===DIY高能脉冲激光器 涉及的理论、经验、器材===
RodTech2013/04/25强激光 IP:北京
=================序言==============

本文初衷在于让各位从实验中深入了解、体会脉冲激光的结构、原理,为了安全,原则上不准许也不需要做成手持模块!


固体脉冲激光器是一种历史悠久,使用广泛,结构简单的激光器,但是由于它的瞬间功率极端大,在没有彻底完善的防护(封闭的实验室,警告标志,全体人员个人防护等)的情况下,绝不允许因非实验目的做成手持装置,原则上只允做成固定在桌面上,不容易改变角度的实验模块。一切违反基本操作规范、偷懒跳过安全检查步骤、出于好玩把激光器做成手持版本等的行为后果自负



由于这周要考期中考,我只把DIY高能脉冲激光器所涉及的理论、经验以及器材选择方法简单的写了一下,让KCer对此有初步的概念,也为我接下来要发的一系列教程、套件做理论铺垫。国内部分爱好者一个致命的错误就是先根据随手查的一点点资料买来各种零件磕磕碰碰地装出来一个有各种问题的作品,再发现理论知识跟不上导致一大堆问题,这样不仅会造成资金、时间的浪费,还养成了一种对新领域的错误探索方式。我个人感觉,先花几天时间看看论文再谷歌谷歌再看看国外的论坛上的作品(如果有)把原理弄清楚,可能遇到的问题弄清楚,再开工,事倍功半。

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DIY高能脉冲激光器所涉及的理论、经验以及器材选择方法

危险!本类制作将涉及到高于普遍致死阀值数百倍甚至数千倍的高电压、大电流,完成本制作的人员必须具备相当的高压防护能力与实验经验。

注意!在调整、使用过程中,此类设备输出能量可以在相当大的距离内引起火灾和致盲。实验过程必需佩戴激光防护眼镜,必须保证周围设备、人员的安全。



所有的光(即传统光源or激光光源),都是原子、分子能级变化所造成的。这些特定能级差别的吸收和释放都表现成为特定波长的光。光子射出的能量(焦耳)等于h*f,其中h是普朗克常数,f是频率的辐射,这适用于激光和传统的发光系统。光辐射能量在原子从高能态掉到低能态的时候放出。然而,一个原子想发光,首先必须吸收的能量,使得低能态原子被打到高能态,这在激光领域叫做“泵浦,pump”。所有光包括自发和激光需要一定量的能量吸收。
显然,没有哪个自发辐射光源能达到激光光源的光谱质量。这是因为传统光源是系统处在各种能级都有的杂乱辐射状态。传统光源的基本特征是宽光谱分布,随机极化,圆形和不规则的波阵面和较低的色温。激光的发射原理不同于常规光,不是各种能级加在一起的自发辐射产生的,而是受激发射,各种能级的原子被泵浦到较高的一个激发态上,由于维持的时间总体正态分布,大部分原子都在一段极短的时间内掉到同一个较低的能态上,这种发射方式导致光处在几乎一致的能量水平,也就是我们平常所说的激光单色性。
为了维持这种翻转的粒子数够多,必须有外部的能量把掉下来的原子搬到激发态上,这就需要脉冲激光(例如本教程要做的固态灯泵脉冲YAG激光器)中的脉冲氙灯,半导体泵浦激光(又叫DPSS激光,例如绿色的激光笔)中的半导体激光器,气体放电激光(例如氦氖激光器、CO2激光器)中的放电,化学激光(例如武器级的氧碘激光)中的化学反应等能量源来提供能量了。
世界上很多物质都能受激发光,但是,只有少部分物质能够发出有用的激光。激光物质必须有特定的粒子结构使得粒子翻转群可以被激发到一定的密度,一般是一些晶体或者气体、液体。这些激光物质一般被放在两个镜子之间,使得能量能够经过多次来回反射而放大达到能够使用的级别。一面镜子是全反镜,反射几乎所有的光,也叫HR,一面镜子是半反镜,也叫输出镜,OC,一般反射20%到80%的光,激光在两个镜子之间多次往返放大后,从这里打出来一部分做输出。
在现在成千上万种激光设备中,红宝石激光器是世界上最早的激光器,它由Schawlow & Townes在60年代制造出来。虽然他的结构极端简单,但是在现在还是一个常见的大能量脉冲激光器。它跟YAG、钕玻璃等同时属于固体激光器。红宝石激光器在脉冲氙灯照射下的工作效率只有大概0.1%, 但是由于荧光寿命很长,可以很容易用机械Q开关(一个旋转的全反棱镜去把脉冲压缩到ns量级,脉冲功率轻松突破兆瓦)。
这里简单解释一下Q开关。最简单的q开关就是一个马达连着一个镜子,没对准的时候没有来回往复的光,可以让高能态粒子的数量慢慢的聚集增多,在对准的瞬间释放,达到很窄而功率很大的脉冲。另外一种适合DIY的Q开关是被动式Q开关(passive q-switch),当光能量密度达到某一个阀值时候,他突然由不怎么透光变得很透光,使得之前聚集的高能态粒子得以瞬间释放,这种晶体比较难找,价格也比较高,只能碰运气。工业上用的比较多的有电光调Q、声光调Q等方式做的q开关,用在进一步压缩脉冲激光的脉冲或者使连续半导体泵浦的激光晶体输出峰值功率很高的脉冲激光,方便打标、切割。


欣赏一些图:

经典的红宝石激光器反射腔结构:左边是闪光灯,右边是红宝石棒,周围是反射材料(还没铺上镜面膜,可以YY一下效果)。 2.png

机械Q开关:
1.png

红宝石激光器在350毫焦耳输出光能的情况下,很轻易的打穿剃须刀刀片:
3.png

浏览这段内容需要2学术分内容已隐藏


红宝石激光器的效率虽然不高,只有0.1%,产生的是暗红色的694.3nm光,但是由于它的结构极其简单,有代表性,跟我们要做的YAG激光器结构一致,能级(3能级系统)更加简单,分析起来比较好理解。笔芯粗细,手指那么长的红宝石棒就可以轻松的产生打穿铁皮、从月面上反射回来被检测到的激光束,这些激光器在没有发明效率高得多的YAG激光棒(1%-3%)的时候,被广泛的用在激光切割机、钻孔机上,许多军用的非致命性武器也采用更小的红宝石棒子。
红宝石是一种3能级的激光材料,见figure 2,一般是把光学性能很好的三氧化二铝晶体里面掺上0.03 - 0.4% 的Cr +3,做成人工红宝石,比一般的天然红宝石有好得多的光学性能。常见的红宝石棒尺寸从0.5cm到2cm直径,4cm到16cm长。看上去可能是很浅的粉红色玻璃棒样子或者很深的红棕色,这要看棒子的掺Cr浓度。用绿激光笔打进去会有很特别的颜色出来。详情见下图:
5.png

一束532nm的绿色激光从侧面射入,在切断瞬间拍下荧光,如果有光纤光谱仪看更好:
6.png

   7.png

系统内的4A能级(低能态)原子们有一大半的原子被外部的能量泵到更高的能态,laser才能lase。从figure 2看出, 红宝石激光器的吸收大部分集中在两个区域,T1(紫外)、T2(绿光)。这些吸收范的效率比较高的区域光谱宽度大概1000A。被打到T1/T2状态的离子很快掉到2E能级,造成了2E翻转群体密度增大到能打出激光的阀值。在这个阀值密度以下,红宝石既不能发出激光,也不能用来放大激光(其实两个是一样的原理)。此后,从2E能态到低能态的时候,这些多出来的能量就以波长为6943A的光的形式发出。一个2E能级的离子掉到低能态时候发出的6943光促使了周围的2E也跟着掉,可以理解成一种比较低成功率的连锁反应。这幅图是一个极端简这幅图是一个极端简化、不准确的非比例模型。化、不准确的非比例模型,它没有展示出一些2E/4A能级里的精细能级, 我记得2E中文好像叫做亚稳态,具体细节可以谷歌一下。这些精细能级会把6943A的激光参杂进一些附近的杂峰。这个问题不影响一般的实验。如果需要特别纯净的光谱可以把激光棒冷却到大概75K,这时候线宽就会变成大概10-15 GHz窄了。  
8.png

闪光灯

显然,要产生激光的先决条件是有一束富含紫外和绿光的强光束照射到激光棒内,使得离子翻转密度达到阀值。一种被广泛使用的方法就是用脉冲氙灯做强光源。结构很简单,只要把氙灯的光投射到棒子上就可以了。
闪光灯,有几个重要的参数。我们关心的其实就两个,弧长和1800v、电解电容下的炸灯能量。一般的,闪光灯为了适应工业用途,datasheet标称的工作电压是1500v以上的一个值,只有满足这个储能电压才能达到标称的光能密度和脉冲宽窄(主峰0.5ms以下,满足打孔的需要)。
9.png

但是,对爱好者而言,最重要的参数不是光斑质量、脉冲宽度,而是一个脉冲所携带的能量。所以,把一个1800v的灯降到400V左右依然能够维持类似的适合YAG、红宝石吸收优良光谱特性(YAG在红外段有强烈吸收峰,降低能量使得闪光光谱分布偏向红外更能提高效率),脉冲宽度延续长到5ms甚至10ms量级,可以把1800v炸灯能量400J的灯安全地在2000J左右的脉冲储能下工作。降压驱动还有很多好处,获得几十倍的输出脉冲能量情况下仍然保持同样的器件要求,例如,一个YAG棒能够承受10J@1ms的功率密度,大概是10KW,如果保持同样的氙灯脉冲宽度,用10倍大能量的灯,粗略估算会造成棒子内有100KW的峰值功率,同样尺寸的YAG显然无法hold住,这就要用10倍体积的YAG了,同时造成了10倍甚至更高倍数的价格。然而,当我把同一个灯储能电压降低,使得脉冲宽度延长到10倍,能量增加十倍,同样的尺寸的灯在很低重复率的时候(EG, 100S/PULSE)可以很轻松的hold住同样的小棒子内的瞬间功率依然是10KW,但是输出能量就达到了恐怖的10倍。(↑重要)

主流的闪光灯有以下两种:
1、环形闪光灯
世界上第一个激光器用的是一种多圈环形闪光灯。效率没有直线闪光灯高但是耐受能量大得多。这种闪光灯一般难以买到,管长太大难以触发、脉冲整形网络难做、电容储能电压高,但是适合做可以承受非常大能量的闪光灯。这种闪光灯建模很难, datasheet数据很大区别,没什么普遍总结的规律。一般工作耐受能量超过2KJ。
10.jpg
2直线闪光灯。
现在绝大部分工业激光器和业余激光器都采用这种氙灯结构。泵浦效率高,水冷方便,制造工艺简单,触发容易,是大部分激光采用这种结构的原因。这些闪光灯可以在淘宝上搜索“脉冲氙灯”买到工业配件氙灯,一个典型的值是10cm弧长8mm直径的氙灯在400V储能下可以轻易hold住2200J的能量。
11.jpg


反射腔
实际上方法有很多,效率从80%到95%都有,在业余的条件下60%以上都可以接受。要知道用白纸把闪光灯和激光棒裹一圈都能达到60%。
1、椭圆镜面反射腔体(适合水冷,但是比较难加工。棒子的光分布不是特别均匀)
可以用好加工的材料做一个支架,蒙上一层镜面膜例如抛光后的铝箔纸or镀银的铜皮。或者直接用一截内部略微抛光带点漫反射的铝管压扁凑合用。除非你有很高的加工精度,或者想要达到很密的脉冲,不然不建议采用这种方式。
12.png
1.1一种椭圆腔的变式-双椭圆反射腔,可以装两个灯,同时方便的水冷,达到很好的大能量准连续输出效果,许多80年代的激光武器都是这样做的。有能力加工的同志们可以考虑一下这种形式。下图是截面结构和一篇论文里用ZEMAX软件模拟出来的棒子截面光密度,光斑质量不是太好但是能够达到很大的能量,例如40mm直径90cm长的钕玻璃棒用这种结构做到2000J脉冲输出,这需要100kJ的电容储能,每一根闪光灯分担50KJ能量,易于减小体积同时方便水冷。
13.png

2、    紧裹漫反射腔体
效率不必椭圆腔差多少,水冷的话可以用陶瓷、橡胶做,无需抛光,大大降低工艺,成为市面上90%以上工业用途所采用的方法。业余条件下一般不需要连续工作,没有必要水冷。一个比较好的方法是用铝箔纸紧裹,轻松达到90%以上的效率,如果有条件的话,铜皮镀膜银能进一步增高效率,结构一样简单。
14.jpg
一篇论文中模拟出来的结果还不错,光斑质量已经让人满意。
15.png

考虑到有些设备齐全的人会选择自己镀反射腔,给出两种常用抗腐蚀、光学性能优良的镀层材料(金、银)的反射率vs波长,请根据自己的棒子所需要的波长选择。
16.png

金从500多纳米开始反射,这就使得他不适合红宝石激光器(大部分在紫外、绿光吸收),而适合YAG激光器(紫外会抑制激光的效率)。然而银在红外范围不如金,但是差别不是太大。可以根据自己的技术能力抉择。
水冷可以参照下图的结构做两端的防水结构(参考网上的作品):
17.png

储能与触发
    对于入门级爱好者:储能部分跟线圈炮、轨道炮类似,尽量多的350-450v电解电容并联,鉴于高压电的危险性以及氙灯爆炸的破坏力,储能不要超过500焦耳,建议400v时候容量不超过7000uF, 450v不超过6000uF,350v闪光灯电容不超过8000uF。充电线路就用普通的zvs+EE变压器即可,与线圈炮不同的是,闪光灯在冷态(没有高压激发的时候)对于几百伏的直流电是近乎绝缘的,所以充电的时候电容阵可以连接在闪光灯两端,也就是说可以把电容永久的焊在闪光灯上,不需要开关、可控硅之类的东西,闪光灯本身就是一个触发开光。触发其实也很简单,在外壳上加一个瞬间的高压脉冲就可以了。如果没有了解过的同志们可以找一个一次性照相机拆开研究一下闪光灯管的触发结构。对于骨灰级爱好者,请自行斟酌你的灯能够承受多大能量的脉冲。提醒一下,处理这种量级的闪光灯务必戴好防护器具,充高压气体的玻璃管要是碎了碎片不是一般的厉害。
18.png

实际上,触发高压产生方法有很多,只要满足1、脉冲够尖(例如zvs拉弧肯定不行,不把灯管烧炸也会把电容搞坏)2、电压够高(直接拆相机几cm长度,几mm直径的闪光灯触发线路显然不够击穿10cm长度,玻璃壁厚2mm的灯管)3、容易驱动(做一大堆控制线路结果触发器比整个激光还大不划算)。在这里举几个例子:
19.png

(附件:183502)
+50  科创币    darkorochi    2013/04/25 强烈顶!!!!今天分都给你了
+29  科创币    vocal@ルカ    2013/04/25
+25  科创币    闪电侠007    2013/04/26 终于盼到教程了,嘿嘿。
+50  科创币    justinpiggy    2013/04/26 终于来了,果断顶!
+200  科创币    ehco    2013/04/26 无敌碉堡!
+50  科创币    托尼史塔克    2013/04/26 非常棒
+50  科创币    10班陈大葱22号    2013/04/26 喜闻乐见
+100  科创币    拔刀斋    2013/04/26 专业!
+1  科创币    自由的野牛    2013/04/26 真的是极高质量发帖 不但有理论 还有实际的经验  实在佩服 楼主真是难得的人才啊!
+25  科创币    的卢宝马    2013/04/26 高质量发帖
+50  科创币    tyl961115    2013/04/26
+50  科创币    nhlijiaming    2013/04/26 高质量发帖
+25  科创币    maxlongint    2013/04/27 高质量发帖
+50  科创币    delete    2013/04/27
+50  科创币    大仙    2013/04/28 强人
+200  科创币    任某人    2013/04/28 强强强
+50  科创币    badboy-fly    2013/05/03
+20  科创币    wanghailan9    2013/05/13 高能业余爱好者的先驱
+1  科创币    delete    2013/06/17 我一直想做的,终于有人发出来了
+25  科创币    0x00000000    2013/10/25 感谢分享
+25  科创币    左哥    2014/07/28 高质量发帖
+1  学术分    虎哥    2013/04/26 高质量发帖
来自:物理高能技术 / 强激光
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~~空空如也
RodTech 作者
11年0个月前 IP:未同步
519577
补充: 由于rmb的神圣不可侵犯不能拿来打, 特找了些350mj能量(算极其小的了)打穿某国硬币、勺子的图片
image.jpg image.jpg image.jpg
要知道,YAG是一种效率非常高的晶体,随随便便100焦耳储能电容就能轻易打出2000mJ的能量,希望各位对YAG脉冲激光的危险性有概念。


注意!经过坛友指出,在这类危险实验中不建议甚至禁止做成手持模块。本类实验初衷是为了让大家更好的了解脉冲激光器的原理、能力,没有必要为了过瘾做成手持版本,这样非常的危险!
+200
科创币
苦丁茶
2013-04-25
优秀文章
+25
科创币
闪电坚果墙
2013-04-25
看的这篇文章 我瞬间明白 好吧 其实我在不久前刚明白各种激光的工作原理
+20
科创币
hefanghua
2013-04-25
期待下文,YAG部分。
+1
科创币
井蛙
2013-04-25
期待YAG棒尽快到埠!!!
+15
科创币
lnjzghy
2013-04-25
貌似我就25分,这次加15分,下次加10分吧
+50
科创币
北落师门
2013-04-25
支持出扫盲帖
+50
科创币
badboy-fly
2013-04-25
高质量发帖
+25
科创币
yurifreeman
2013-04-26
高质量发帖
+25
科创币
wuncle
2013-04-26
LZ辛苦了,认真拜读。
+25
科创币
maxlongint
2013-04-26
LZ辛苦了,支持。
+50
科创币
blueness
2013-04-26
开拓新领域
+25
科创币
delete
2013-05-02
感谢楼主的教程,让咱这个小白也明白了脉冲激光的原理。
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lnjzghy
11年0个月前 IP:未同步
519623
貌似我就25分,这次加15分,下次加10分吧
+10
科创币
delete
2013-04-25
谢谢。你留着下一个教程再加吧Y(^_^)Y
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zhanglei
11年0个月前 IP:未同步
519624
这个装换效率和线圈炮差不多。。
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519625
回 6楼(zhanglei) 的帖子
的确!但是1J动能线圈炮打穿硬币貌似。。有点困难。
这也是我推荐做脉冲激光的原因 [s:178] 做功效率高、能量集中
+100
科创币
leeqingyang
2013-04-26
这难道是封建腐朽落后黑暗的西方资本主义国家硬币?
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北落师门
11年0个月前 IP:未同步
519628
以前翻到一根频闪灯管,手指长的,用一开关电源的滤波电容做储能,市电整流充到310V,用打火机电子点火做触发,闪倒是闪了,不过炸灯了,仔细看了下那灯的引脚居然是用金属箔引进去的[s:275] ,炸的就是那个脚...
原理基本没问题,主要还是硬件上的,YAG棒如果楼主能供货,那是解决一个大问题了,还有储能,本以为手头那堆电容储能是够了,看楼主动辄几千μF的容量,我虚了.....不过将近1KJ能量应该也够玩玩了,全部是100μF的闪光灯电容并联的。
还有不懂的地方是Q开关,如果在小能量的情况下,可以用Q开关来提升能量?而且这个的具体作用机理也不是很明白。不过,先把那棒子撸出光来再说吧[s:274]
+1
科创币
Τerminator
2013-05-02
电极和石英玻璃用钼箔实现非匹配气密封接
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zw1235
11年0个月前 IP:未同步
519630
激励YAG用氪灯还是氙灯?
另外:YAG端部输出后的光束发散大不大?
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519635
回 8楼(北落师门) 的帖子
频闪灯管绝对弱爆。标2000W的能承受100J已经万幸。它适合小能量频繁风冷放电,光谱也不适合YAG。货已经买了。正在usps寄过来的路上。经历priority mail发生在我身上那80%寄丢率我实在无法理解美国佬效率怎么会这么低,于是发了慢速UPS。运费略高要200多刀。。可能每根会提价一点点,但是能保证300or以下。

q开关不能提升能量,一般会损失50%以上能量。但是能把ms脉冲压缩到ns量级,典型例子就是ssy-1模块free run是300mj左右,q switched后就剩下30mj左右了,但是把功率从kw提升到了MW,可以轻松电离空气形成空中等离子球外加pia一声。
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1
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519636
回 9楼(zw1235) 的帖子
脉冲用氙灯好,几乎不发散。5米内无目视区别。
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zw1235
11年0个月前 IP:未同步
519641
3mm *  65mm棒子够击穿硬币么?3mm粗的光束,不聚焦,行吗?
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改装pcp
11年0个月前 IP:未同步
519643
你的80mm直径90cm长的钕玻璃棒呢?[s:178]
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北落师门
11年0个月前 IP:未同步
519646
回 10楼(cnxunuo) 的帖子
懂了,把能量压缩到一个较短的时间里释放,就能提升功率,虽然这样会损耗一部分能量,但是最终得到的功率还是比原来的大。那在手指上的效果一般是因为水的比热略大么?
吐槽80%的丢件率,国内平邮都没这么高[s:275]
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519649
回 13楼(改装pcp) 的帖子
嘘。。。。这不好。。
发几个相对小的打算出给骨灰人物的吧 顺便欣赏一下
1、300mm长30mm直径钕玻璃,全新,毛子货
绿色是在白炽灯下,红色是在荧光灯下
image.jpg image.jpg image.jpg image.jpg image.jpg image.jpg image.jpg

2、16英寸长7/8英寸粗,大概45cm长吧 美国劳伦斯利伏莫国家实验室(国家点火装置是他的项目)NOVA项目用的钕玻璃brewster角棒子,适合巨型kdp等倍频   镀膜有刮花。
   image.jpg    image.jpg
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519651
回 12楼(zw1235) 的帖子
要打硬币必须聚焦。看照片
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519653
回 14楼(北落师门) 的帖子
其实要说精细解释我也不清楚,不知道是碳特别厉害还是水难打,我猜是碳化层阻挡比较厉害。。
打铅笔心就算1J也只是一个小点变色凹下去。
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zw1235
11年0个月前 IP:未同步
519657
回 16楼(cnxunuo) 的帖子
聚焦的结果就是只能在焦距这点距离玩玩了,
不聚焦估计那点威力也小的可怜了[s:274]
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zw1235
11年0个月前 IP:未同步
519659
80*900的棒子????
准备打卫星的?
+1
科创币
delete
2013-04-25
这种玩法不现实,这种想法档次太低了。想点有科学价值的实验例如热核聚变吧。
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519660
回 18楼(zw1235) 的帖子
同样的能量,你的威力是什么标准的?请计算后再对比一下各种材料单位密度损伤阀值再下定论。我建议初学者不要聚焦,按照粗平行光束也很猛了。聚焦会遇到镜面反射、玻璃射流等问题。
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改装pcp
11年0个月前 IP:未同步
519662
水难打?用2.93的来打一下看看[s:178]
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519663
回 21楼(改装pcp) 的帖子
那。。采血器这东西我还真的是没玩过。找天找找Er:YAG试试。还是掺什么的记不大清楚了。
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改装pcp
11年0个月前 IP:未同步
519668
采血器这东西是掺镱的。出2.93,专打有水分子的。
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519669
回 23楼(改装pcp) 的帖子
那就应该是Er:YAG了。我还有几根小号的,可惜没合适的输出镜。
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west_0830
11年0个月前 IP:未同步
519684
和氮份子激光器比起来怎么样呢。。用纯氮气[s:227]
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10班陈大葱22号
11年0个月前 IP:未同步
519686
苦等棒子中!另外卧槽楼主要期中考试....敢问楼主现在几年级...
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yurifreeman
11年0个月前 IP:未同步
519687
好东西啊,果断把分全加上。
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519696
回 25楼(west_0830) 的帖子
跟氮分子比容易达到的能量大几个数量级但是峰值功率一般不如他。充纯氮气的准分子激光管我有一个从ebay买的很大号的TEA版本,峰值达到100MW。
image.jpg image.jpg
+50
科创币
badboy-fly
2013-10-04
感觉这是个正常人都能DIY的产品
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10班陈大葱22号
11年0个月前 IP:未同步
519700
“一个YAG棒能够承受10J@1ms的功率密度”这是为什么呢? 是什么因素造成YAG棒子输入功率不能高过某个阀值呢? 如过泵浦功率超过了这个值会发生什么?
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justinpiggy
11年0个月前 IP:未同步
519708
终于来了,果断顶!
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justinpiggy
11年0个月前 IP:未同步
519711
我准备了990V 1300uF的闪光灯电容组,75mm弧长氙灯,不晓得冲到900V发射会不会打爆氙灯。。。
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519714
回 29楼(10班陈大葱22号) 的帖子
这只是一个例子。随手打的数据。YAG承受阀值单位是Kw/cm^2,如果给手指大小的棒子加上1兆焦耳的光能,棒子会因为光学吸收导致不均匀膨胀断掉,我这次拿的棒子尺寸是5-6mm直径,75mm长,光学饱和阀值5J@1ms 损伤阀值大于20J@1ms。这就需要几千焦耳上万焦耳的光能才能达到,一般的爱好者显然不会达到这么高的能量。再说,datasheet标注的损伤阀值是几千次发射后出现光学缺陷的阀值,几百次发射要损伤还要再增大5倍左右能量,要想把我引进的这批棒子打坏起码需要20KJ的储能,估计还没达到5kj灯就炸了。。

按照这样推断,用低压长脉冲激发的氙灯,可以安全的使棒子输出50J以上能量而不损伤。(50J@10ms~5J@1ms~5kw/截面积)
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10班陈大葱22号
11年0个月前 IP:未同步
519715
回 32楼(cnxunuo) 的帖子
啊,就是因为棒子能量吸收产生热效应造成输入光功率不能太高对吧

另外这次教程做的是有Q开关的还是没有Q开关的呢?
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leeqingyang
11年0个月前 IP:未同步
519716
这难道是封建腐朽落后黑暗的西方资本主义国家硬币?
+1
科创币
delete
2013-04-26
没错,取其精华攻其糟粕
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519717
回 33楼(10班陈大葱22号) 的帖子
对。在脉冲情况下,主要的问题是峰值功率vs横截面积。
这次打算做无q开关的,简单一点。如果想做机械q开关的话自己加一个就是了,很简单的
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519718
没错,取其精华攻其糟粕
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zw1235
11年0个月前 IP:未同步
519719
此帖估计要掀起一股热潮, [s:274]
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hanbreen
11年0个月前 IP:未同步
519721
回 17楼(cnxunuo) 的帖子
激光打到物体上应该是直接汽化,人体含水量大,水的比热和汽化潜热比较大,所以激光打到人体损伤不大。
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hanbreen
11年0个月前 IP:未同步
519722
回 32楼(cnxunuo) 的帖子
这个的使用频率能达到多少?一秒钟几次?或者几秒钟一次?
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ehco
11年0个月前 IP:未同步
519723
请教版主大人,5mm直径的平行光束能达到啥杀伤效果?
能不能秒穿包装箱纸壳哇?
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519724
回 39楼(hanbreen) 的帖子
无水冷,平均泵浦功率10W,没有灯的参数显然算不了。你按照自己的参数算吧
水冷,平均功率1000W。
+10
科创币
hanbreen
2013-04-26
明白了,原来是按平均功率算的。
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托尼史塔克
11年0个月前 IP:未同步
519726
好久没看到如此高质量的帖子了,这玩意DIY出来可以用在很多地方。
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wuncle
11年0个月前 IP:未同步
519728
LZ辛苦了,认真拜读。
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justinpiggy
11年0个月前 IP:未同步
519731
回 32楼(cnxunuo) 的帖子
请教以下如何控制脉冲长度,是使用脉冲形成网络用电感控制?
那样我觉得在初次测试时候是不是接上一个小感抗电感然后用示波器观测脉冲长度比较能防止炸灯?
特别是我们知道灯的准确参数时候更可以通过示波器调整脉冲长度了。
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519733
回 40楼(ehco) 的帖子
肯定可以。平行光束也有很大的功率密度的。会伴随着等离子爆鸣 [s:230]
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519734
回 44楼(justinpiggy) 的帖子
类似。但是如果按照datasheet的参数你需要很大能量的灯啊。PFN到正常应用参数一根淘宝的灯只能承受400J左右。其实我觉得收窄脉冲没啥意义,也不会窄到能击穿空气,能量还小了。
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ehco
11年0个月前 IP:未同步
519738
回 45楼(cnxunuo) 的帖子
那有意思额,一套下来价格几何? 准备入个玩玩
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justinpiggy
11年0个月前 IP:未同步
519739
回 46楼(cnxunuo) 的帖子
现在找到了一根弧长80mm,外径7mm的脉冲氙灯,然后在Sam's Laser FAQ里发现一个型号为FXQ-1304-3的闪光灯,外径8mm,弧长76mm,应该说三围上很接近,它的参数是最低储能电压600V,最低触发电压15kV,爆炸能量在脉冲100uS时候是600J,脉冲1ms时候是1800J。
但是Sam还提到脉冲功率和爆炸能量比值对氙灯寿命影响,
[ZZ]Sam's Laser FAQ
Eo/Ex     Life Expectancy (Shots)
-----------------------------------
  0.1               >106
  0.2               >105
  0.3            104 - 106
  0.4          1,000 - 30,000
  0.5            200 - 3,000
  0.6             50 - 300
  0.7             10 - 75
  0.8              4 - 20
  0.9              2 - 5
  1.0            1 or less

100%的寿命可能只有1次左右。所以我现在想法是通过电感来控制脉冲长度,尽量到1ms左右,这样在储能600J时候Eo/Ex只有0.3左右,能达到上万次寿命。
+200
科创币
delete
2013-04-26
我很想把这个寿命关系也通俗地讲出来结果还是放弃了。。这个信息很重要,PRO!
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hanbreen
11年0个月前 IP:未同步
519740
回 32楼(cnxunuo) 的帖子
这样是不是可以在损伤阈值内和同时满足温度的条件下无限加长脉冲时间来达到更大的能量输出?当然前提条件是灯要受得了。
+1
科创币
delete
2013-04-26
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RodTech作者
11年0个月前 IP:未同步
519741
回 47楼(ehco) 的帖子
我按照最坏的情况是yag@300,flash@120,OC+HR@60,电容、触发什么的应该人人都有吧。。
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13721225643
11年0个月前 IP:未同步
519742
楼主哪里人?我们今天也期中考试
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justinpiggy
11年0个月前 IP:未同步
519743
回 49楼(hanbreen) 的帖子
我听说过YAG激光使用连续氪灯,猜想那个是不是就是使得氪灯连续放电工作,然后连续激发YAG棒子,当然有强力水冷同时冷却棒子和氪灯,这样产生的激光功率也不小,但是是CW的。
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