Chế Tạo Thiết Bị Laser Rẻ Tiền
Dùng Nitơ cuả Không Khí
Vietsciences-Võ Quang Nhân 27/09/2005

Những bài cùng tác giả

Hôm nay, 16/05/2008, kỷ niệm ngày nhà vật lý Mỹ Theodore Maiman dùng
tinh thể hồng ngọc, chế được tia Laser đầu tiên cách đây 48 năm.
Maiman vừa mất năm ngoái, ngày 5/5/2007. Vietsciences xin giới thiệu lại
bài này

(phỏng dịch từ Build a 10$ air laser! --Price doesn't include high voltage
PSU)
Ảnh1: Thiết bị laser tự chế.
Lời người dịch:
Đối với SV/HS chúng ta tự làm lấy một thiết bị laser có vẻ như chuyện
"nằm mơ thấy chị Hằng". Nhưng thực ra trong điều kiện hiện nay tự chế 1
thiêt bị laser rẻ tiền không phải là điều quá khó. BBT đã cố hết sức tìm ra
những bài viết khả dĩ thích hợp. Dĩ nhiên vìệc tiến hành sẽ đòi hỏi các bạn
phải đọc và phân thích theo các hình thiết kế và bản vẽ thật kĩ. Hãy cố
gắng đọc hết tài liệu khá dài dòng này trước khi bắt tay vào việc. Trong
ngôn ngữ dịch sẽ khó tránh đươc một số thiếu sót (do tác giả baì viết có
câu văn tối nghĩa hay do sự hạn hẹp về hiểu biết cuả ngưòi dịch) Tuy
nhiên bài này khá đủ chi tiết hy vọng sẽ có ích cho các bạn naò muốn đưa
laser vào tầm tay. Trường hợp không hiểu rõ hay xem thêm nguyên bản
đính kèm sau bài dịch. BBT cũng chân thành cảm ơn các bạn nào có nhã ý
đóng góp thêm về đề tái này cũng như về các sai sót không tránh khỏi khi
lược dịch. Mọi liên lạc về nội dung bài viết này xin vui lòng gửi về:
[email protected]
Một điều khá quan trọng cần lưu ý: khi đụng đến dòng cao thế (~10KV)
là phải đề cao yếu tố an toàn. Hãy thật sự vô cùng cẩn thận ngay cả khi

Khi có sự nẹt xả điện cuả 1 dòng cao thế qua hơi Nitơ ở áp suất thấp, nó có
thể phát xạ sóng ở 337.1 nm (cực tím). Hiện tượng laser bắt đầu khi một
phân tử Nitơ nhận năng lượng do sự đụng chạm với một điện tử chuyển
động trong lúc xả điện. Phân tử này sẽ ở vào trạng thái không bền và lập
tức rơi vào trạng thái năng lương thấp hơn (để được ở trạng thái bền hơn --
người dịch) bằng cách phát ra lượng tử (photon -- hay còn dịch là hạt ánh
sáng -- người dịch) bức xạ ở 337.1 nm. Luợng tử phát xạ này có thể tham
gia kíck thích phân tử Nitơ khác và một cách đơn giản châm ngòi cho phân
tử này phát xạ cùng một lượng tử hoàn toàn giống với lượng tử ban đầu. Cả
hai hạt bức xạ này có cùng hướng và bước sóng. Đây là hiện tượng laser.
Hiện tượng sẽ tiếp tục trong khi xung này lớn lên và kích thích các phân tử
Nitơ hấp thụ chúng dọc theo dường đi cuả chúng. Trong trường hợp cuả
Nitơ, các phân tử dao động thường nằm ở trạng thái mức thấp lâu hơn là ở
mức cao trước khi chuyển về trạng thái nghỉ ở mức thấp. Số lượng phân tử
ở mức laser thấp sẽ sinh ra nhanh chóng, và vượt qua số lượng ở mức cao
và làm tắt khả năng khuếch đại. Đúng ra, hơi (Nitơ) nhanh chóng trở nên
hấp thụ mạnh bước sóng phát ra ở 337.1nm. Laser tắt mặc dù vẫn còn các
phân tử bị kích thích. Thời gian bị tắt thuờng nhỏ hơn 10ns.
Điều đó có nghiã là năng lượng tối đa phải đạt đến trong nano giây đâu
tiên. Cấu trúc cuả thiết bị laser phải rất nhanh, tránh các điện trở kí sinh và
quan trọng là điện dẫn ký sinh. Sử dụng không khí ở áp suất thông thường
thì càng khó khăn hơn: nguyên tử Ôxy có xu hướng ngăn chận sự phát xạ
laser. Áp suất khí quyển có nghiã là tổng trở nhỏ và độ rộng cuả kênh laser
thấp. Tức là cấu trúc laser cần phải nhanh hơn nưã.
Hầu hết laser Nitơ (kể cả thiết bị này) dùng cấu trúc Blumlein:
2 tụ điện cao thế (hầu như hoàn toàn giống nhau), một cực nối (dây) đất
và cực kia nối vào một diện cực. Cả hai được gắn qua 1 cái bản thân (self)
và được nạp cao thế. Một khoảng cách lửa điện được cài đặt trên một diên
cực: khi điện thế đủ cao, sực đánh điện xãy ra: một dòng dẫn plasma xã
diện rất nhanh trong một tụ điện. Một tụ diện thì lại ở điện thế đất, trong

không thể bỏ qua được! Điện dẫn kí sinh là một vấn đề!
Cấu trúc Nitơ toàn diện phải rất phẳng và phải giữ chỗ nối cuả khoảng đánh
lửa với đất và điện trở, chỗ nối cuả điện cực và các bản thân mang tụ kí
sinh nhỏ nhất: Các vòng phải ít nhất.
Người ta nói rằng có một "sóng dịch" trong tụ điện trong thời gian xả điện.
Trong các thiết bị laser không chuyên nghiệp, tôi (tác giả) không tin như
vậy. Dẫu sao, khó mà có sự đo đạc chính xác và an toàn trong môi trường
cao thế và hiện trạng rất ngắn . Bạn phải có 1oscillosope và đầu thử điện
cao thế rất nhanh (HT probe) hoặc dùng kĩ xảo về ILS điện thế thấp hoặc
nối cái bản thân với bản thân Blumlein một cách an toàn.
Cấu trúc:
Chúng ta chọn kiểu đơn giản để thực hiện, với điện dẫn kí sinh rất thấp, dễ
thay dổi và điều chỉnh. Rất dễ để thay đổi tấm plastic, miếng bề mặt tụ
điện, điện cực. Ta dùng phiến nhôm đế khổ A4 (210 x 297) trên đó xếp đặt
1 tờ plastic khổ A4 (film), và 2 mảnh má tụ điện. Ta cũng gắn 2 thanh
nhôm chữ U với các bù lon bằng nhựa (nylon) để đè chặt các tụ điện và các
điện cực là các thanh nhôm hình L. Hai điện cực được gắn bởi hai lò xo kéo
căng mà hoạt động cuả chúng như 1 cái bản thân đỡ. 2 bù lon nhưạ chỉnh
khoảng cách.
Để chỉnh khoảng cách giưã hai diện cực, chỉ cần mở các bù lon tương ứng
trên hai thanh chữ U, rồi điều chỉnh khoảng cách với 2 bù lon nằm ngang.
Một khi khoảng cách vưà vặn, xiết các con bù lon tương ứng trên hai thanh
chữ U
Một lỗ trong mỗi thanh chữ U là để cho laser thoát ra trên 1 phiá và để gắn
một bộ 3 bù lon + lò xo điều chỉnh miếng gương trên phiá còn lại.
Ngay cả nếu thiết bị này dường như rất đơn giản, các kích thước đã được tối
ưu hoá: Tôi khuyến cáo hãy dựng đúng theo thiết kế trước khi thử thay đổi
các tham số cuả nó.

Danh sách vật liệu:

-Xếp các thanh nhôm chữ L 210 x 20 lên các miếng nhôm (vừa gắn) cách
nhau 1mm một cách đối xứng ( |__ __| )
- Vặn 8 bù lon nylon M5 x 20 vào mỗi thanh chữ U và xiết nó để ép các
miếng nhôm và các thanh điện cực chữ L.
-Gọt (duã) bớt cạnh cuả thanh L (xem kĩ hình- người dịch) khoảng 10 để
tăng khoảng cách giữa các thanh chữ L và chữ U (ít nhất 10mm)
-Trong 1 thanh U, khoan 1 lỗ 2,3 và vặn vào bù lon M3, lồng vào một bù
lon M2 x20 với lò xo đẩy: đây là khoảng đánh điện. chỉnh nó ở 5 mm (xem
kỹ bản vẽ kỹ thuật - người dịch)
-Trong 1 thanh U (theo phân tích hình chụp thì nó là cùng 1 thanh như trên
-- người dịch), khoan hai lỗ d = 6,0 bắt vào trong đó một đầu nối điện màu
đen: đây là chỗ nối dây đất.
-Khoan 4 lỗ d=4.0 và 1 lỗ d=6.0 trên một diện cực (và vặn các bù lon M5
vào hai lỗ) và khoan 3 lỗ d= 6,0 trong điên cực bên kia.
-Mắc 2 lò xo kéo, vặn 2 bù lon M5 x 20 và bắt 1 đầu nối màu đỏ lên các
diện cực ( lưu ý: lò xo kéo hoạt động như là bản thân đỡ diện)
-Hàn 5 điện trở (nối tiếp -- người dịch) 1MOhm 1W R vào giưã đầu nối đỏ
và điện cực (bỏ vào 1 ống nhựa không màu)
-Bạn cũng có thể thêm 3 lỗ M3 vào thanh chữ U xung quanh lỗ thoát (cuả
laser) và gắn lên đó 3 bù lon M3 có lồng các lò xo đẩy và dán 1 miếng
gương lên đâu còn lại (để phản xạ các tia laser và có thể dùng gương soi
mặt loại nhỏ cuả các ban gái -- người dịch). Chỉnh các con bù lon cho trục
ánh sáng cuả gương và kênh plasma (bạn có thể dùng mắt hay dùng 1 loại
bút laser có bán ở thị trường)
Chú ý: cách chỉnh guơng: đục 1 lỗ 1 mm ở giưã 1 miếng giấy trắng. Tháo
dây nối, xả điện cho laser. Nhìn qua lỗ cuả tờ giấy tới miếng gương xuyên
qua lỗ thoát cuả tia laser. Xê dịch mắt với các điện cực và điều các con bù
lon cuả miếng gương cho tới khi cái lỗ cuả miếng giấy nằm ở giưã 2 điện
cực.
Hình2: Sơ đồ mặt cắt cuả thiết bị