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2006年05月の記事

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2006年5月31日(水) 21:03

疲れた

 共振させるのが難しいのは、共振していない場合どっちにズレているか全く分からない点にある。
 共振していなくても共振側に近づけば僅かに明るくなり、共振側から離れれば僅かに暗くなる・・・ような振る舞いを期待してしまう。だが、それは希望的観測でしかない。
 実際には僅かでも共振から外れれば全き暗黒であり、右に動かしても左に動かしても暗黒が暗黒になるだけ。上に動かしても下に動かしても同じ。どっちに動かせば共振に近づくかまるで分からない。一度共振してくれれば共振が成立する範囲の中心付近という感じで最適調整も出来るが、共振しない限り暗黒の中で彷徨うのみ
(;_;)

 レーザーポインターを使った光軸調整では、反射光の位置を0.5ミリ程度の誤差までしか追い込めない。0.3ミリ以下は勘の領域だ。レーザーのピンホールを大きくすれば反射光も大きくボケるし、小さくすれば回折でやっぱりボケる。そんな中で少しでも品質の高いビームが欲しくなる。だからヘリウムネオンが活躍するんだな。
 共立グリーンを改造したら海外ハイパワー輸入していると、数ミリワットで図体もでかいヘリウムネオンなど興味無くなる。だが、それは厳然として役に立つのだ。桁違いのハイパワーレーザーを自作しようと企むが故に、しょぼパワーのレーザーも欲しくなる。

 今回はOCだけセットするやり方を試す。
 OCは平面ミラーなので反射光も分かり易い。YAG棒を貫いての往復光を捉える要領も昨日で分かった。だが、反射光の縁がくっきりしないために正確な向き合わせに限界がある。やはり一往復0.5ミリ程度の誤差は残らざるを得ない。
 その後リアミラーをセットして通常に調整する。反射光は曲面のせいで広がっているが、それなりに一様な広がり方をしている。昨日より更に一歩前進した「気分」

 でも、共振しない。
 そして共振しない場合は、大きく外れているのか僅かに外れているのかも分からない。偶然に期待して調整ネジを少し動かしてみるが、今回もまた偶然の女神は微笑まなかった。
 疲れた。
 ファイナルファンタジー12でストレス解消することにした。気力が充電されるまで休息かも・・・

 例のサイリスタはヤフオクに出してみた。「サイリスタ」で検索すれば出て来る。コイルガン作りたいけどサイリスタ持ってないという人はどうぞ。

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2006年5月30日(火) 17:40

安定共振器

 ネットでは様々な情報が手に入るが、特定の情報がどうしても入手できないという事態にもしばしば遭遇する。
 共振器、安定条件などで検索しても駄目パターン。ヒットするのは論文の目次や書籍の目次ばかりだ。知りたいのは中身なんだよ目次ぢゃねぇ!と怒鳴りたくなることばかり。
 中には、そのものズバリの試験問題がアップされていて、「頼むから回答も掲載してくれ!」(;_;)
 結局本を買うしかないようだ。知りたいノウハウが一杯書いてあるので、専門書は自作する上でも有用。高いけど。
 だが腹が立つのは、途中経過は複雑ながら結論はシンプルなこと。レーザーの共振器が安定する条件は・・・

 こんな簡単な式なのである!
 複雑怪奇な説明を延々しなくてはならないから誰もネットでは公開していないのだと思っていたら、そうではなかった。なぜ誰も公開してくれていないのか極めて謎だ。
 レーザー砲のコンテンツを整理して表サイトにアップする暁には詳細な説明付けて当然掲載するつもりだ。
 Lは共振器長、RはRound Of Curve すなわちミラーの曲率である。ミラーを球面の一部と考えたとき、球面の中心とミラーの距離。ミラーは2枚あるのでR1とR2がある。
 平面ミラーはRが無限大と考えるので、Lを割るとゼロになる。ここから、一方が平面ミラーの場合の安定条件はLがROC以下であることだと言うのも簡単に分かる。

 DPSSは実装上の問題がいろいろある。熱レンズもその1つ。ROCがある程度大きな緩めのミラーの方が安定条件を満たし易いが、熱レンズ効果がROCを上回ると安定不能となる。
 そこで、ある程度ROCの小さなキツいミラーが欲しいが、今度は共振器内のビーム太さが大きく変化する。YAG結晶内部の出来るだけ大きな体積をビームが貫いてくれないと、励起光の利用効率が悪くなる。
 最大効率は同じ曲率の凹ミラー2枚をYAG棒の両側等距離に置いた場合となる。両平面ミラーにすると熱レンズで即死する。だが、これではミラー際のビーム拡散がでかい。ビームも一番太い。NLOでグリーン変換する効率は、ビームが平行に近くビーム密度が高いほど向上する。
 つまり、最大のYAG出力を得られる共振器は、グリーン変換効率が最低になってしまうのだ。レーザー砲ではYAG出力よりNLO結晶での変換効率を優先させ、片平面ミラーの際にNLOを置く。

 ただ、安定条件自体は結構余裕があり、共振長を15センチ以下にすれば良い。熱レンズ効果によりROCの実質が大きくなっても安定条件は崩れない。
 となると、これまで共振しなかったのは安定条件の問題ではなくミラーの向きが不適切だった可能性が高い。今日は共振長12センチで設定してみたが、これでも旧レーザー砲より何倍も長い上にミラー2枚ともフリーだ。
 まず考えたのはリアミラーだけ設置しての向き調整。YAG棒を少しだけ光らせて正面からビデオで覗く。リアミラーの向きが適切になったら、見える光が急に強くなって分かるんじゃないか?
 ところが、いざやってみると明る過ぎてビデオ画面が飽和し、ミラーを動かしても変化がまるで分からない。ならばと敷居以下ずっと下に電流を落として暗くしたが、暗いだけでやはりミラーの向きに伴う明るさ変化は判別不能。つまり調整不能。

 仕方なくこれまで通りレーザーポインターを設置して調整。ここで新発見。リアミラー後方からリアミラーとYAG棒を貫いてOCでレーザーポインターを反射させ、それを元の位置で受けるのは無理だと思っていた。なぜだがYAG棒を貫けない。
 ところが、今日は戻り光を捉えられた。これまでは調整が甘かったようだ。戻り光はリアミラーからの反射やYAG棒からの反射が混じる。ARコーティング対応波長とかなり違うからだ。OCすぐ内側に紙を差し込んたり抜き去ったりすると、重なった反射光のうちOCからの分だけが変化し判別可能となる。

 だが、2回も凹ミラーを通過して光はかなり歪んでいる。これでは正確な調整は出来ない。リアミラー自体の向きも同様。これまでよりかなり適切に向きを合わせられた手応えがあったものの、今日も共振に持ち込めず。
 写真は画質アップのため複数枚を合成してるのでブレて見える。
 共振していない状態でミラーをいじくって、そのうちうまく共振してくれるほど角度調整は甘くないようだ。共振させるにはもっと精密な調整環境が必要っぽい。ビデオもYAG棒のピタリと真正面に固定できれば役立つかもしれない。

 プロ的には途中にレンズ挟んだりいろいろ効率的なグリーンYAG共振器の作り方があるようだ。しかし、シンプルな2枚鏡だけでも調整に大苦戦するアナチュアには容易に手が出せない。

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2006年5月29日(月) 18:03

ファン静穏化

 LD電源のファンが余りに五月蠅いため、回転を落とすことにした。
 パソコンでは空冷ファンを負荷に応じて可変回転させ、余計な音を出さないのがトレンド。ところがこのLD電源は常にフルパワーでファンが回る。それも、最悪ケース想定してるものだからオーバースペックの極みだ。どの位五月蠅いかと言えば、掃除機を掛けているのと全く変わらない!

 ファンを取り出してみる。
 思ったより消費電力は小さく、24ボルト1アンペアになっている。それにしても直径17センチもあるのにこの騒音。一般に風量が同じなら直径がでかいほど音が小さくなる。17センチのくせにパソコン10台合わせたより大きな音を出すコイツって・・・(^_^;)

 今のままでは夜間使用ほぼ無理で、レーザー動作試験に大きな支障を来す。ラジコンバッテリーの急速充電器としても使い難い。掃除機並の音が1時間も続くのでは・・・
 そこで、安直に抵抗を直列に入れてみた。わざわざ可変回転にするほど手間掛ける気になれない。自分の使用状態ではちょっと大容量のパソコン電源程度の負荷しかない訳で、ファンが17センチあることを考えれば普通のパソコン並の騒音に収めれば大丈夫なはず。

 試しに20Ωのセメント抵抗付けると両端電位差がジャスト9ボルト。つまりファンには15ボルト0.45アンペア流れているということ。抵抗の発熱が4ワットとなる。問題なし。音は格段に小さくなった。

 正式版は25Ωに決定。
 5ワット5Ωを5本直列。これによって曲面に接着し易くなる。発熱はファン本体がアルミ製であり、直接放熱する。
 抵抗でファンをスローダウンするのは無駄っぽいものの、合計した消費電力は最初より減少する。音はそれ以上に減少し、夜間使用も可能だ。

 写真の後はもちろん端子をホットボンドで処理。ホットボンドが溶けるような高温にはならない。

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2006年5月28日(日) 20:41

失敗の連続

 3D銀河の基板チェック中に大失敗してしまった。
 サーミスターの代わりに10KΩの半固定抵抗を取り付け、インターロックが作動する抵抗値を調べようとした。
 しかし、水位センサーが付いていないせいか、ずっと警報ブザーが鳴りっ放し。これでは抵抗値を調べられない。

 右の写真では外されているが、水位センサー代わりにも配線接続していた。しかし水位センサーは抵抗値の変化ではなさそうで、かと言って導通の有無だけでもなさそうで、実体が良く分からない。
 そのうち、不用意に配線が基盤左下のコンデンサーに接触し、煙が!
 死んだコンデンサーを交換してみたが基板は沈黙したまま。外傷は全くないがCPUが壊れたのかもしれない。

 水位センサーは無視して、サーミスターを自前の基板で処理すればいいか・・・
 水温30.3度で7.86KΩという測定も出ている。

 一方こちらは穴を開けたアルミサイコロ。だが、失敗してしまった。穴が中心からズレ過ぎている。
 ドリルで正確な位置に穴を開けるのは極めて難しい。最初が正確でも削り初期にズレてってしまう。サイコロを買い込んで、数撃ちゃ当たる!と考えてしまったが思い直した。YAG・・・じゃなくて冶具を作ろう。
 これまでそうだったように、自作パーツを製作するにはまず冶具から、は通常のパターンである。つまり、パーツ自作は見た目よりずっと手間が掛かる。でも仕方がない。

 で、このサイコロは何をしようとしたかと言うと、結晶ホルダーである。
 大きな方は5.6ミリ、小さな方は4.2ミリの穴である。2の平方根を1.4とみなして、大きな方は4ミリ角の結晶がハマり、小さな方は3ミリ角の結晶がハマる次第。前者は発注中のBiBO、後者は手持ちのLBO。
 NLO結晶の四隅はビームに晒されない性能に無関係の部分。そこで結晶を支える形になる。

 サイコロは1センチ角なので内径14ミリ強にフィットする。0.5インチのミラーマウントは13ミリ弱なので入らない。だが、1ミリちょっとならサイコロの四隅を削ればいい。そして、四隅の削り具合を変えることで、穴のセンターが少し位ならズレていても補正可能。
 写真のほどズレていては補正出来ないが。

NEC 350P10SP それから更にやっちゃいました。衝動買いして思い切り後悔してます。もったいないカネの使い方しちまったよ(大反省)。
 いや、秋葉原になにげにサイリスタが転がっていたので、使うアテ皆無なのについ・・・確かにパルス系の遊びには極めて有効かつ貴重なんだけど、自分の場合は必要がない。レールガンやコイルガン作るなら必須だけど、レーザーは無くてもフラッシュ光らせられる。これを活かすためにコイルガン作るんじゃ本末転倒だし!
 コイルガンは非常にポピュラーであり、今更自分が作るなら絶対多段式に挑戦したい。そうなると大容量サイリスタが1つだけあっても仕方ない・・・

 ちなみにスペックは耐圧1000ボルト、連続電流550アンペア、瞬間電流7000アンペア。
 でかさが分かるようCDと一緒に撮ったもので、導線の太さは14ミリもあります。
 素性を調べるため少しネットで調べて大後悔だわほんと。入手が難しいどころか、幾らでも転がっている!
 少なくともレーザー砲のパーツ集めと比べたら桁違いに入手し易い。ぜんぜんレアぢゃねぇ
(;_;)

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2006年5月27日(土) 19:52

安定条件

 DPSSヘッド両側のレールはワッシャーを使わずにネジ止めしたらうまく行った。もともとネジ穴には僅かに余裕があったのだ。ワッシャーの直径が大きくて位置決めを邪魔していた。DPSSヘッド自体も無事に電流が復活。
 でも、共振しない。

 そもそも2枚のミラーが平行になっているかどうかが定かではない。
 共振させるためにはDPSSヘッドとリアミラーの間隔、DPSSヘッドとOCの間隔、リアミラーの向き(2自由度)、OCの向き(2自由度)とパラメータが4つあり自由度は6もある。それらすべてを適切にセットしないと共振しない。
 ここまでパーツが揃っていれば明日にでもYAGレーザーが発射されると感じるだろうが、実はここからが本番なのかもしれない。

 腰を据えて安定条件を勉強してみるべきだな。

 レーザーに興味があれば基本原理は誰でも知っているだろう。励起されたレーザー媒質を挟んで合わせ鏡を作れば、鏡の間を往復する光だけが誘導放出で増幅される。
 しかし自分は、合わせ鏡さえつくれば誘導放出は発生するものとばかり思っていたのだ。安定条件という概念の存在を知らなかったのである。それは、かなり多くのレーザーマニアも同様ではなかろうか?

 共振器を作るのはそれほど簡単ではなかったのだ。光軸合わせや向き合わせも大変。YAGレーザーではアライメント調整中につい面倒になって肉眼を使ってしまい、目に損傷を負う事故を良く聞く。どうしてそんなに調整作業を面倒に感じるのか不思議だったのだが、やってみて分かった。確かにこれは猛烈に面倒だ!
 少しでも試行錯誤の範囲を減らすには、共振器の安定条件を調べるべきだ。

 モチベーションの無い勉強は辛い。実際、安定条件という概念があることを知っても、殆どのレーザーマニアはわざわざ数式を理解したいとは思わないだろう。しかし自分は思う。それは別に自分が勉強好きだからではない。目の前に共振を待っている装置が鎮座しているからだ。これまで作って来た装置が、勉強のためのモチベーションとなっているのである。やっぱり自作という行為は有用だ!

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