N2 Laser project

Here is the complet system with a temporary Blumlein self (note that electrodes are not available inside, so self and spark (on the left) must be installed at ends. 

Voici le système complet avec un self Blumlein temporaire (notez que les électrodes ne sont pas disponibles à l'intérieur, donc le self et l'étincelle (à gauche) doivent être installés aux extrémités.

Here are temporary self, faucet, temporary spark (blue) and output glass (installed on the orange plastic part) 

Voici provisoirement, le robinet, l'éclateur provisoire (bleu) et le verre de sortie (installé sur la partie en plastique orange)

Measurements:

Using probes and oscilloscope in a fast 10kV device can be risky.

Here is a simple way to build a fast, simple and safe, high tension N2 laser probe: with a piece of normal copper wire, realize a 1 turn self, about 5 mm diameter and connect it to a coaxial cable end. Cable is connected to a fast oscilloscope and self is disposed on the N2 laser self axis 30 or 40 mm from the laser's self.

So you can safely record N2 laser self tension. N2 laser capacitors and self is a LC electrical circuit that, once excited must produce exponential decrease sine wave for many us (micro second). Sine wave frequency may be about few MHz. In fact, in practice, the circuit energy is completely absorbed by arc ignition.

Here is a record made on a 1Gs/s TEKTRONIX oscilloscope: (made in air at normal pressure)

Mesures:

L'utilisation de sondes et d'un oscilloscope dans un appareil rapide de 10 kV peut être risquée.

Voici une manière simple de construire une sonde laser N2 haute tension rapide, simple et sûre : avec un morceau de fil de cuivre normal, réalisez une sonde 1 tour d'environ 5 mm de diamètre et connectez-la à une extrémité de câble coaxial. Le câble est connecté à un oscilloscope rapide et le self est disposé sur l'axe du laser N2 à 30 ou 40 mm du self du laser.

Ainsi, vous pouvez enregistrer en toute sécurité l’auto-tension du laser N2. Les condensateurs laser N2 et eux-mêmes sont un circuit électrique LC qui, une fois excité, doit produire une onde sinusoïdale de diminution exponentielle pour beaucoup d'entre nous (micro seconde). La fréquence de l'onde sinusoïdale peut être d'environ quelques MHz. En fait, en pratique, l’énergie du circuit est entièrement absorbée par l’amorçage de l’arc.

Voici un enregistrement réalisé sur un oscilloscope TEKTRONIX 1Gs/s : (réalisé dans l'air à pression normale).

Arc itself is produced during probably something like 40 ns from the first peak to the first valley: when sparkling occurs, tension grows up very quickly, when arc occurs, it falls down very quickly, when tension is too low, arc stops, tension grows up a little bit and ends in disturbed sine oscillation. Well, it's an hypothesis; to confirm that, we need a very fast photodetector and record it's output simultaneously.

2nd Project:

There are some big problems with 1st project:

- We can't see inside the channel: just to see arcing or plasma colour and so on, plasma channel eye control is precious

- Nothing modular or repairable: once built, you can hardly modify something to repair or optimise it: just modify it and see if laser output power increases or decrease is difficult

- Using N2 is really boring: not so easy to find in low quantity (at least here in France)...using low pressure air or even normal pressure air would be far more convenient: that means very high speed low inductance systems and a laser channel perhaps not large enough to pump a dye...

PCB work is a problem: time consuming, hard to repair, hard to modify... We think that plastic film and alumium foil can be as good or even better than PCB to minimize inductance which is a critical problem with TEA air laser: everything must be flat: capacitor, channel, electrodes, spark must be as flat as possible to decrease inductance and reach a very fast rise time to pump air efficiently.

We think that the solution is very near from the Renato page (http://www.geocities.com/resalles/N2/n2_laser.html): a very low inductance sytem based on plastic film and aluminium foil. Renato device can be perhaps improved with non rectangular capacitors plates and perhaps a segmented system...

see the 10$ air laser page

L'arc lui-même se produit probablement pendant environ 40 ns entre le premier pic et la première vallée : lorsque l'étincelle se produit, la tension augmente très rapidement, lorsque l'arc se produit, elle retombe très rapidement, lorsque la tension est trop faible, l'arc s'arrête, la tension augmente monte un peu et se termine par une oscillation sinusoïdale perturbée. Eh bien, c'est une hypothèse ; pour confirmer cela, nous avons besoin d'un photodétecteur très rapide et enregistrons sa sortie simultanément.

2ème projet :

Il y a quelques gros problèmes avec le 1er projet :

- Nous ne pouvons pas voir à l'intérieur du canal : juste pour voir les arcs ou la couleur du plasma, etc., le contrôle visuel du canal plasma est précieux

- Rien de modulaire ou de réparable : une fois construit, vous pouvez difficilement modifier quelque chose pour le réparer ou l'optimiser : il suffit de le modifier et de voir si la puissance de sortie du laser augmente ou diminue.

- Utiliser du N2 est vraiment ennuyeux : pas si facile à trouver en petite quantité (du moins ici en France)...utiliser de l'air à basse pression ou même de l'air à pression normale serait bien plus pratique : cela signifie des systèmes à très haute vitesse et à faible inductance et un le canal laser n'est peut-être pas assez grand pour pomper un colorant...

Le travail sur les PCB est un problème : prend du temps, est difficile à réparer, difficile à modifier... Nous pensons que le film plastique et la feuille d'aluminium peuvent être aussi efficaces, voire meilleurs, que les PCB pour minimiser l'inductance qui est un problème critique avec le laser à air TEA : tout doit être plat : condensateur, canal, électrodes, étincelle doivent être les plus plats possibles pour diminuer l'inductance et atteindre un temps de montée très rapide pour pomper l'air efficacement.

Nous pensons que la solution est très proche de la page Renato (http://www.geocities.com/resalles/N2/n2_laser.html.) : un système à très faible inductance à base de film plastique et de feuille d'aluminium. Le dispositif Renato peut peut-être être amélioré avec des plaques de condensateurs non rectangulaires et peut-être un système segmenté...

voir la page laser à air à 10$