真實版光劍：氮氣紫外鐳射手工電子DIY教程

DIYer: Kyerohtaron 製作時間: 很難估算 製作難度: ★★★☆☆ GEEK指數: ★★★★☆

編譯來源

鐳射器既有趣又有用，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？

首先是安全宣告，這個製作有一定的危險性。

按照一般的安全常識和這裡的建議操作的話，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

山姆的鐳射製作常見問題

教授的自制鐳射器網站

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鐳射？

簡而言之的話，TEA是橫向激勵氣體鐳射器（Transversely Exited Atmosphere Laser）的縮寫。真正的TEA氮鐳射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鐳射器的原理是利用高壓放電激發電極通道中的氮分子產生鐳射，可以在這裡找到詳細資訊：

教授的自制鐳射器網站

 

安全提示

原理很簡單。但是要注意的是，它出射鐳射的峰值功率比鐳射筆大很多，並且是337nm的不可見紫外線。這意味著應該做好防護，任何時候不要讓鐳射束離眼睛太近。

我覺得來一個能夠阻擋紫外線的焊接護目鏡會更好。

這個專案中有高電壓，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著起搏器，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裝置。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（比如說尖嘴鉗就很方便）

 

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。鐳射毀眼睛，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。可以用來安全開關鐳射器，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。用來組建鐳射器。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，貼上時也容易撕裂。

○ 塑料布。用來做電容器的介質。薄且絕緣的都能用，比如膠片，資料夾之類。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，以及尖銳稜角。

○ 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。這是鐳射照射的目標。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

你想做多大的鐳射器？

小的鐳射器不比CD大，大的可以佔據整間屋子。整個鐳射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，因為這會讓電氣連線變差。

 

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，這裡提供了一個附帶的火花間隙。另一邊留下一角鋁箔用來連線電源。或者可以蓋住三邊，然後將電源連線處兼作火花隙。

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．在頂部貼上上電感或電阻，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線到鐳射器，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線，避免之後出問題。

 

合上開關

如果你運氣夠好，現在鐳射器就能工作了，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除錯時幫到你。

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鐳射，可以試著改變火花間隙的距離。

如果感到沮喪了，休息一下！事實上我的這個專案在一串失敗之後差不多中斷了一年。。。