Le mot « laser » est un acronyme pour « amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ». Le premier laser, utilisant un cylindre de rubis recouvert d'argent comme résonateur, a été développé en 1960 aux Hughes Research Laboratories de Californie. Aujourd'hui, les lasers sont utilisés à des fins allant de la mesure à la lecture de données codées, et il existe plusieurs façons de fabriquer un laser, en fonction de votre budget et de vos compétences.
Pas
Partie 1 sur 2: Comprendre le fonctionnement d'un laser
Étape 1. Fournir une source d'énergie
Les lasers fonctionnent, ou « lase », en stimulant les électrons pour qu'ils émettent de la lumière d'une longueur d'onde particulière. (Ce processus a été proposé pour la première fois en 1917 par Albert Einstein.) Pour que les électrons émettent de la lumière, ils doivent d'abord absorber de l'énergie pour les propulser vers une orbite plus élevée, puis décharger cette énergie sous forme de lumière lorsqu'ils retournent sur leur orbite d'origine. Ces sources d'énergie sont appelées « pompes ».
- Les petits lasers, tels que ceux des lecteurs CD et DVD et des pointeurs laser, utilisent des circuits électroniques pour fournir du courant électrique aux diodes, qui servent de pompe.
- Les lasers au dioxyde de carbone sont pompés avec des décharges électriques pour exciter leurs électrons.
- Les lasers à excimère tirent leur énergie de réactions chimiques.
- Les lasers construits autour de cristaux ou de verres utilisent des sources lumineuses puissantes telles que des lampes à arc ou des lampes flash.
Étape 2. Canalisez l'énergie à travers un milieu de gain
Un milieu de gain, ou milieu laser actif, amplifie la puissance de la lumière émise par les électrons stimulés. Les médias de gain peuvent être l'un des éléments suivants:
- Semi-conducteurs constitués de matériaux tels que l'arséniure de gallium, l'arséniure de gallium d'aluminium ou l'arséniure de gallium d'indium.
- Des cristaux tels que le cylindre de rubis utilisé dans le laser des Laboratoires Hughes. Le saphir et le grenat ont également été utilisés, tout comme les fibres de verre optique. Ces verres et cristaux sont traités avec des ions d'éléments de terres rares
- Céramiques, qui ont également été traitées avec des ions de terres rares.
- Des liquides, généralement des colorants, bien qu'un laser infrarouge ait été produit en utilisant un gin tonic comme moyen de gain. La gélatine dessert (Jell-O) a également été utilisée avec succès comme médium de gain.
- Gaz, tels que le dioxyde de carbone, l'azote, les vapeurs de mercure ou un mélange hélium-néon.
- Réactions chimiques.
- Faisceaux d'électrons.
- Matières nucléaires. Un laser à l'uranium a été produit pour la première fois en novembre 1960, six mois après le premier laser à rubis.
Étape 3. Installez des miroirs pour contenir la lumière
Ces miroirs, ou résonateurs, maintiennent la lumière dans la chambre laser jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau d'énergie souhaité pour la libération, soit à travers une petite ouverture dans l'un des miroirs, soit à travers une lentille.
- La configuration de résonateur la plus simple, le résonateur linéaire, utilise deux miroirs placés de part et d'autre de la chambre laser. Il produit un seul faisceau de sortie.
- Une configuration plus compliquée, le résonateur en anneau, utilise trois miroirs ou plus. Il peut créer un faisceau unique, à l'aide d'un isolateur optique, ou plusieurs faisceaux.
Étape 4. Utilisez une lentille de focalisation pour diriger la lumière à travers le milieu de gain
Avec les miroirs, la lentille aide à concentrer et à diriger la lumière afin que le médium de gain reçoive autant que possible.
Partie 2 sur 2: Construire un laser
Première méthode: construire un laser à partir d'un kit
Étape 1. Trouvez un détaillant
Vous pouvez vous rendre dans un magasin d'électronique ou rechercher en ligne « kit laser », « module laser » ou « diode laser ». Votre kit laser doit inclure les éléments suivants:
- Un circuit pilote. (Ceci est parfois vendu séparément des autres composants.) Recherchez un circuit pilote qui vous permet de régler le courant.
- Une diode laser.
- Une lentille réglable en verre ou en plastique. Typiquement, la diode et la lentille sont emballées ensemble dans un petit tube. (Ces composants sont parfois vendus séparément du circuit de commande.)
Étape 2. Assemblez le circuit du pilote
De nombreux kits laser nécessitent l'assemblage du circuit du pilote. Ces kits comprennent une carte de circuit imprimé et des pièces connexes et vous obligent à les souder ensemble, en suivant le schéma ci-joint. D'autres kits peuvent avoir le circuit déjà assemblé.
- Vous pouvez également concevoir votre propre circuit de commande, si vous avez les compétences en électronique pour le faire. Le circuit de commande LM317 fournit un bon modèle pour concevoir le vôtre. Assurez-vous d'utiliser un circuit résistance-condensateur (RC) pour protéger la puissance de sortie des pointes.
- Une fois que vous avez assemblé le circuit pilote, vous pouvez le tester en le connectant à une diode électroluminescente (DEL). Si la LED ne s'allume pas tout de suite, ajustez le potentiomètre. Si cela ne résout pas le problème, revérifiez le circuit pour voir que tout est correctement connecté.
Étape 3. Connectez le circuit du pilote à la diode
Si vous avez un multimètre numérique, vous pouvez le connecter au circuit pour surveiller le courant que la diode reçoit. La plupart des diodes peuvent accueillir une plage de 30 à 250 milliampères (mA), tandis qu'une plage de 100 à 150 mA produira un faisceau suffisamment puissant.
Alors qu'un faisceau plus puissant de la diode produira un faisceau plus puissant, le courant supplémentaire nécessaire pour générer ce faisceau brûlera la diode plus rapidement
Étape 4. Connectez la source d'alimentation (batterie) au circuit du pilote
La diode devrait maintenant briller intensément.
Étape 5. Ajustez la lentille pour focaliser le faisceau laser
Si vous visez un mur, ajustez jusqu'à ce qu'un joli point lumineux apparaisse.
Une fois que vous avez réglé l'objectif jusqu'à présent, placez une allumette en ligne avec le faisceau et ajustez l'objectif jusqu'à ce que vous voyiez la tête de l'allumette commencer à fumer. Vous pouvez également essayer de faire éclater des ballons ou de graver des trous dans le papier
Deuxième méthode: construire un laser avec une diode trouvée
Étape 1. Procurez-vous un ancien graveur DVD ou Blu-Ray
Recherchez une unité avec une vitesse d'écriture de 16x ou plus rapide. Ces unités ont des diodes avec une puissance de sortie de 150 milliwatts (mW) ou mieux.
- Un graveur de DVD a une diode rouge avec une longueur d'onde de 650 nanomètres (nm).
- Un graveur Blu-Ray a une diode bleue avec une longueur d'onde de 405 nm.
- Le graveur de DVD doit être suffisamment fonctionnel pour graver des disques, mais pas nécessairement avec succès. (En d'autres termes, sa diode doit être fonctionnelle.)
- Ne substituez pas un lecteur DVD, un graveur de CD ou un lecteur de CD au graveur de DVD. Un lecteur de DVD a une diode rouge, mais pas aussi puissante qu'un graveur de DVD. La diode du graveur de CD est suffisamment puissante, mais émet de la lumière dans la plage infrarouge, vous incitant à rechercher un faisceau que vous ne pouvez pas voir.
Étape 2. Retirez la diode
Retournez le lecteur. Vous verrez quatre vis ou plus que vous devrez dévisser avant de pouvoir séparer le lecteur et récolter la diode.
- Une fois que vous avez séparé le lecteur, vous verrez une paire de rails métalliques maintenus en place avec des vis. Ceux-ci supportent l'assemblage laser. Lorsque vous dévissez les rails, vous pouvez les retirer et retirer l'ensemble laser.
- La diode sera plus petite qu'un centime. Il a trois broches métalliques et peut être enfermé dans une enveloppe métallique, avec ou sans fenêtre transparente de protection, ou il peut être exposé.
- Vous devrez retirer la diode de l'assemblage laser. Vous trouverez peut-être plus facile de retirer le dissipateur de chaleur de l'assemblage avant d'essayer d'extraire la diode. Si vous avez un bracelet antistatique, utilisez-le lors du retrait de la diode.
- Manipulez la diode avec soin, d'autant plus s'il s'agit d'une diode exposée. Vous voudrez peut-être avoir un conteneur antistatique pour mettre la diode jusqu'à ce que vous puissiez assembler votre laser.
Étape 3. Procurez-vous une lentille de focalisation
Vous devrez faire passer le faisceau de la diode à travers une lentille de focalisation pour l'utiliser comme laser. Vous pouvez faire celui-ci de deux manières:
- Utilisez une loupe comme focaliseur. Vous devrez déplacer le verre pour trouver le bon endroit pour produire un faisceau laser, et vous devrez le faire à chaque fois que vous utiliserez votre laser.
- Procurez-vous une diode laser de faible puissance, telle que 5 mW, un assemblage de tube d'objectif et remplacez votre diode de graveur de DVD par la diode de l'assemblage.
Étape 4. Obtenez ou assemblez un circuit de commande
Étape 5. Connectez la diode au circuit du pilote
Vous connectez la broche positive au fil positif du circuit de commande et la broche négative au fil négatif. L'emplacement des broches diffère selon que vous travaillez avec une diode graveur DVD rouge ou une diode graveur Blu-Ray bleue.
- Tenez la diode avec les broches pointant vers vous, tournées de sorte que les têtes d'épingle forment un triangle qui pointe vers la droite. Sur les deux diodes, la broche en haut est la broche positive.
- Sur la diode rouge du graveur de DVD, la broche la plus au centre, qui forme le sommet du triangle, est la broche négative.
- Sur la diode bleue du graveur Blu-Ray, la broche inférieure est la broche négative.
Étape 6. Connectez la source d'alimentation au circuit du pilote
Étape 7. Ajustez la lentille pour focaliser le faisceau laser
Des astuces
- Plus vous concentrez le faisceau laser, plus il sera puissant, mais il ne sera efficace qu'à la distance à laquelle vous le focalisez. Si vous focalisez le faisceau à une distance de 1 m, il ne sera efficace qu'à 1 m. Lorsque vous n'utilisez pas votre laser, défocalisez sa lentille jusqu'à ce que le faisceau qu'il produit ait à peu près le diamètre d'une balle de ping-pong.
- Pour protéger votre laser assemblé, vous voudrez le conserver dans une sorte de boîtier, comme une lampe de poche à LED ou un support de batterie, en fonction de la taille de votre circuit de commande.
Mises en garde
- Ne dirigez pas le laser sur une surface réfléchissante. Un laser est un faisceau de lumière et peut être réfléchi de la même manière qu'un faisceau de lumière non focalisé, mais avec des conséquences plus importantes.
- Portez toujours des lunettes de protection adaptées à la longueur d'onde du faisceau du laser avec lequel vous travaillez (dans ce cas, la longueur d'onde de la diode laser). Les lunettes laser sont dans la couleur complémentaire du faisceau: vert pour un laser rouge 650 nm, orange-rouge pour un laser bleu 405 nm. Ne substituez pas un masque de soudage, du verre fumé ou des lunettes de soleil aux lunettes laser.
- Ne regardez pas dans le faisceau laser et ne le dirigez pas vers les yeux de quelqu'un d'autre. Les lasers de classe IIIb, le type de laser décrit dans cet article, peuvent endommager les yeux, même lorsque vous portez des lunettes laser. Il est également illégal de pointer des lasers de ce type sans discernement.
