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2010年03月の記事

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2010年3月31日(水) 20:54

ブラックホール

 この細いホースは猛烈に硬く、1本差し込むだけで大汗。握力が無くなる。しかし水冷パーツはパーツの寸法が微妙で、ジャストフィットする組み合わせだけで全部を組み立てられない。さすがに水冷パソコンは、未だに一般化しちゃいないからなあ。

 ここで保護用の黄色いマスキングテープを剥がし、Nd:KGW を透過させた状態で合わせ鏡を調整し直す。まだ増幅器には通電しない。そもそも注水してない。
 ところが、昨日と同じようにカメラをセットして VECTOR 1064 を発振させたところ、光が全く透過して来ない。画面真っ暗で、調整もへったくれもない。

 レーザー自体は発振しているようだが、ピンホールを斜めから観察すると暗くてはっきりしない。そこで、赤外線に強いビデオカメラの再登板。さすがに楽々と
1064nm をモニター出来る。明るさ十分過ぎる。

 レーザーは Nd:KGW の脇にヒットしているようだ。これじゃ透過しない。実際、増幅器とミラーは少しズレている。
 だが、ノギスを当てて確認すると、どうやら増幅機の位置は合っている。増幅機は最重要ユニットであり、位置決めする際には慎重に左右均等の間合いになるよう確認したから当然である。ミラーの方はいい加減な合わせ方しかしていない。

 VECTOR 1064 のレーザー射出穴も、ピタアリと中央に位置している。レーザー射出向きも、80センチ離れて観察出来たように、ほとんど斜めになっていない。
 これでどうして、増幅機中央の Nd:KGW をビームが透過して来ないんだ?

 まるで、手品である。増幅機はネジばかりか水冷ホースによっても固定されているため、持ち上げて照明に透かして覗くなんてことも出来ない。

 ここで思い出したのが、秋月グリーンレーザー。これで増幅機の Nd:KGW を照らしてみよう。532nm
はYAG全反射ミラーを平然と透過するので、現状のままで光線を送り込める。
 驚いたことに、増幅機中央の穴にグリーンレーザーを照射しても、反対側からは全く光が出て来ない。周知の通り1ミリワット以下でもレーザーの照度は極めて高く、角度がズレていたとしても透過光がゼロというのは考えられない。しかし、さすがにレーザー結晶が折れているなど致命的な問題がないことは確認済みである。組み立てた直後には増幅器を光にかざし、目視出来る欠け無しに向こう側を見ている。

 散々角度を動かしてグリーンレーザーを送り込んだにも関わらず、反対側からは一欠片の光も漏れて来ない。まるで内部にブラックホールが鎮座してるみたいだ。

 ただ、ミラーの軸がズレているのは本質的な問題ではない。両平面ミラーだから、合わせ鏡は成立する。だとすれば、このまま増幅器を作動させれば共振する可能性がある。
 注水し、ポンプを作動させる。続いて久し振りにLDドライバーのスイッチを入れる。念のため挿入した電流計が、きっちりと25Aまで振れた。しかし、共振しなかった。

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2010年3月30日(火) 21:15

両側調整

 タネ火レーザーだった VECTOR 1064 の励起用LDに電力を供給する DC-DC コンバーターにヒートシンクを取り付ける。発熱が大きいのはコイルである。
 これで最大の過熱物は、電流制限セメント抵抗となった。

 LD本体のヒートシンクは巨大なので、ファンを回さなくてもなかなか暖かくならない。

 VECTOR 1064 はレーザー銃本体には使わなくなったが、光軸調整には必要だ。そこで、増幅器ドライバーと
VECTOR 1064 レーザーヘッドを交換可能にしたいと考えている。
 レーザー発振システムでは、光軸調整用レーザーを別途装備しているのは珍しい話ではない。レーザー銃では重量を減らすため、交換方式にせざるを得ない。VECTOR
1064 の発振には、レーザーヘッドだけでなく励起LD周りまで一緒に必要となる。

 いよいよ第2のミラーの向きを調整するが、直接受光映像は想像と異なっていた上方に別の光が見えているが、これは合わせ鏡の像ではない。カメラのレンズで発生した単なるゴーストである。ミラーではなくカメラを動かすと、移動する。

 本体の像は格子状に広がっているが、この格子も合わせ鏡によるものではない。固体撮像素子では良くあるパターンで、普通のデジカメで太陽など強烈な光源が視野に入った場合も似たようなことになる。

 ミラーを動かすと合わせ鏡のような大量の光点が位置を変えるという状態を自分は予想していた。ところが実際はそんな風景は拝めず、アナログ的に中央の輝きが強くなったり弱くなったりするだけでしかなかった。
 これではミラーを正確な向きに追い込めない。

 問題は、「だから調整は難しい」のかそれとも「少しぐらい向きがズレてても影響はない」のか・・・いずれが正解か?である。そしてこれは、実際に共振させてみなければ分からない。

 輝きが最大になった付近で、受光パワーを測定。約4ミリワットだった。3ワットのレーザーが全反射ミラーを透過すると、10ミリワット前後になるはずだ。この10ミリワットが合わせ鏡を反射しながら、1回の反射ごとにコンマ数パーセントずつ外部に漏れる。両側に漏れるので、片側に合計4ミリワットが漏れて来るのはほぼ予想通り。
 合わせ鏡とカメラは80センチほど離れているため、光軸はほぼ合っていると考えられる。

 光軸がほぼ合った段階で、増幅器を慎重にハメる。ミラーマウントが近接設置されているため、先にハメてしまうとミラーが取り付けし難い。不可能ではないが、余りに向きが外れている状態で
Nd:KGW 棒を透過させての調整は不利だ。

 ところで、5月末納期だった DC-DC コンバーターが2ヶ月早く届いた。これは出力12V5Aのもので、レーザー銃の12V系を一括して賄える計算になる。
 水ポンプが2.5A。空冷ファンが2つで1.8A。残る0.7Aあれば十分に結晶オーブンを動かせる。ただしノイズ面を考えると、結晶オーブンは小型の
DC-DC コンバーターを別途使う方が良いかもしれない。
 12V0.5Aの手頃なものが鈴商で扱われている。

 これでレーザー銃の総消費電力は600ワット未満に収まり、バッテリーの消費電流は25A未満に収まる。グリーンレーザーへの総合変換効率として3〜4%というのは決して虫の良い目標ではないはずなのだが、技術的問題が多岐に渡り現状ではそんな効率は期待出来ない。

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2010年3月29日(月) 21:10

片側調整

 1064nm をモニターしながらミラーの向きを調整。
 肉眼では分からないというだけで、秋月グリーンレーザーで調整する場合と似たような感じ。

 小さい点がピンホールから漏れるビームで、大きい点が反射して来たビーム。
 余りにも明るくて光に埋まってしまい調整どころではないため、ナイトショットは切ってある。

 調整出来た段階で、タネ火レーザーに近い側にも全反射ミラーを設置。取り敢えず薄ディスクレーザーの時に使った奴を、1インチワッシャー付きのまま投入。問題あるようなら、SSY-1
の全反射リアミラーを使う。

 こっち側は六角レンチがタネ火レーザーと干渉するため、調整に時間が掛かる。

 苦労してビデオカメラ設置用の空間を確保し、レーザーの正面にレンズ位置を合わせたらこれまた誤算。全反射ミラー2枚を通過しているのに、余りにも明る過ぎて画面がほとんど真っ白。これじゃ何も出来ない。

そこで、1064nm の感度が低い最近のカメラに 1064nm 選択透過フィルターをセットして投入。今度は暗くて、合わせ鏡の像が確認し難い。

 しかしこれはスチル撮影の都合で、感度最低で絞りも絞っている。通常はフラッシュを使っている。
 

 フルオートにすると、今度は明るくなり過ぎてしまった。しかし両者の中間にベストな露出があるということで、カメラの設定範囲内に入っている。
 設定を煮詰めてビームを観察しつつミラーの向きを合わせれば良いのだが、六角レンチを操作し難いため、かなりの時間を要する。

 ここで問題となるのが、レーザーの連続照射時間。励起用LDの発熱ではなく、DC-DCコンバーターの発熱が制約条件になってやがる。
 ワット数が増えて来ると、変換ロスに伴う発熱が厄介になる。増幅器LDのドライバーはちゃんと発熱を計算して対策済みだから問題ないが、こっちは追加対策せねばならない。

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2010年3月28日(日) 20:51

ピンホール

 レーザーの向きを逆にして、射出口の大型ワッシャーを接着。

 この状態ではビームを邪魔せず、普通に全部放出される。

 昨日は某ライブに行くため早めに更新したけど、演出に使われていたグリーンレーザーがカッコ良かった。感じとして1ワット級。それなりに良質なガルボも使われていた。
 強力なグリーンレーザー発射させたいなぁ・・・

 厚さ0.3ミリのアルミ板に、0.3ミリのドリルでピンホールを開ける。

 0.3ミリは入手出来た一番細いドリルで、ピンバイスを使い慎重に貫通させた。これより細いドリルがあったとしても、折らずに扱うのは至難と思われる。

 ビームの位置に合わせて接着。

 部分的にしかエポキシを付けておらず、比較的簡単に剥がせるはず。剥がせばビームは全部放出され、普通のレーザー発信器として実験に使える。
 これは通常のデジカメによる撮影なので、808nm が僅かに漏洩して写っている。

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2010年3月27日(土) 12:41

観察手段復活

 1064nm 選択透過フィルターを通しての赤外線ビデオ撮影。

 2つのミラーマウントには何もセットしない素通し。右下からタネ火レーザーを照射しているが、ビームはマウント中央を通過しどこにも触れていない。
 しかしビーム周囲にも僅かに漏洩があり、それがミラーマウントを照らしている。

 カメラをビームの進行方向に振ると、照射点が強烈に輝いて見える。
 これが肉眼では全く見えない訳で、ゴーグル無しで気付かずに居ると致命的なことになる。

 ともあれYAG基本波の観察手段と記録手段を復活させることが出来た。ただし8ミリビデオ時代なので、撮像素子の解像度が低い。元の映像フォーマットは720*480だが、そんな細部は見えない。

 出力側ミラーマウントだけに全反射ミラーをセット。

 これでタネ火レーザーを照射すると、反射されて手前の明るさがとんでもないことになった。また、透過した光だけでもかなり照射点は明るくなった。
 3ワットのうち0.3%が透過しても10ミリワットぐらいになるのだから、レーザー光線としては馬鹿に出来ない。

 両方に全反射ミラーを使用しても、共振しているかどうかは確実に判定可能だ。

 まずはタネ火レーザーをこれに反射させ、元の位置に戻って来るよう向きを調整する。それには例によってピンホールを設置せねばならない。
 問題として、調整が成功するとレーザーが放出点に入ること。これは、自分のようなシロウトでさえ知っている基本的なタブーである。だが、ここでアマチュアの道楽たる強みが発揮される。すべての装置は個人所有なので、好き勝手に出来る。タブーと言っても、レーザー発振器が爆発するとか火事になるようなものではない。
 タブーを無視しても、自己責任でしかない。

 それにしても実験装置が大きくなると、いろいろ支障がある。
 光軸調整のためにはカメラを設置せねばならないが、機材のでかさから設置場所が限定される。すると、その都合に合わせて実験装置の設置位置の方を変えねばならない。実際、これまで置いていた向きを反対にしないと、どうにもならない。だが、そう簡単に向きを変えられないのだ。
 新しい支持材を用意したり、部屋を一部掃除したり・・・

 ところでレーザー銃の電源はラジコンバッテリーを使う予定だが、自分は2010年ともなればとっくに燃料電池が使えるものと予想していた。しかしいつまで経っても使い物になる燃料電池は登場しない。ラジコンの世界こそ、とっくに燃料電池全盛になってるはずだったのに。
 重さ1.8キロで定格25ワット最大50ワット連続10時間稼働なんて手頃な燃料電池も製品化されている。だが、自分が欲しいのは定格500ワット最大1キロワット連続30分稼働、という感じのスペックなのだ。現状の燃料電池は大電流を取り出せず、同じく大電流が必要なラジコンも、いつまでもバッテリーが使い続けられている。

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