Parte 5 láser de nitrógeno a baja presión

10 de Enero del 2009

Este es mi primer prototipo de láser a baja presión.

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Detalles de construcción:

- Electrodos de aluminio de 22cm de largo, separados a 1cm.

- Condensador grande de 6nF 40KV, condenador pequeño de 3nF 30KV.

- Voltaje de funcionamiento 23KVDC.

- Un espejo de aluminio en un lado.

- Presión de trabajo de 20 a 60 tor. (muy aproximádamente, falta comprobar con medidor digital)

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La primera foto tenía un prototipo de espejo de 8 capas, pero parece que atenuaba mucho la salida, lo tuve que eliminar y luego tomé las fotos con los tintes.

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Los dos electrodos de aluminio están entre dos trozos de plástico policarbonato o algún tipo similar, están sellados con pasta epoxy de dos componentes, las tomas para vacio son con racors pneumáticos con tubo de 4mm.

080910Fotos con tinte Rhodamina 6G , y coumarín, usando aire normal.

121113Estas fotos son usando Nitrógeno, la primera foto es la salida que mide unos 11 milímetros de ancho X 2 de alto sobre un papel blanco. Segunda foto el tinte coumarín, tercera foto la Rhodamina 6G

 

14Otra foto con la Rhodamina 6G.

Este láser parece que da más poténcia que un láser a presión atmosférica, calculo a ojo que dará de 30 a 50% más potencia. Abajo pongo más fotos con el láser V4,8 a presión atmosférica para comparar la poténcia.

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Video en Youtube:

http://www.youtube.com/watch?v=hmOoD3WVEJE

Conclusiones:

Desventajas:

- Hacer funcionar este tipo de láser lleva el problema de usar una bomba de vacio, trabajar sobre 20 a 60 tor.
- La salida láser es mucho más alargada y si se quiere focalizar sobre un punto es más dificil pero solo para según que aplicaciones.

Ventajas:

- Parece que a similares condiciones de trabajo que a presión atmosférica se nota una mejora de la poténcia de un 30 a 50%.
- El pulso puede ser más largo de 0,8nS, por lo tanto el canal del láser puede ser más largo y por lo tanto más potencia.
- Al ser el pulso más largo los condensadores no hacen falta que sean cerámicos de baja inductancia, se podría hacer con condensadores enrollados o de plástico de gran superfície y más capacidad, total más poténcia.
- Para excitar los tintes parece que la salida alargada va mejor para focalizar sobre las cubetas.
- Facilidad para alinear los electrodos.
- No hay necesidad de preionización.

Próximas mejoras:

- Hacer un cabezal con electrodos de mucha más distáncia.
- Montar el láser con condensadores de plástico de más capacidad.
- Buscar una bomba pequeñita que haga suficiente vacio.
- Montar todo el conjunto en una caja o maletín para transportar.

14 de Enero del 2009

Ya he empezado con el cabezal más grande e iré documentando mejor todas las partes de como construirla. No es difícil de fabricar viendo el video anterior, pero por si acaso aquí lo documentaré mejor.

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Como veis el pasamano es de aluminio fino, sin pintura ni óxidos, tienen un acabado perfecto para el láser.
Las dos caras que sujetarán los electrodos son de plástico tipo metraquilato o policarbonato transparente, de 40 milímetros de ancho x 10 milímetros de gordo y 900 milímetros de largo aproximadamente.
En el plástico se ha rebajado la parte central unos 2 o 3 milímetros para que la chispa entre electrodos no salte por la superficie y pueda estropear el plástico, se ha dejado 10 milímetros por lado para enganchar luego con epoxy de dos componentes.

15 de Enero 2009

Revisando y conversando con Jon Singer de Joss Research Institute, me aconsejó sobre la preionización y los diferentes tipos, desde usar una capa de óxido de silicio que en sus lásers funciona muy bien, hasta el cable entre los dos electrodos conectado con un condensador pequeño, otro tipo era el de usar dos cables delgados con DC de unos 7KV entre las dos tapas del láser.

Revisando mis lásers viejos, encontré este video , en el video no usé el cablecito de la preionización,, tendré que intentar otra vez para salir de dudas.

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El viejo láser, y empezando el ensamblaje del láser grande de 78 centímetros, electrodos de 3x40 milímetros de aluminio. Separado 10 milímetros entre canal.

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Primera foto, el láser antigüo con el cablecito de la preionización, segunda una vista superior. Tercera el láser grande ya con su cable de preionización y listo para taparlo.

laser51-05laser51-06Esperando a secarse.

Mientras rescatando el viejo láser he hecho las pruebas del rango de presiones y del cablecito para preionizar. Cabe aclarar que este láser es de 15 centímetros de largo, por lo que la potencia es menor que el primer prototipo de arriba de la página, sin espejos, por lo que con aire solo no llegaba a emitir láser, tuve que usar como en el otro nitrógeno e hice las pruebas siguentes:

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Condensador para preionizar es de 500pF en el Peaker de 3nF, 1ª foto sin preionizar al Anodo, 2ª preionizando. 3ª condensador al Catodo y preionizando, 4ª foto sin preionizar al catodo. Nótese que el canal es más violeta con el cable de preionizar y sin él no lo es tanto y aparecen chispas más brillantes entre electrodos

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1ª preionizando al Catodo, 2ª sin preionizar, 3ª el láser montado para estos experimentos.

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1ª otra vista del láser, 2ª el cabezal del primer prototipo v5.0, 3ª otra vista.

El video del láser viejo mirando el rango de presiones, la camara se desenfoca mucho por los pulsos http://www.youtube.com/watch?v=OQwiUAy2oEw

El video del láser viejo mirando el cable de preionizar, http://www.youtube.com/watch?v=OAjct41FStw

Al día siguiente ...

El láser quedó curvado, muy poco pero de punta a punta podría afectar a la salida, tuve que poner un cuadrado de aluminio para contrarestar la curvatura, pegarlo con epoxy y esperar hasta el lunes que pueda seguir trabajando.

laser 07Secando encima de una caldera de vapor, a 60 grados en unas pocas horas está listo.

19 de Enero del 2009

Más fotos del láser, y el detalle del condensador "peak", será de plástico para no malgastar los cerámicos, por la forma que tiene el láser irá colocado encima como si fuera un gorro.

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El plástico Hostaphan RN de 200um , 790x250 milímetros, 5 tiras de papel de aluminio adhesivo con una capacidad total de 5,5nF, sobra superfície para llegar hasta 10nF o 12nF. Por el momento como solo tengo 12nF de condensadores cerámicos, así será el láser.

1112Y las ventanas en ángulo Brewster secándose hasta mañana.

20 de Enero del 2009

Más...

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No hace falta explicar mucho, como dice el refrán ..."una imagen vale más de mil palabras"

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Primera foto el Spark gap al aire para ir probando, tengo que pensar en un diseño mejor para éste.

Y finalmente la primera luz, trabajando a 20KV con Nitrógeno, sin espejos.

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En la primera foto casi no se aprecia la luz UV de dentro del canal, parece que falta mucho condensador "peak" para alimentar al bicho de 79 centímetros de largo.

Mañana probaré con espejo y haré algunas pruebas con la preionización, con el láser de colorante y lo que pueda.

23 de Enero del 2009

Hice las pruebas con el espejo y los resultados no fueron muy buenos.

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Jon Singer me comentó que las ventanas en ángulo de Brewster no eran las idóneas para este tipo de láser, y probando de enfocar ya vi que perdía mucha potencia óptica por este tipo de ventanas.

Hice algunas mediciones de vacio y el rango máximo era sobre unos 40 milibars a 180 milibars muy aproximadamente.
El condensador preionizador no se notaba mucho la diferencia de conectarlo o no. Tengo que probar con diferentes presiones y ver si se nota o no mejoría.
Creo que con mucho vacio ya existe suficiente preionización.

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He utilizado un grifo de PVC en el cual las tapas eran más o menos lo que necesitaba para las ventanas ajustables. Otro PVC que podría haber ido bien, es una reducción y torneando hasta dejar una especie de grapa para sujetar con tornillos y una torica gorda para que pueda variar algo la alineación.
A la hora de pegar el cuerpo al láser me he ayudado de un láser de diodo y silicona caliente, y cuando se ha enfriado la cola, ha quedado con suficiente agarre para aplicar el epoxy.

Mañana quitaré la silicona caliente y terminaré de rejuntar con epoxy lo no he podido, y para el lunes que viene podré hacer de nuevo las pruebas y espero que con mejores resultados.

15 de Febrero del 2009

Hace días que no actualizaba los resultados de las mejoras. Los exámenes, trabajo y familia no dejan mucho tiempo libre.

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Como veis en las fotos, no hubo mucha mejora respecto al sistema anterior, ocurrían chispas por el electrodo del spark gap, en el resto del canal aparecía violeta de la ionización del N2, pero las chispas son señal de que no trabaja bien. Como veis en la tercera foto, me puse a cambiar el sistema, para que la potencia no se concentrara en solo una zona de los electrodos.

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Conecté una plancha de aluminio a todo el electrodo del láser, los resultados fueron los esperados, las chispas desaparecieron y solo aparecía el color violeta de la ionización del N2. La segunda foto excitando el tinte coumarín con lupa. Tercera foto sin chispas. Cuarta foto tinte Rhodamina6G.

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Primera foto, dos pulsos desenfocados. Segunda y tercera desde otros ángulos. Cuarta foto a 3 metros enfocando en un papel.

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Estas fotos son capturas del video que hice, tengo que hacer el montaje de todo y colgarlo en youtube. próximamente. La presión óptima del láser es de 100mBars, o 76 torr.

4445Como se puede observar, a plena luz el haz láser es muy potente, sobre un papel y con el tinte coumarín.

Conclusiones sobre este láser de 80 centímetros con un espejo 90% reflectante.

- El láser es el más potente que he fabricado hasta el momento.
- El diseño se podría mejorar repartiendo por igual los condensadores cerámicos para que repartieran por igual la potencia.
- Pero, el problema es lo aparatoso del láser, casi 1 metro con los espejos, y todo ello hace difícil el transporte y almacenamiento.
- La ventaja del láser tan grande es la duración del pulso, teóricamente debe ser de 8 ns, por lo que es idoneo para excitar tintes con mucha eficiencia, siempre y cuando los espejos puedan aprovechar los rebotes y el tiempo del láser.

Creo que voy a diseñar uno intermedio. Cabezal de 40 centímetros, electrodos de 30 centímetros aproximadamente, así lo podré alojar en una maleta que compré pensando en el transporte y facilidad de manejo. Alojaré también la bomba de vacio a 12 voltios, junto con su flyback. El tiempo de duración del pulso estimado será de 3 a 4 ns. No será tan potente como el grande pero sí mucho más manejable.

Continúa en parte 5,4 ...

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Dudas y comentarios a alfonatr@hotmail.com

Varios:

Bibliografía:

Jon Singer de Joss Research Institute , varios tipos de lásers nitrógeno, muy bueno para informarse sobre el tema.

Link interesante sobre láser, angulo de brewster, etc..

Enlaces de Jarrod Kinsey a otro láser similar usando solo aire.

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