2013年2月23日土曜日

買ったもの

 
炭酸ガスと窒素を実験用に大量に確保するための買い物をしました。
このときにヘリウムを含めてボンベを買ったのですが、初期の実験では炭酸ガスと窒素だけでやりたいと思っております。それでも発振はするらしいので。

ということで、買ったものです。
まずシリカゲル。

炭酸ガスは、ここで予備実験したように炭酸水素ナトリウムとクエン酸に水を加えることで発生させようと考えております。当然発生したガスには水蒸気が含まれると思われますのでそれを除去するためのカラムにシリカゲルを使うつもりです。
モノタロウで874円。翌日到着とか、便利すぎ。

次に大好きなワンタッチ継ぎ手。今回は容器に取り付けるためのハーフユニオンを5個ばかり。
こちらもモノタロウでひとつ134円と激安


光共振器用ミラー作製 実践編

 
なんちゃってマグネトロンスパッタリングでミラーを作ります。今回はハーフではなく完全反射ミラーです。
いろいろ省略して出来ました(笑 さすがに慣れてきた。


こんな感じです。ムラがあるように見えますが、このムラは綿棒でちょいと拭いてやると取れてしまいます。どうも酸化物が付着しているようです。


切り出していきます。光共振器の両端に使いますので、2枚です。今回はシンプルを目指すということで曲面ミラーなどという面倒なものは考えません。


切り出しました。ちょっと汚いけどまあいいでしょう。


このミラーはこのように完全反射で光を透過しません。ちょっとわかりにくいかな。

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次に、一枚に穴を開けます。
レーザ管の内径は4mmなので、出来るだけ小さな穴を開けます、1mmφくらいかな。1/16の面積で、透過率6%くらいというところです。

こんな感じ。手前が穴を開けたもの。わかりにくいですね。


次に、ここで作ったミラーマウントモジュールの端面側ワッシャに接着剤を塗ります。つけすぎるとミラー面まで広がりますので少なめに。


で、ミラーを接着します。覗き込むとこんな感じなんですが、写真にはうまく撮れないですね。奥のほうに自分の眼がはっきりと映ります。良い感じです。


穴を開けた方も接着します。


こちらは覗き込むと穴が見えます。当たり前。


次にシリコンの板です。
単結晶太陽電池を割ったものを使います。ボロボロ(-_-;)


シリコンの板厚は0.5mmです。穴径は小さいのでほんとに破片で十分。穴部分に仮接着して、


固定が出来たら周りをエポキシで埋めて気密を保ちます。光取り出し部分を汚さないように。


見た目はいまいちですが、完成です。


次はガス発生と混合器を作っていきます。

光共振器用ミラー作製 また理論編

 
なんちゃってマグネトロンスパッタリングがそれなりに製膜できていますので、とっとと次へ進むことにします。第一号管用のミラーを作ります。

第一号管は、とにかくまずレーザ発振を成功させて弱くても良いからレーザ光を取り出すことを目的とするつもりです。ということで、構造はできるだけシンプルにしたいと考えております。

光共振器 理論編 で示しましたように、光共振器用のミラーにはいろいろな構成があります。その中からまずはじめに、手元にある材料で一番簡単、かつ安定なものを作ります。それはおいしい方法の4番、つまり、完全反射ミラーに穴を開けてシリコンの板を被せるというものです。

ここで少々解説。下の図をご覧ください。



これはレーザ管の光取り出し側の模式図です。上がハーフミラー方式、下が今回作る穴方式(笑
たとえば上のハーフミラーの反射率が80%、ミラーを作っている母材のCO2レーザ光透過率が100%と仮定しますと、レーザ管内部のプラズマで生成されるレーザ光のうち20%が外部に取り出されるということになります。
一方で下の場合、ミラーは完全反射ですのでミラー面からレーザ光が外へ出てくることはありません。そこで、ミラーに穴を開けます。このときに、穴の大きさをプラズマの断面積(レーザ管の内径断面積)の20%になるようにします。すると、レーザ管内部から20%分のレーザ光が外部に出てくることになります。これらを遠くから見ると、どっちの構成でもレーザ管内部の20%分のレーザ光が外に出てくるという点では同じこととなり、ハーフミラーを作るのと同等の効果が期待できるということです。穴方式にすると、ミラーの母材はCO2レーザの波長である10umを透過する必要がなくなりますのでガラスを使えるということになるというメリットもあります。
もちろん、レーザ管内部のプラズマ密度は均一ではないので単純な面積比ではだめかも、ということは考慮しておく必要がありますが、海外の実験ではそれなりに動作しているようです。というか、アマチュアの間ではこの方式が主流です。

で、次はシリコンです。前の理論編でも考察したように、透過率だけを考えるとゲルマニウムの板を使いたいところですが、シリコンの板も薄ければそれなりに使えます。
以下のゲルマニウムとシリコンの比較をご覧ください。これらはいずれもアイ・アール・システムさんのWebページから引用させていただいたものです。




二つのグラフの「研磨品(1t)」の青いラインに注目。10um付近を見ますと、シリコンもゲルマニウムも透過率はほぼ50%であんまり違いがありません。(AR品は別世界ですが、そんなものは買えませんのでここでは研磨品のみで比較) ということで、元素単体で比較すると両者に大きな違いは無いことがわかります。(細かく言えば、シリコンの9umのノッチは問題です。CO2レーザでは9um台にもレーザ発振波長がありますので...)
このデータから、シリコンの1mm厚の板を光取り出し窓に使うと、半分はシリコン内部で熱になり、半分は光として外に取り出せるということになります。透過率は板が厚くなるほど下がります。これはサングラスを重ね掛けしていくととどんどん視界が暗くなっていくのと同じことです。反対に、薄くしていくと透過率は上がります。この関係Lambert-Beer lawとして知られています。たとえば、シリコンの厚さが0.5mmだったとすると透過率は、0.5^0.5(左の0.5は50%の0.5、右の0.5は厚さが1mm→0.5mmと半分になりますので1mmの時の透過率の0.5mm/1mm乗、つまり0.5乗になるという意味の0.5です。ややこしい。)となり、約70%となります。つまり薄くすればするほど抜けてくる光は多くなるということです。まあ、直感の通りですね。もちろんあんまり薄くすると減圧したときに割れやすくなります。


ちなみに、毒性があるということで使用を躊躇しているZnSeは、こんな感じの透過特性です。
さすがです。が、グラフを良く見てください。これは3mm厚の場合です。1mmに換算するとほぼ90%となります。魅力的な数字です。


ということで、穴方式を作ります。

マグネトロンスパッタの結論

 
ここで作ったマグネットを使ってスパッタリングをしてみました。

結論。失敗です。
「マグネトロンスパッタ続き」の一番下の動画で示したようなマグネットを一対使った系の方が速く製膜できます。原因はよくわかりませんが、やはり複数の磁石が互いに反発しあうのを無理やりレイアウトすることに無理がのかな。鉄板を近づけたときに引き寄せる全体の磁力も弱くなっているような気がします。ターゲットの下にマグネットを出し入れしても、ほとんどプラズマの分布に変化がありません。ということで写真も無しです。

大きなドーナツ状の磁石があれば仮説を確認することも出来るのだと思いますが、買ってまで確かめる気がおきません。
ということで、今後は二極でなんちゃってマグネトロンスパッタリングをすることにします。

なんかもやもやしますが、CO2レーザを作るという本来目的からすると横道ですので、これ以上迷い込むのはやめておきます。(-_-;)

2013年2月17日日曜日

【号外】 Pebble 到着

 
kickstarterで手配というか投資していた pebble が到着しました。
表示に電子ペーパーを使った腕時計で、bluetooth 経由でスマホと連携するという面白そうなものです。kickstarterで目標投資金額の100倍を集めたプロジェクトとして世界を驚かせました。
kickstarterでは $99の第一陣には間に合いませんでしたが、Pledge $115 or more の最初のほうで投資したものです。無事に到着して一安心。

早速開けます。箱は平べったくて軽い。



裏はこんな感じ。


ここを引っ張って封を切るようです。


中身は本体とケーブルだけというシンプルさ。
go.getpebble.com にアクセスせよと書いてあるのみです。


接写。


裏側。シリアルは隠しています。


上記ページに行くととりあえず iPhoneにアプリ落とせとの指示。


インストールして起動すると


まずはうぷデート。


進行中の様子。


42%


100%。2分くらいです。


動き始めました。ちゃんとプレーヤーのコントロールは出来てます。
なかなか面白い。


動画をいくつか。
なかなか写りが良くないですが、ご容赦を。
まだ使い方が良くわかってない....

最初の電源投入
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音楽プレーヤーをコントロール。
日本語対応していないので豆腐がたくさん。

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盤面デザインの切り替え

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非常に面白いデバイスです。
今後のフォーラムの活躍に期待したいと思います。

2013年2月16日土曜日

CO2レーザ 第一号管作製

 
構想を元に作製を行います。

まず材料を準備。
ガラス管とか、ワンタッチジョイントとか、モノタロウやお付き合いのある理化学用品販売の徳重化学さんから購入したものです。

現時点ではレーザ管の径や長さが決まっておりませんので、出来るだけフレキシブルなもの、つまり分解組み立てや再利用がやりやすいものにすることを考慮して作りました。


異径ユニオンストレートのオリフィスを削ります。
写真ではわかりませんが、このパーツの中央のくびれた所には、左右から挿入されるパイプが互いに奥へ行き過ぎないようにとめるための邪魔板というか壁というか、オリフィスがあります。
今回は左側から入れる6mmφのパイプを、右側から入れる10mmφのパイプの中に貫通させますので、このオリフィスが邪魔なのです。


いらないウレタンパイプを刺しておきます。これはドリルで6mmφ側のOリングを傷つけないようにするためです。


ペンチではさんで10mm側から6mmφのドリルを突っ込みます。
ちょっとまわすと簡単にオリフィスは破壊されます。ドリルを押し込み過ぎて6mm側のOリングを傷つけないように注意します。ドリルがオリフィスを抜けるとウレタンパイプが動くのでわかります。


こんな感じに6mmのパイプが貫通するようになります。


次に、10mmの銅パイプをパイプカッターで45mmほどの長さに切り出します。


左右で2本です。


これを先ほど加工した異径ストレートの10mmφ側にさして、他端に10mm/6mmφのチーズを繋ぎます。


チーズの10mm側には10mmφのアウターパイプを差し込みます。
こんな感じ。


反対側にも同じ構造を作ります。


そして異径ストレートの6mm側からインナーパイプを差し込み、そのままアウターパイプの中に貫通させて行きます。


反対側まで通すとこんな感じ。


冷却水用のパイプはこんな感じで繋がります。



次はミラーマウントモジュールの作製です。

まず、8mmφの50mm位の銅パイプ二本とつばの幅が狭いM8用の銅ワッシャを準備します。


放電実験用の電極作製でやった要領でパイプにワッシャをはんだ付けします。


ワッシャのつばと、すでに作ってあった光共振器用のミラー調整機構をエポキシで接着します。


気密が保てるよう思い切りべったりと行きます。


エポキシが固まったら、銅パイプを適当な長さに切断して黄銅チーズに接続します。


ここは気密が必要ですので、思い切り締めこみます。


次にガラス管です。
ガラス管は黄銅ジョイントにそのまま締め付けますとまず確実に割れます。お金に余裕があればスウェージロックのウルトラトールシリーズなんかを使うと良いのですが、ここは節約で行きます。
お金をかければエレガントに解決できることは十分わかっておりますが、お金の換わりに知恵を出して作るところが楽しいのです。それに、管径もまだ決まっておりませんので高価な部品を買っても無駄になる可能性があるのです。

ということで、シリコンゴムを使います。
インナーパイプの外径は6mmφ、黄銅ジョイントは8mmφ用ですので、外径8mmφ肉厚1mmのチューブを使います。

適当な長さにはさみで切って、


インナーパイプに被せます。


ナットと中玉を入れて締めこめば出来上がり。まだ怖いので本締めはしておりませんが、大丈夫そうな感じです。


両側に同じものを取り付ければほぼ構造は出来上がり。


あとはガスや冷却水の配管と、大事な反射ミラーをつける作業が残っております。
これはもう少し先になるでしょう。

ミラーはこのワッシャ開口部に接着します。


ここはガス/真空引きの配管接続部分。8mmφになっていますが、ユーティリティを6mm配管で統一していますので8mm→6mm変換を考えないといけませんね。


冷却水は6mmになっていますのでそのまま繋げば終わりです。


反対側はこんな感じ。


ということで、ほぼ形が出来てきました。

次は本番のミラーつくりとガス発生/圧力調整/混合/貯留ラインを作っていきます。
First Light までの中間地点を過ぎたあたりでしょうか。