СТРОИМ ЛАЗЕР

     Мы привыкли считать основой всякого лазера рубиновый стержень. Однако в последнее время появились и другие типы лазеров. Один из них, работающий на органических красителях, можно построить в техническом кружке.

     Разбавленной раствор органического красителя освещается самодельной триггерной лампой. Лазер испускает световой луч диаметром 5 мм, который может быть сфокусирован системой линз. Цвет луча зависит от типа красителя, интенсивности вспышки триггера и длины усилительной трубки.
     Трубка-усилитель — основа лазера. Сделана она из кварцевого стекла, диаметр ее 5 мм. Торцы трубки закрыты двумя плоскими окошками из кварцевого стекла, а сама трубка помещена между двумя зеркалами. Вторая такая же трубка — триггер — располагается параллельно первой. Обе трубки смонтированы в эллиптическом отражательном трубчатом зеркале (рис. 1). Вспышка триггера, отражаясь от эллиптического зеркала, концентрируется на усилительной трубке, потому что и усилитель и триггер расположены в фокусах эллиптического отражателя. Плоские отражательные зеркала (диаметром 10 мм) покрыты серебром или алюминием. Одно из зеркал отражает свет полностью, а другое — немного больше половины. Та часть света, которая проходит сквозь второе зеркало, и есть луч лазера.

Рис. 1. Общий вид лазера. (Отражатель условно разрезан. Видны лампа и усилитель.) Показано подключение вакуумного насоса к лампе

     Лазер запускается только от вспышки света большой мощности. Как это достигается? Трубка из кварцевого стекла с электродами из нержавеющей стали или меди и заполненная воздухом — вот и весь триггер. Электроды присоединяются к выводам конденсатора емкостью в 15 мкФ с потенциалом заряда около 3 тыс. в. Для запуска триггера надо создать в нем разрежение в 60 мм ртутного столба. Как только давление упадет до нужной величины, конденсатор разрядится и произойдет вспышка лазера.
     Перед очередным импульсом лазера усилитель должен быть охлажден до комнатной температуры. Для этого раствор красителя непрерывно протекает через усилительную трубку. На концы усилительной трубки надевают и приклеивают клеем БФ-2 медные подводящие трубки. Прозрачные кварцевые окошки приклеивают к торцам медных трубок. Скорость протекания раствора красителя не должна быть меньше 4 л/ч.
     С откачкой воздуха из триггера отлично справится ручной вакуумный насос (или электрический, если он есть). Выходной патрубок насоса должен быть погружен в банку с мыльной водой, лучше всего в раствор стирального порошка. Это делается для того, чтобы воздух в помещении, где работает лазер, не был загрязнен парами масел. Любое загрязнение спиртового раствора красителя не позволит выжать из лазера даже намека на луч.

Рис. 2. Лазер в разрезе. Обратите внимание на расположение лампы и усилителя в фокусах эллиптического отражателя

     Запускается триггер так: в резиновую трубку, идущую от триггерной лампы к вакуумному насосу, врезается Т-образная стеклянная или металлическая трубка. При работающем вакуумном насосе воздух будет закачиваться через открытый конец Т-образной трубки. Если плотно перекрыть отросток тройника пальцем, насос начнет откачивать воздух из триггера.
     Электроды лампы сделаны из меди или нержавеющей стали. Диаметр внутренней части около 8 мм, а концы закруглены и по возможности отполированы.
     Лампа и усилитель монтируются строго параллельно на расстоянии 15 мм от базы — пластины из пластмассы или толстой фанеры. Расстояние между осями лампы и усилителя 12 мм.
     Отражатель представляет собой тонкостенную алюминиевую трубку длиной 80 мм и внутренним диаметром 25 мм. Внутренняя ее поверхность должна быть хорошо отполирована. Затем трубку надо осторожно сдавить в тисках так, чтобы она стала эллиптической в сечении. Большая ось эллипса должна быть на 3 мм длиннее малой. Размеры эти нужно тщательно откорректировать. Отражатель крепится к основанию металлическим хомутом. Большая ось эллипса расположена параллельно плоскости основания. В фокусах эллипса (расстояние между ними 12 мм) закрепляются триггер и усилитель (рис. 2). Оси трубок должны строго совпадать с фокусами эллиптического отражателя. Ячейки для закрепления плоских отражательных зеркал и регулировки их параллельности показаны на рис. 3. Установочные винты с пружинами служат для регулировки угла встречи луча с зеркалом. Полупрозрачное зеркало посеребренной поверхностью направлено в сторону усилительной трубки. Изготовляется это зеркало так. Стеклянную пластинку тщательно обезжиривают, покрывают с одной стороны нитрокраской и проводят с ней реакцию серебряного зеркала, известную из курса химии. Важно определить время выдержки стекла в реакционном растворе, чтобы слой серебра получился полупрозрачным. Это достигается чисто экспериментальным путем: 5 стеклышек выдерживают в сосуде с раствором разное время.

Рис. 3. Ячейка для закрепления отражательных зеркал и регулировки их параллельности

     Желательно, чтобы зеркало пропускало около 18% света. Это проверяется при помощи люксметра.
     Источник питания триггера смонтирован в ящике под основанием, на котором закреплены эллиптический отражатель, триггер и усилитель. Провода от конденсатора к триггеру должны быть как можно короче и обладать минимальным сопротивлением, чтобы сократить продолжительность разряда конденсатора, так как интенсивность луча, испускаемого лазером, зависит от длительности вспышки. Лучше всего использовать медные шины сечением 10х1 мм.
     Схема энергопитания триггера (рис. 4) достаточно ясна и не вызовет затруднений при монтаже.

Рис. 4. Блок питания

     В лазере могут быть использованы несколько красителей. Для начальных экспериментов лучше взять родамин. Эта оранжевая краска позволяет получить луч лазера от желто-зеленого до красного цвета. Для приготовления такого раствора необходимо к 1 л метилового спирта добавить 45 мг родамина.
     Интересным красителем, испускающим луч интенсивного голубого цвета, является диэтиламинометил-кумарин. Этой краски нужно 75 мг на литр метилового спирта.
     Флюоресцеин натрия используется в концентрации 45 мг на литр этилового спирта.
     Готовый лазер требует одной, но очень ответственной настройки: надо установить плоские отражательные зеркала строго перпендикулярно оси усилителя и строго параллельно друг другу. В противном случае лазер будет мертв. Для установки зеркал нужен карманный фонарик, бинокль или подзорная труба, а лучше всего школьный телескоп. Необходимо также иметь две призмы, представляющие в сечении равнобедренный прямоугольный треугольник. В каждом бинокле есть по четыре такие призмы. На стекло фонарика наклеивается диафрагма из непрозрачного материала с точечным отверстием против нити накала лампочки. Полупрозрачное зеркало снимается, а приборы располагаются, как показано на рис. 5 вверху. В объективе телескопа появится два изображения нити накала лампочки.

Рис. 5. Настройка лазера. На верхней части рисунка полупрозрачное зеркало снято. Производится регулировка положения непрозрачного зеркала. На нижней части рисунка показан ход лучей в системе при регулировке положения полупрозрачного зеркала

     Оба изображения (преломленное призмой и отраженное непрозрачным зеркалом) необходимо совместить, причем так, чтобы совмещенное изображение находилось точно посредине поля зрения бинокля, подзорной трубы или телескопа. Затем устанавливается полупрозрачное зеркало (рис. 5 внизу), и двойное изображение нити накала (отраженное полупрозрачным зеркалом и полученное ранее совмещением) снова совмещается. При этом надо регулировать установку только полупрозрачного зеркала. Когда все это сделано, ваш лазер готов к работе.