home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ 100 Great Kid's Games 2 / 100gamesII.iso / PROGRAMS / SCI_PROJ / LASER.TX_ / LASER.TX
Text File  |  1998-06-28  |  10KB  |  148 lines
  1.  
  2.  
  3.                                                                              CARBON DIOXIDE   L A S E R
  4.  
  5. LASER, acronym for Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. The  LASER  is a device  that  amplifies light
  6. and produces a coherent light beam  which range  from infrared to  ultraviolet.  The  LASER utilizes the natural oscillations 
  7. of molecules or atoms between energy levels for generating coherent electromagnetic radiation.  A  light beam is coherent
  8. when its waves, or photons, propagate in step with one another.
  9.  
  10. The following project discribes how to build a continuous beam Carbon  Dioxide  LASER.  Its output power is in excess of
  11. 20 watts at 10.6 microns. This particular unit with proper colliminating optics can project an invisible beam of heat capable
  12. of starting fires over considerable distances. It is extremely damaging to human tissue especially the eyes. 
  13.  
  14. (THIS DEVICE IS NOT A TOY  to be placed in the hands of an irresponsible or incompetent person.  It  can  be a  VERY
  15. DANGEROUS device both to the operator and to the surroundings.)
  16.  
  17.                                                        CARBON DIOXIDE LASER PROJECT
  18.  
  19.  
  20.      
  21.      Part 1: Material list and instructions
  22.      Part 2: Optical alignment and operation
  23.  
  24. PART: 1 (Fig. 1, 2, & 3)
  25.  
  26. PLASMA TUBE - Pyrex Borosilicate, length 28", outer diameter 35mm/1.378", wall thickness 2mm/.079" , and inner
  27. diameter 31mm/1.220"
  28.  
  29. COOLING JACKET - 20" x 3" x .0625" Aluminum tubing. Drill holes as shown in Fig. 1  to install  1/4" tubing for inlet
  30. and outlet of water. To install Plasma Tube in Cooling Jacket, build-up tube with layers of 1/2" glass tape. Seal tape 
  31. with RTV Silicon Sealant. The water inlet is on top and the outlet at the bottom. 1/4" Copper Tubing -  2"  long  and
  32. used for the Cooling Jacket and the Cell Tubing.
  33.  
  34. MOUNTING BASE - 40" x 12" x 3/4" Plywood.
  35.  
  36. INSULATOR SUPPORTS - 7" x 6" x 1/4" lucite or equivalent. Cut half circle in Support, where Plasma Tube will rest.
  37. Adjustable & Stationary Cell Plates - Fabricate as shown in Fig. 3,  7"  x  7"  x  1/4"  steel plates.  Center hole is equal 
  38. distance for outer diameter. Attach High Voltage wiring for Power Supply to Stationary Cell plate with Scews.
  39.  
  40. CELL TUBING LONG - 4" x 1" ID x 1/16" Copper Tubing. Drill holes as shown in Fig. 1  for 1/4"  copper tubing. This
  41. is for the Gas Inlet and Outlet.  Solder  tubing in place.  Insert Tubing 2"  in  Plasma Tube,  sealing  with  RTV  Silicon
  42. Sealant. If necessary shim between Plasma Tube with Glass Tape.
  43.  
  44. CELL TUBING SHORT - 1" x 1" ID x 1/6" Copper Tubing. Insert into Cell Plates and Solder in place. Tubing must be
  45. flush with cell plate. ' 2 required  '
  46.  
  47. NEOPRENE TUBING - or equivalent, 1" ID x 1 3/4" L x 3/32". This tubing is attached to Cell Tubing with hose clamps 
  48. and RTV Silicon Sealant. Leave 3/4" to 1" gap between Cell Tubings.
  49.  
  50. ADJUSTABLE CELL PLATE SCREWS - 3" long. Thread the Cell Plates or Solder nuts to Cell Plates to allow adjustment
  51. of Screws.
  52.  
  53. MIRROR MOUNTS - 2 1/2" x 2 1/2" x 3/16" Metal square with circular groove cut in a 1"  radius for  a standard 2" 'O' 
  54. ring. Drill 4 holes to mount with with 10 - 32 Screws. It will be Mounted as shown in Fig. 2 & 3. ' 2 required'
  55.  
  56. RESONATOR - is a parabolic mirror ground from an optically flat circular 41 mm. in diameter and 8  mm.  thick glass disc.
  57. To build the Resonator you will need two glass disc,  one for a tool  used  for grinding  a abrasive against the  other until 
  58. the desired curvature for the required  focal  length is obtained  twice the distance  between it and the flat  output mirror. 
  59. The disc is ground with finer and finer  abrasive,  then polished.  After  the  glass disc is polished it is coated with copper
  60. by  the " Sputtering  Technique ".  The  amount of copper deposit should equal  twice  the  amount  to  make  the glass
  61. opaque and letting the process continue a long again.  " This is critical due  to  any  absorbtion of  infra-red can fracture
  62. the mirror. The mirror is fastened to the mirror mount by RTV.
  63.  
  64. OUTPUT EXIT MIRROR - is a flat circular glass disc  41mm  diameter and  8 mm thick with an exit hole drill in it.  To drill
  65. the hole in the glass disc  follow these instructions. ..........(1) Coat glass disc with a film of pitch, tar, or some other similar
  66. substance. (2)  With modeling putty make a dam around the outer edge of the glass.  (3)  Put a  5/64  brass rod in a drill
  67. press and clamp the glass in the center position of the drill press.  (4)  Fill  the dam enclosure with a mixture of water and
  68. 220  grade  Alundum grit  ( mix to a slurry).  (5)  Carefully raise and lower the drill brass rod in one second intervals until a
  69. hole is formed by the abrasive action of the slurry.  (6)  Completely  clean  the glass.  ( 7)  Coat one side of the glass disc
  70. with a copper film using the Sputtering Technque.
  71. Information on the Sputtering Technque can be found at you local Library.
  72. The Sputtering Technque is the process of coating one side of the lens with a Copper film.
  73. Refer: to October 1967 issue of "Scientific American".
  74.  
  75. EXIT WINDOW - is a window is made of either rock salt  or  Barium Fluoride,  just larger enough to cover the hole in the
  76. Exit Mirror and sealed with RTV. Rock Salt is a much better Exit Window because it absorbs very little  infra-red at  10.6
  77. microns, but it is very hydroscopic and must be stored in dessicant. Barium Fluoride is less hydroscopic but could fracture
  78. at 10.6 microns. Rock Salt must be ground and polished before installing on  Exit Mirror.
  79.  
  80.  
  81. (Fig. 4 )
  82.  
  83. VARIAC - 1.4 kva 0-120 volts AC at 12 Amps.
  84.  
  85. HIGH VOLTAGE TRANSFORMER - 10 kv Neon Sign Transformer or equivalent.
  86.  
  87. HIGH VOLTAGE RECTIFIERS - 10 kv piv, 100 ma DC, 2 in series per leg of bridge. These are the same kind of rectifiers
  88. used on the High voltage Transformer of TV's. Use Automotive ingition wire to attach to Cell Plates.
  89.  
  90. VACUUM PUMP - a small Refrigeration compressor makes a good vacuum pump.
  91.  
  92. VACUUM FILTER JAR - Standard 1 gallon jar enclosed in a wooden or cardboard box in case of implosion. Fill jug with 
  93. Fiber Glass. Make 2 holes in the lid of the Jar and install in on a 1/4 tubing to the bottom of the Jar. In the other install a
  94.  1/4" tube at the top of the lid. This is to prevent oil from back flowing to the Plasma Tube
  95.  
  96. CARBON DIOXIDE GAS - can be aquired from either Dry Ice in a container sealed with a rubber stopper with two holes
  97. and the appropriate connections. Carbon Dioxide can also be produced in a  Carbon Dioxide Generator,  using  baking 
  98. power, water and a drier to dry gas.
  99.  
  100. NITROGEN GAS - can be aquired by using a flask or other container with two holes in a  rubber  stopper,  one hole for 
  101. draw in air though water and the other with a cotton filled filter tube to dry gas.
  102.  
  103. HELIUM GAS - can be purchased from Edmund Scientific in small containers or at some Wal Marts as party Helium.
  104.  
  105. MANOMETER - Use a standard 8 mm glass tubing to form an 18"  'U'  tube.  Close one  end off on the tube.  The scale
  106. divisions are  proportional to the  density  of  mercury  (13.55)  divided  by  the  density  of  the  vacuum  oil  used  in  the 
  107. manometer. Use your own ingenuity for loading the 'U' tube with oil. The oil should be kept in a vacuum for several hours
  108. to degas. 
  109.  
  110. The Glass tubing for Plasma Tube can be purchused at VWR Scientific Products under G for Glass. If you are unable to
  111. fine the glass disc you may be able to substatute. Use your own ingenuity on the use of other items.
  112.  
  113.  
  114. Part 2:
  115.  
  116. OPTICAL ALIGNMENT - is to adjust  the mirrors so they are parallel to each other and perpendicular to the axis of the
  117. Plasma Tube. Take two cardboard discs with a 1/8"  hole in the center,  and install them in place of the mirror plates.
  118. Take a third cardboard disc and place it about  5  fee t from the  Plasma tube. Take a high intensity light source such 
  119. as a projector with a pin hole of light being projected using a telescope or other such device.  Place the high intensity
  120. light source about 10 to 15 feet from the laser and ajust so the  light  beam just  grazes  the edges  of the holes in the
  121. cardboard discs.  Remove the cardboard discs for the  Plasma  tube  and leave  the  one between the laser and light 
  122. source.  Mount the resonator mirror and  adjust screw until the reflection  is on the  center of  the third  cardboard disc.
  123. The Resonator mirror is now aligned. Mount the exit mirror and adjust in a similar manner.  Leaving the light source on,
  124. apply vacuum and check the alignment. If alignment change, place a plain glass plate in place of the exit mirror. Apply
  125. vacuum and realign resonator mirror, then exit mirror.
  126.  
  127. FIRING-UP LASER -  Once the Optics are aligned we can begin firing up the laser. The first thing to do is to check for
  128. leaks. Admit 15 torrs of Helium into tube and ajust the variac to 100 MA.  The color  of  Plasma  in the tube should turn
  129. from purple to pinkish orange glow. Any trace of  purple indicates a leak in the Plasma Tube. If there is an indication of
  130. purple, pump down unit to 1 torr and note a whitish gray discharge. If there  is still a purplish glow, power down  system 
  131. a check entire system for leaks. Once everything checks-out pump plasma tube down to limit of vacuum pump. Adjust
  132. Carbon Dioxide (CO2) for .5 torr, adjust Nitrogen (N2) to 1 torr, and adjust Helium (He) to  4 torr.  Slowly adjust variac to 
  133. 50 MA.  If eveything is functioning properly an invisible beam  should be coming out of  the exit end.  Place  a  block of
  134. wood in front of the exit end and adjust mirror position screws for charring effect. Optimum output can be fine tuned not
  135. only by optic mirror alignment, but by adustments in gas mixtures and current settings.
  136.  
  137.                               USE EXTREME CARE WHEN USING TO PROTECT YOUR EYES AND SKIN.
  138.  
  139.  
  140.  
  141.  
  142.  
  143.  
  144.  
  145.  
  146.  
  147.  
  148.