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真实版光剑:氮气紫外激光

真实版光剑:氮气紫外激光
    DIYer: Kyerohtaron 制作时间: 很难估算 制作难度: ★★★☆☆ GEEK指数: ★★★★☆

    编译来源

    激光器既有趣又有用,它可以照射远处,点燃物体,分析化学物质,在表演中打动人心,以及做其他许多很棒的事情!那么,为什么不自己从头做一个呢?

    首先是安全声明,这个制作有一定的危险性。

    按照一般的安全常识和这里的建议操作的话,它应该是安全的。

    这是个历史悠久的制作,我的资料来源如下:

    Nyle Steiner的网页

    Joss研究所

    山姆的激光制作常见问题

    教授的自制激光器网站

    维基百科

     

    知识准备

    在开始之前,有些原理性问题要先搞清楚。

    什么是TEA激光?

    简而言之的话,TEA是横向激励气体激光器(Transversely Exited Atmosphere Laser)的缩写。真正的TEA氮激光器用纯净的氮气工作在恒定的压力下,但是我打算制作的只需要随处可见的空气就行,也没有使用两端的反射镜。TEA激光器的原理是利用高压放电激发电极通道中的氮分子产生激光,可以在这里找到详细信息:

    教授的自制激光器网站

     

    安全提示

    原理很简单。但是要注意的是,它出射激光的峰值功率比激光笔大很多,并且是337nm的不可见紫外线。这意味着应该做好防护,任何时候不要让激光束离眼睛太近。

    我觉得来一个能够阻挡紫外线的焊接护目镜会更好。

    这个项目中有高电压,不小心的话容易搞到你自己(这个后果是什么,大家懂得……)。 调整东西前记得放电。如果心脏不好或者用着起搏器,千万别玩这个。高压工作时需要不少护具,比如橡胶手套。

    火花放电会产生大量的电磁脉冲,干扰甚至破坏周围的电子设备。不想弄坏东西的话,手机之类的东西还是挪远点的好。

    多通风。放电会产生一堆臭氧,那东西可不好玩……

     

    你需要的装备

    需要的工具:

    ● 剪刀(用来剪铝箔,纸张,塑料板和电线)
    ● 记号笔(用来记录测量结果)
    ● 尺子或者卷尺
    ● 胶带
    ● 砂纸或砂布(用来打磨电极)
    ● 其他你能想到的工具(比如说尖嘴钳就很方便)
     

    安全护具

    安全护具:

    ● 厚的橡胶/丁腈橡胶手套。不想被电击的话戴上。
    ● 防紫外护目镜。激光毁眼睛,你知道的。
    ● 绝缘柄螺丝刀。用来给电容或者火花间隙放电。
    ● 电源插板。可以用来安全开关激光器,上面除了开关还有熔断器和断路器,可以帮助防止各种电气事故。
    ● 灭火器,任何实验必备。
     

    材料

    耗材有:

    ○ 高压电源。最好是直流高压(交流的需要一些转换工作),电压至少4千伏。我从旧的负离子发生器上拆了个,但是网上其他类似的高压发生器也都能用。
    ○ 一些牢固的绝缘板。用来组建激光器。干燥的木料不错,玻璃或者玻璃纤维板会更好。我用的是张木桌,但应该有更好的选择。
    ○ 铝箔。用来做电容极板,烧烤用的那种就好。薄的金属箔更好用,但是不容易裁剪,粘贴时也容易撕裂。
    ○ 塑料布。用来做电容器的介质。薄且绝缘的都能用,比如胶片,文件夹之类。我用的是聚酯薄膜。
    ○ 粗铜线或电阻。这会成为横跨顶部两个电容极板的电流通道。电线绕成电感或者用电阻都可以,但是电感好些,因为电阻长期工作以后会发热。
    ○ 1/8英寸(约0.3厘米)厚的角铝或者其他均匀准直的导电体。每个电极导轨需要两条长度相等的角铝,我的长10英尺。打磨抛光去掉所有的毛刺或砂眼,以及尖锐棱角。
    ○ 火花隙。实际上是个高压开关。我用了几个硬币,你可以有更具创造力的想法。
    ○ 一些荧光灯。这是激光照射的目标。虽然紫外光人眼不可见,但是照射到荧光粉之后会发出荧光。那种加了很多荧光增白剂的白纸和白衣服也都可以。
    ○ 石头。用来做为重物保持良好的接触。
     

    规划蓝图

    你想做多大的激光器?

    小的激光器不比CD大,大的可以占据整间屋子。整个激光器的尺寸由电极尺寸决定,我将电极尺寸定为10英尺然后估计了其他部件的尺寸。但是尺寸要求并不严格,只要大小比例大致相同可以随意放大。

    如果你想重复我的实验,可以参照这个:

    电极导轨(角铝) - 10英寸(25.4厘米) 底部的电容极板 - 12英寸(30.48厘米)x 12英寸(30.48厘米) 顶部的电容极板(两片) – 10英寸(25.4厘米)x 5英寸(12.7厘米) 绝缘介质 - 17.5英寸(44.45厘米)x 11.5英寸(29.21厘米)

     

    裁剪部件

    小心测量金属箔和介质片然后裁剪。裁剪铝箔时注意边缘平整,照片上的这个没有切好。

    如果长度不合,测量需要的电极(角铝)长度然后锯断。避免产生弯曲或者凹陷,因为这会让电气连接变差。

     

    制作电容

    将下电极板放到你的基座上,如果你不像我这样做了个不能移动的基座,在边缘留下些空间比较好,这样方便挪动。

    将电介质片用胶带粘到下电极板上。让介质完全覆盖下电极板的两边以避免打火,然后在侧面留下一个暴露的小区域,这里提供了一个附带的火花间隙。另一边留下一角铝箔用来连接电源。或者可以盖住三边,然后将电源连接处兼作火花隙。

    放下两个顶部电容极板并粘好,两个极板之间留下1~2mm的间距。

     

    直流通路

    使用电感的话,像图中那样用长铜线绕上10~20圈。用钳子和扫帚柄之类的模板会更加方便。

    用电阻的话什么都不用做。

    它们的作用都是在短时间内阻止电流变化,但是可以作为直流通路。

     

    组装

    最有趣的部分来了!

    1.在顶部粘贴上电感或电阻,小心不要损坏金属箔。

    2.将电极放到顶部的电容极板上,间距1.5mm(稍后需要调整)。照片显示的是我最终的间距,但各人的设计不同这个也会变化。

    3.安放火花间隙,开始的时候留下3mm的间隙,但这个电极间距一样需要调整。

    4.在电极上面放一些重物,使之接触良好,我放了工业继电器和一些石头,够重的都行吧。

    5.确保关掉电源,然后将高压电源如图连接到激光器,可能也需要一些重物压紧接触处。

    6.拿万用表测试所有的电气连接,避免之后出问题。

     

    合上开关

    如果你运气够好,现在激光器就能工作了,你会听到脉冲打火的声音,并且在目标物上看到可见的光点。

    现在需要一些安全装备,要调整间隙的话绝缘手套是必须的。

     

    如果不工作怎么办?

    希望这些小点子能在调试时帮到你。

    将电极导轨平行移开,或者减小导轨长度。我的电极长15英寸的时候有这个问题。

    如果你看到导轨间明亮的电火花,把它们挪近一些。

    如果听到一声巨响之后平息,那么大约电介质已经击穿出一个洞了。如果换了电介质后还是一直这样,缩短火花间隙或者增加介质的厚度。

    如果看上去一切正常就是没有激光,可以试着改变火花间隙的距离。

    如果感到沮丧了,休息一下!事实上我的这个项目在一串失败之后差不多中断了一年。。。

     

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《真实版光剑:氮气紫外激光》教程创建于2013-12-25
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