Laserpointer Projekt

Community-Projekt 2014 – Sticksoff-Laser

Hallo alle zusammen, wir haben uns die Mühe gemacht und eine Anleitung geschrieben, wie sich ein Stickstoff-Laser bauen lässt und möchte mit Ihnen zusammen das Ganze einmal bauen. Einige Teile sind dafür leicht zu haben, andere wiederum scheinen etwas schwieriger erhältlich zu sein, es wäre toll wenn wir gemeinsam dafür eine Lösung finden würden. Im Verlauf werde ich die Anleitung mit Ihren und meinen Bildern ergänzen und bin schon ganz gespannt was dabei rauskommt!

Mit freundlichen Grüßen
Malte Böhm

Stickstoff-Laser Bauanleitung

Laser selber zu bauen ist meistens gar nicht so einfach und vor allem oft ziemlich gefährlich. Für die Bastelfreunde unter Ihnen haben wir hier die Anleitung für einen Stickstoff-Laser, den Sie mit einfachen Mitteln selber kreieren können. Eine simplere Anordnung zur Veranschaulichung des Laserprinzips ist kaum denkbar. Der gepulste Laser verfügt zwar nur über eine geringe Leistung von etwa einem Zehntel Milliwatt, dennoch gilt wie immer beim Umgang mit Laserstrahlung: niemals direkt in den Strahl blicken, auch wenn Sie das UV-Licht nicht sehen können, Ihre Augen werden es Ihnen danken. Die größere Gefahr liegt in der Verwendung von Hochspannung von etwa 20 kV. Zwar fließen nur geringe Ströme, doch Spannungsüberschläge können gefährlich werden, daher treten Sie bei Betrieb nicht zu nah an den Laser heran und berühren Sie vor allem nicht die Kontakte. Wir stufen diesen selbstgebauten Laser zwar wie gesagt als weniger gefährlich ein, können aber unter keinen Umständen für eine unfallfreie Durchführung garantieren. Sie handeln vollständig eigenverantwortlich.

Für den Stickstoff-Laser benötigen Sie zunächst ein 25kV-Netzgerät mit zwei Kabeln, das Sie in Physiksammlungen benutzen, sich ausleihen oder bei Interesse sogar selber kaufen können. Dann benötigen Sie einen 5kOhm-Widerstand (Hier zu kaufen), eine Glasplatte wie diese hier, Kopierfolie und extrastarke Alufolie. Sie können es aber auch mit doppelt ausgelegter Standardfolie versuchen. Für die Funkenstrecke fehlt noch ein Messingblock und für das Herzstück ein Kondensator aus zwei Metallschneiden. Den Messingblock lassen Sie so zurechtschneiden, dass aus ihm eine kleine Spitze herausguckt oder kaufen direkt einen an einer Ecke zulaufenden Block. Die Metallschneiden sind flache Quader etwa aus Aluminium oder Eisen von 20 cm Länge, die an einer langen Kante zu einem spitzen V geschliffen werden (vgl. Skizze).

Platzieren Sie zunächst die Glasplatte auf eine ebene und rutschfeste Oberfläche. Darauf legen Sie etwa 30*30 cm Alufolie für die Erdung. Die nächste Schicht ist eine Kopierfolie, die in diesem Aufbau als Dielektrikum eines Plattenkondensators fungiert. Ganz oben liegen zwei etwa halb so große Aluminiumfolien, zwischen denen ein zwei Zentimeter breiter Spalt freigelassen wird. Diese finden Ihre Aufgabe als Teil des Hochspannungs-Plattenkondensator. Die unterste Folie sollte breit genug sein, damit Sie auf diese den Messingblock mit der Spitze zur Mitte stellen können. Der Block darf nur die unterste Aluschicht berühren und das obere Aluminium darf keinen Kontakt zum unteren haben. Jetzt platzieren Sie die Metallschneiden auf die beiden oberen Alufolien, sodass sich die spitzen Kanten gegenüberstehen und nur einen Abstand von wenigen Millimetern haben. Von entscheidender Bedeutung ist, dass der Spalt ein wenig auseinander läuft, also auf der einen Seite minimal schmaler als auf der anderen ist. Stellen Sie die Schneiden also nicht exakt parallel zueinander auf. Die Messingspitze sollte etwa in einem Zentimeter Abstand auf eine der Schneiden zeigen. Als letzten Schritt verbinden Sie die Metallschneiden über den Widerstand. Wenn Sie jetzt noch das Netzgerät mit dem Minuspol an der unteren Alufolie und dem Pluspol an der oberen anschließen, steht Ihr erster eigener Laser funktionsbereit vor Ihnen.

Was passiert nun, wenn Sie die Hochspannung anlegen? Die untere Alufolie ist während des gesamten Vorgangs geerdet. Die beiden oberen Alufolien befinden sich trotz Ihres räumlichen Abstands auf dem gleichen Potential von 20 kV, weil sie ja über den Widerstand leitend verbunden sind. Die Spannung des Generators ist nicht sofort aufgebaut, sondern steigt, wenn auch sehr schnell, an. Irgendwann um 20 kV herum ist die Spannung so groß, dass die eine Metallschneide über einen kurzen Funkenüberschlag mit dem geerdeten Messingblock verbunden ist und sofort Ihre Spannung verliert. Dies bekommt die andere Metallschneide erst leicht verzögert mit und möchte nun ihrerseits ihre Spannung abgeben. Zwischen den Schneiden entsteht kurzfristig ein extrem hoher Potentialunterschied, der sich in einer Entladung zwischen den Klingen auflöst. Die Funken wandern durch die Divergenz schön den gesamten Zwischenraum entlang und können so die dort befindlichen Stickstoffatome der Luft anregen. Diese Energie reicht aus, um die bekannte Besetzungsinversion zu erreichen, sodass der Stickstoff beim Zurückfallen in den Grundzustand die gewünschten Photonen und damit das kohärente und monochromatische Laserlicht entsendet. Nach der Entladung geht das Spielchen von vorne los, denn nun ist durch den Spannungsabfall die Funkenstrecke hin zum Messing unterbrochen und die Aufladung beginnt erneut.

Die Justierung des Lasers kann am Anfang frustrierend sein. Variieren Sie bei ausgeschaltetem Netzgerät die Abstände zwischen den Platten und überprüfen Sie, dass nur an den gewünschten Stellen Kontakte zwischen den Folien oder sonstigen Bauteilen bestehen. Je akkurater die Schneiden geschliffen sind, desto besser läuft der Laser. Sie können die Kontakte auch fest verlöten oder mit Kupfermünzen fixieren. Nach einiger Zeit sollte Ihr Laser funktionieren. Beachten Sie, dass Stickstoff ultraviolettes Licht entsendet, das heißt, dass Sie den Strahl durch Brechung an Staubteilchen nicht direkt von der Seite mit dem Auge beobachten können. Sowieso sollten Sie nie von vorne in den Strahl schauen. Halten Sie jedoch ein weißes Blatt Papier (nicht ungebleicht) in den Strahlengang, sollte ein kleiner bläulicher Punkt zu erkennen sein. Ebenso funktioniert der Effekt mit einem frisch gewaschenen weißen Hemd oder einer eigens dafür hergestellten UV-Indikatorfolie. Wenn Sie darüber hinaus ein Smartphone der nicht neuesten Generation besitzen, können Sie mit dessen Kamera ebenfalls wunderschön den Strahl sichtbar machen. Moderne Smartphones verfügen oft über einen UV-Filter.