Le mot «laser» est l'acronyme de «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 dans les laboratoires de recherche Hughes en Californie.[1] Aujourd'hui, les lasers sont utilisés à des fins allant de la mesure à la lecture de données codées. Il existe plusieurs manières de créer un laser, en fonction de votre budget et de vos compétences.
Première partie de deux:
Comprendre comment fonctionne un laser
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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.)[2] Pour que les électrons émettent de la lumière, ils doivent d'abord absorber de l'énergie pour les amener à une orbite supérieure, puis décharger cette énergie sous forme de lumière lorsqu'ils reviennent 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 à dioxyde de carbone sont pompés avec des décharges électriques pour exciter leurs électrons.
- Les lasers à excimère tirent leur énergie des réactions chimiques.[3]
- Les lasers construits autour de cristaux ou de verres utilisent des sources lumineuses puissantes telles que des lampes à arc ou à flash.[4]
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2 Canaliser 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.[5] Le support de gain peut être l'un des éléments suivants:
- Semi-conducteurs constitués de matériaux tels que l'arséniure de gallium, l'arséniure de gallium et d'aluminium ou l'arséniure d'indium et de gallium.
- Des cristaux tels que le cylindre de rubis utilisé dans le laser Hughes Laboratories. Le saphir et le grenat ont également été utilisés, de même que les fibres de verre optique. Ces verres et cristaux sont traités avec des ions de terres rares
- Céramiques, qui ont également été traitées avec des ions de terres rares.
- Les liquides, généralement des colorants, bien qu'un laser infrarouge ait été produit en utilisant un gin et un tonique comme milieu de gain. Le dessert à la gélatine (Jell-O) a également été utilisé avec succès comme milieu de gain.[6]
- Les gaz, tels que le dioxyde de carbone, l'azote, les vapeurs de mercure ou un mélange d'hélium et de néon.[7]
- 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.[8]
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3 Mettre en place des miroirs pour contenir la lumière. Ces miroirs, ou résonateurs, maintiennent la lumière dans la chambre du laser jusqu’à ce qu’elle atteigne le niveau d’énergie désiré pour la libération, soit par une ouverture minuscule dans l’un des miroirs, soit par une lentille.[9]
- La configuration de résonateur la plus simple, le résonateur linéaire, utilise deux miroirs placés sur les côtés opposés 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 seul faisceau, à l'aide d'un isolateur optique, ou de plusieurs faisceaux.
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4 Utilisez une lentille de mise au point pour diriger la lumière à travers le support de gain. Avec les miroirs, la lentille aide à concentrer et à diriger la lumière afin que le support de gain reçoive autant que possible.
Deuxième partie de deux:
Construire un laser
Méthode 1: Construire un laser à partir d'un kit
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1 Trouver 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 de conduite (Ceci est parfois vendu séparément des autres composants.) Recherchez un circuit de 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 du pilote.)
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2 Assemblez le circuit du pilote. De nombreux kits laser vous obligent à assembler le circuit du pilote. Ces kits incluent une carte de circuit imprimé et des pièces associées et vous obligent à le souder ensemble, en suivant le schéma ci-joint. Les autres kits peuvent avoir le circuit déjà assemblé.
- Vous pouvez également concevoir votre propre circuit de pilotage si vous avez les compétences en électronique pour le faire. Le circuit pilote LM317 fournit un bon modèle pour concevoir votre propre circuit. Veillez à utiliser un circuit de résistance-condensateur (RC) pour protéger la sortie de puissance des pics.[10]
- Une fois que vous avez assemblé le circuit du pilote, vous pouvez le tester en le connectant à une diode électroluminescente (LED). 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.
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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 reçu par la diode. La plupart des diodes peuvent accepter 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.
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4 Connectez la source d'alimentation (batterie) au circuit du pilote. La diode devrait maintenant briller brillamment.
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5 Ajustez l'objectif pour focaliser le faisceau laser. Si vous visez un mur, ajustez jusqu'à ce qu'un joli point lumineux apparaisse.
- Une fois la lentille ajustée, placez une allumette au niveau du faisceau et ajustez l'objectif jusqu'à ce que la tête d'allumette commence à fumer. Vous pouvez également essayer de faire éclater des ballons ou de graver des trous dans du papier.
Deuxième méthode: construire un laser avec une diode trouvée
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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 150 milliwatts (mW) ou mieux.
- Un graveur de DVD a une diode rouge d'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 pouvoir graver des disques, mais pas nécessairement avec succès. (En d’autres termes, sa diode doit être fonctionnelle.)
- Ne remplacez pas le lecteur de DVD par un lecteur de DVD, un graveur de CD ou un lecteur de CD. Un lecteur de DVD a une diode rouge, mais pas aussi puissant qu'un graveur de DVD. La diode du graveur de CD est suffisamment puissante, mais émet de la lumière dans l'infrarouge, ce qui vous incite à rechercher un faisceau invisible.
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2 Retirez la diode de celui-ci. 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 le disque séparé, 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 comporte trois broches métalliques et peut être enfermé dans une enveloppe métallique, avec ou sans fenêtre transparente protectrice, ou exposé.
- Vous devrez extraire la diode de l'ensemble laser. Vous pouvez trouver plus facile de retirer le dissipateur thermique de l’ensemble avant d’essayer d’extraire la diode. Si vous avez un bracelet antistatique, utilisez-le tout en retirant la diode.
- Manipulez la diode avec précaution, surtout s'il s'agit d'une diode exposée. Vous voudrez peut-être avoir un contenant antistatique pour insérer la diode jusqu'à ce que vous puissiez assembler votre laser.
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3 Obtenir une lentille de focalisation. Vous devrez 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 un focuser. Vous devrez déplacer le verre pour trouver le bon endroit pour produire un faisceau laser, et vous devrez le faire chaque fois que vous utiliserez votre laser.
- Procurez-vous une diode laser de faible puissance, telle que 5 mW, pour l'assemblage du tube de l'objectif et remplacez la diode de l'assemblage par votre diode graveur de DVD.
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4 Obtenir ou assembler un circuit de conduite.
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5 Connectez la diode au circuit du pilote. Vous connectez la broche positive au fil positif du circuit du pilote 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 bleu.
- Tenez la diode avec les broches pointées vers vous, faites-les pivoter pour 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 à gauche, qui forme le sommet du triangle, est la broche négative.
- Sur la diode bleue Blu-Ray, la broche inférieure est la broche négative.
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6 Connectez la source d'alimentation au circuit du pilote.
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7 Ajustez l'objectif pour focaliser le faisceau laser.
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