< N2 Laser - selbstgebaut >
Diesen Laser hatte ich mal gebaut, aus Spaß am Experimentieren. Man konnte ihn auch zum Pumpen
eines einfachen Farbstofflasers verwenden.
Durch verschiedene Laserfarbstoffe läßt sich das komplette Lichtspektrum abdecken.
Für den Eigenbau werden keine teuren Spezialteile benötigt.
Eurocent Geldmünzen lassen sich sehr sinnvoll einsetzen. (-;
Hier folgt eine kurze Beschreibung.
der Sticktofflaser - kurze Beschreibung
Der Stickstofflaser ist ein Gasmoleküllaser der auf der Wellenlänge von 337,1 nm (nahes UV) emittiert. Aufgrund der kurzen Lebenszeit des oberen Laserniveaus von 1-2 ns (bei Atmospärendruck), sowie der langen Lebensdauer des unteren Laserniveaus kann er nur gepulst betrieben werden. Kontinuierlicher Betrieb ist also nicht möglich.
Der Laser ist ein typischer Vertreter eines sogg. Superstrahlers, d.h. eines Lasers bei dem die Lichtverstärkung so hoch ist, das er ohne Resonatorspiegel betrieben werden kann, obwohl der Betrieb mit Spiegeln (100% und etwa 8%) die Ausgangsleistung sowie die Divergenz (das Auseinanderlaufen des Laserstrahls) verbessern. Die Pulslänge liegt je nach Gasdruck zwischen einigen 100 ps bis etwa 20 ns.
Das schöne am Stickstofflaser ist nun, das er auch mit ganz normaler Luft läuft, und das gar nicht schlecht. Das bietet einige Vorteile, z.B. ist keine Gasversorgung und keine Vakuumpumpe zum Betrieb notwendig. Die Laser Konstruktion gestaltet sich relativ einfach, - man braucht eine Hochspannungsversorgung,viele Eurocent Geldmünzen, und einige Teile, die man im Elektronikmarkt und Baumarkt findet.
Aufbau
Thyristor-Ladeschaltung
Diese Schaltung habe ich auf der ► Webseite von Günther Fehl gefunden (HSG3), und etwas modifiziert.
Experimente mit Hochspannung können lebensgefährlich sein! - nur nachbauen, wenn man weiß, was man tut.
Auto Zündspule
Diese ist mit Silikonöl gefüllt, was folgenden großen Vorteil bietet: sollte es durch Überspannung zu einem Kurzschluß in
der Zündspule kommen,
so schüttelt man diese mal durch, und schon kann's weitergehen.
Diodenkette
41 1kV-Dioden in Reihe mit Schutzfunkenstrecke.
Durch parasitäre Induktivitäten und Oszilationen enstehen Überspannungen (>41kV), die die Dioden nach kurzem Betrieb durchbrennen
lassen.
Die Schutzfunkenstrecke (blauer angespitzter Draht) leitet diese Überspannung ab. Der Drahtabstand kann berechnet werden,
sollte aber experimentell ermittelt werden,
und zwar so, daß bei Spannungen oberhalb etwa 15kV die Schutzfunkenstrecke zündet.
Eine höhere Spannung läßt die Kondensatorlebenszeit drastisch sinken.
HV-Kondensator
Der Aufbau erfolgt als spezieller Plattenkondensator. ► Wikipedia Blümleingenerator
Aufbau mit etwas dickerer Alufolie (Bastelbedarf). Herkömmliche Küchenalufolie brennt zu schnell durch.
Laminiergeräte leisten gute Dienste, da man einen Kondensator herstellen kann, der länger hält.
Grund: weniger Lufteinschlüsse zwischen den Platten des Kondensators.
Ein induktivitätsarmer Aufbau des HV-Kondensators und der Funkenstrecke ist wesentlich für eine ordentliche Laserausgangsleistung.
- die krude Wanderwellentheorie hin oder her (-;
Die Laserniveas liegen beim Sticksofflaser bei Atmospärendruck bei 1-2 Nanosekunden ! ,und dementsprechend schnell muß gepumpt
werden.
Man befindet sich im Gigaherzbereich! - deswegen funktionieren metergroße Kondensatorplatten beim TEA-Stickstofflaser -trotz
der "schönen" Wanderwellentheorie- nicht.
Laserschneiden mit Entladungskanal
Die Laserschneiden sollten sehr glatt, und nicht zu spitz geschliffen sein, um eine Koronaentladung zu begünstigen.
Ein Nachschleifen ist -insbesondere bei hoher Wiederholfrequenz des Lasers- ab und zu nötig, da die Schneiden durch Laserbetrieb
korrodieren,
und zunehmende unerwünschte Funkenentladungen einsetzen.
Dieser Laser wurde mit bis zu etwa 30 Hertz betrieben, und bei einer typischen Spannung von 8kV hielt er einige Stunden Laserbetrieb
aus.
Funkenstrecke
Der Elektrodenabstand der Funkenstrecke bestimmt die Arbeitsspannung des Lasers.
Die Ausführung der Funkenstrecke ist mit wesentlich für die Leistung des Stickstofflasers bei Normaldruck verantwortlich.
Es muß auf möglichst induktivitätsarmen Aufbau geachtet werden:
- möglichst kurzer Abstand der Funkenstrecke zum Kondensator, aber nicht zu kurz, da durch die Funken der Kondensator beschädigt werden könnte
- die Funkenelektroden möglichst rund
- die Zuleitung zum Kondensator möglichst breit
Die besten Erfahrungen habe ich mit einer aufgelöteten Kugellagerkugel auf einem Centgeldstück, das auf der Kondensatorseite
glatt geschliffen wird, gemacht.
Fokuslinse
Optimal wäre eine Linse aus Quarz, diese absorbiert kaum UV. Eine dünne konvexe Mikroskopglaslinse tut es auch. Wenn der Laser gut arbeitet, kann man auch dickere konvexe Linsen verwenden.
Küvette als longitualer Farbstofflaser
Die hohe Verstärkung eines Farbstofflasers erlaubt den Einsatz einer dünnen Glasküvette als Laserresonator.
Gepumpt/fokussiert wird longitual auf einen Punkt,mit einer Zylinderlinse könnte man auch transversal pumpen, diese stand
mir aber nicht zur Verfügung.
Die etwa 8% Reflexion an den beiden Glasflächen reichen aus, um den Laserstrahl beidseitig austreten zu lassen.
Pumpt man schräg, und benutzt zusätzlich einen Spiegel, so kann man die Farbstofflaserleistung nochmal deutlich erhöhen.
Allerdings muß der Spiegel genau justiert werden, und ohne Spiegelhalterung mit Mikrometerschrauben wird's schwierig.
Die Küvette für die Laserfarbstofflösung kann man leicht aus Mikroskopierabdeckgläsern mit Hilfe von Epoxidharz herstellen.
Logitual gepumpt, sollte sie möglichst dünn sein -eine etwa 300 Mikrometer breite Küvette stellt einen guten Kompromiss dar,
so kann man noch mit einer Pipette Laserfarbstofflösung einfüllen.
Der Nachteil dieser Konstruktion ist, das die Laserfarbstofflösung (Laserfarbstoffe in Ethanol) relativ schnell verdampft,
und damit auch die Farbstofflaserfrequenz sinkt.
Durch die Konzentration des Laserfarbstoffs in Ethanol (Brennspiritus tut's auch), läßt sich die Wellenlänge des Farbstofflasers
einstellen.
Eine höhere Laserfarbstoffkonzentration bewirkt eine Verschiebung der Emissions-Wellenlänge des Farbsofflasers zum Roten hin.
So kann man etwa die Laseremmision von Rhodamin 6G von hellgrün bis orange tunen.
Rhodamin 6G hat -nach meiner Erfahrung- mit Abstand den besten Wirkungsgrad aller Laserfarbstoffe beim pumpen mit dem Stickstofflaser.
Laser in Betrieb
Der Sticktofflaser in Betrieb:
Der Sticktofflaser pumpt eine Rhodamin6G Lösung. Der stark divergierende Laserstrahl wird mit einer Kollimatorlinse
auf einen Papierschirm gebündelt:
Funkenstreckenabbrand
Brennflecke mit TEA-Stickstofflaser (auf etwa 6kV eingestellt) auf einer berußten Glasplatte durch das Mikroskop (50x) fotografiert.
Die Schlieren sind "Brennflecke" eines roten Laserpointers (< 5mW)
Der Stickstofflaser pummpt von rechts kommend eine Rhodamin 6G Lösung. Der entstehende grüne Laserstrahl wird mit einer Sammellinse
in die zweite Küvette mit Rhodamin B fokusiert.
Es entsteht orangefarbene Laserstrahlung sichtbar auf dem Papierschirm.
Die Doppelpumpanordnung ist ein guter Indikator für eine ordentliche Leistung des selbstgebauten N2-Lasers.
