量与放电电压的实验关系曲线如图5所示,其中U为放电电压,E为单脉冲能量的相对值。在放电电极距离L2较小时,放电电压最低可为4 kV,但是激光输出很弱,而且激光腔中放电不稳定。随着放电电极距离L2的增大,激光器的能量明显增加,且能量输出均匀稳定。放电电极对应一段距离,激光器的输出随放电电压的升高而增加,并且有一个最大值,此时放电电压再升高,输出能量也不再增加。当放电电极的距离超过3.6mm以上时,会有弧光放电。
  6 总结
  经过多次实验测试,氮分子激光器的电极间距最佳值是:火花隙的放电距离L1为3.5 mm,放电电极L2为3.2 mm,放电电压为14.4 kV。
  我们设计的小型氮分子激光器的供电电路采用了驱动电视机高压包与零电压开关电路,电路体积小、功率大、发热小、寿命长、耐冲击、效率高。在24 V供电的情况下,可以200 W-300 W的功率连续长时间运行。在不连接激光腔时可以观察到高压电弧。此外,该电路设计可以运用于特斯拉线圈、马克思发生器、雅各布天梯,对电学的高压设计有一定的参考价值
再上一段资料:


很久以前的书。。。


IP属地:江苏1楼2014-12-11 22:13回复
    材料:
    1.垫板(绝缘性好的东西即可)

    2.高压电源20-60kv
    3.粗漆包线(做打火器用的,有现成的也行)
    4.绝缘胶


    6.铝箔
    7.铝合金条或铜

    第一步:制作电容
    在垫板一面贴上一层铝箔
    用铝箔引出电极,粘好!

    在另外一面再粘好两片大小相同的铝箔
    电容边缘要做好绝缘,否则会放电!!!!
    PS:可以把铝箔适当剪小!
    第二部:制作激光产生部分


    IP属地:江苏2楼2014-12-11 22:19
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      搞定一根

      第二根

      打磨一下,完成!(我做得太长了,应该是电容的2/5才合适
      第三步:制作充电电感
      把漆包线绕在一个圆柱体上,14圈,直径约1CM(绕完后会变粗为1.5-2,5 CM!)

      焊在硬币上!

      ok

      第四步:制作打火器
      太简单了,直接看图

      最后一步!组装!
      电路图:

      安装图:


      IP属地:江苏3楼2014-12-11 22:23
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        安装

        接线

        完成

        通电

        他发出的是紫外线激光,照在荧光物质上会发出可见光


        IP属地:江苏4楼2014-12-11 22:25
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          下面再展示一下科创里 罂粟的眼泪 版主做的





          IP属地:江苏5楼2014-12-11 22:29
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            能干嘛,烧东西?


            来自Android客户端6楼2014-12-12 10:09
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              请问20kV的输入电压是脉冲高压还是持续高压。


              IP属地:北京来自Android客户端8楼2016-02-02 23:50
              收起回复
                怒挖


                IP属地:吉林来自Android客户端9楼2021-07-14 15:41
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                  楼主我现在也在做这个氮气激光器,但是两个电极之间有电火花没有激光,可以问你一些关于氮气激光器的问题吗,可以有偿


                  IP属地:四川10楼2021-07-22 16:27
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                    大概就是这样,只有火花的白光,没有激光的光斑,后面放的瓶子离装的是荧光液,不知道是液体不对还是怎样,没有光束


                    IP属地:四川11楼2021-07-22 16:52
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                      你好,您是哪位,我们需要氮激光人才,看到请回复


                      IP属地:上海12楼2024-11-05 02:23
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                        我们能微信沟通吗?


                        IP属地:上海13楼2024-11-05 02:29
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                          可否联系我们,我们需要与您合作,85370896@qq.com


                          IP属地:上海14楼2024-11-27 01:16
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