真實版光劍:氮氣紫外激光手工電子DIY教程
編譯來源
激光器既有趣又有用,它可以照射遠處,點燃物體,分析化學物質,在表演中打動人心,以及做其他許多很棒的事情!那麼,為什麼不自己從頭做一個呢?
首先是安全聲明,這個製作有一定的危險性。
按照一般的安全常識和這裏的建議操作的話,它應該是安全的。
這是個歷史悠久的製作,我的資料來源如下:
Nyle Steiner的網頁
Joss研究所
山姆的激光製作常見問題
教授的自制激光器網站
維基百科
知識準備在開始之前,有些原理性問題要先搞清楚。
什麼是TEA激光?
簡而言之的話,TEA是橫向激勵氣體激光器(Transversely Exited Atmosphere Laser)的縮寫。真正的TEA氮激光器用純淨的氮氣工作在恆定的壓力下,但是我打算製作的只需要隨處可見的空氣就行,也沒有使用兩端的反射鏡。TEA激光器的原理是利用高壓放電激發電極通道中的氮分子產生激光,可以在這裏找到詳細信息:
教授的自制激光器網站
安全提示原理很簡單。但是要注意的是,它出射激光的峯值功率比激光筆大很多,並且是337nm的不可見紫外線。這意味着應該做好防護,任何時候不要讓激光束離眼睛太近。
我覺得來一個能夠阻擋紫外線的焊接護目鏡會更好。
這個項目中有高電壓,不小心的話容易搞到你自己(這個後果是什麼,大家懂得……)。 調整東西前記得放電。如果心臟不好或者用着起搏器,千萬別玩這個。高壓工作時需要不少護具,比如橡膠手套。
火花放電會產生大量的電磁脈衝,干擾甚至破壞周圍的電子設備。不想弄壞東西的話,手機之類的東西還是挪遠點的好。
多通風。放電會產生一堆臭氧,那東西可不好玩……
你需要的裝備需要的工具:
● 剪刀(用來剪鋁箔,紙張,塑料板和電線)● 記號筆(用來記錄測量結果)● 尺子或者捲尺● 膠帶● 砂紙或砂布(用來打磨電極)● 其他你能想到的工具(比如説尖嘴鉗就很方便)安全護具
安全護具:
● 厚的橡膠/丁腈橡膠手套。不想被電擊的話戴上。● 防紫外護目鏡。激光毀眼睛,你知道的。● 絕緣柄螺絲刀。用來給電容或者火花間隙放電。● 電源插板。可以用來安全開關激光器,上面除了開關還有熔斷器和斷路器,可以幫助防止各種電氣事故。● 滅火器,任何實驗必備。材料
耗材有:
○ 高壓電源。最好是直流高壓(交流的需要一些轉換工作),電壓至少4千伏。我從舊的負離子發生器上拆了個,但是網上其他類似的高壓發生器也都能用。○ 一些牢固的絕緣板。用來組建激光器。乾燥的木料不錯,玻璃或者玻璃纖維板會更好。我用的是張木桌,但應該有更好的選擇。○ 鋁箔。用來做電容極板,燒烤用的那種就好。薄的金屬箔更好用,但是不容易裁剪,粘貼時也容易撕裂。○ 塑料布。用來做電容器的介質。薄且絕緣的都能用,比如膠片,文件夾之類。我用的是聚酯薄膜。○ 粗銅線或電阻。這會成為橫跨頂部兩個電容極板的電流通道。電線繞成電感或者用電阻都可以,但是電感好些,因為電阻長期工作以後會發熱。○ 1/8英寸(約0.3釐米)厚的角鋁或者其他均勻準直的導電體。每個電極導軌需要兩條長度相等的角鋁,我的長10英尺。打磨拋光去掉所有的毛刺或砂眼,以及尖鋭稜角。○ 火花隙。實際上是個高壓開關。我用了幾個硬幣,你可以有更具創造力的想法。○ 一些熒光燈。這是激光照射的目標。雖然紫外光人眼不可見,但是照射到熒光粉之後會發出熒光。那種加了很多熒光增白劑的白紙和白衣服也都可以。○ 石頭。用來做為重物保持良好的接觸。 規劃藍圖你想做多大的激光器?
小的激光器不比CD大,大的可以佔據整間屋子。整個激光器的尺寸由電極尺寸決定,我將電極尺寸定為10英尺然後估計了其他部件的尺寸。但是尺寸要求並不嚴格,只要大小比例大致相同可以隨意放大。
如果你想重複我的實驗,可以參照這個:
電極導軌(角鋁) - 10英寸(25.4釐米) 底部的電容極板 - 12英寸(30.48釐米)x 12英寸(30.48釐米) 頂部的電容極板(兩片) – 10英寸(25.4釐米)x 5英寸(12.7釐米) 絕緣介質 - 17.5英寸(44.45釐米)x 11.5英寸(29.21釐米)
裁剪部件小心測量金屬箔和介質片然後裁剪。裁剪鋁箔時注意邊緣平整,照片上的這個沒有切好。
如果長度不合,測量需要的電極(角鋁)長度然後鋸斷。避免產生彎曲或者凹陷,因為這會讓電氣連接變差。
製作電容將下電極板放到你的基座上,如果你不像我這樣做了個不能移動的基座,在邊緣留下些空間比較好,這樣方便挪動。
將電介質片用膠帶粘到下電極板上。讓介質完全覆蓋下電極板的兩邊以避免打火,然後在側面留下一個暴露的小區域,這裏提供了一個附帶的火花間隙。另一邊留下一角鋁箔用來連接電源。或者可以蓋住三邊,然後將電源連接處兼作火花隙。
放下兩個頂部電容極板並粘好,兩個極板之間留下1~2mm的間距。
直流通路使用電感的話,像圖中那樣用長銅線繞上10~20圈。用鉗子和掃帚柄之類的模板會更加方便。
用電阻的話什麼都不用做。
它們的作用都是在短時間內阻止電流變化,但是可以作為直流通路。
組裝最有趣的部分來了!
1.在頂部粘貼上電感或電阻,小心不要損壞金屬箔。
2.將電極放到頂部的電容極板上,間距1.5mm(稍後需要調整)。照片顯示的是我最終的間距,但各人的設計不同這個也會變化。
3.安放火花間隙,開始的時候留下3mm的間隙,但這個電極間距一樣需要調整。
4.在電極上面放一些重物,使之接觸良好,我放了工業繼電器和一些石頭,夠重的都行吧。
5.確保關掉電源,然後將高壓電源如圖連接到激光器,可能也需要一些重物壓緊接觸處。
6.拿萬用表測試所有的電氣連接,避免之後出問題。
合上開關如果你運氣夠好,現在激光器就能工作了,你會聽到脈衝打火的聲音,並且在目標物上看到可見的光點。
現在需要一些安全裝備,要調整間隙的話絕緣手套是必須的。
如果不工作怎麼辦?希望這些小點子能在調試時幫到你。
將電極導軌平行移開,或者減小導軌長度。我的電極長15英寸的時候有這個問題。
如果你看到導軌間明亮的電火花,把它們挪近一些。
如果聽到一聲巨響之後平息,那麼大約電介質已經擊穿出一個洞了。如果換了電介質後還是一直這樣,縮短火花間隙或者增加介質的厚度。
如果看上去一切正常就是沒有激光,可以試着改變火花間隙的距離。
如果感到沮喪了,休息一下!事實上我的這個項目在一串失敗之後差不多中斷了一年。。。