Для любого лазера, работающего в импульсном режиме, требуется устройство, которое коммутирует энергию источника питания лазера на активное вещество или же лампу-вспышку. В коммерческих лазерах функцию коммутатора выполняют разнообразные полупроводниковые или газоразрядные устройства. В частности, одним из лучших коммутаторов для импульсных газоразрядных лазеров является водородный тиратрон, позволяющий формировать короткие импульсы высокого напряжения. Существует множество разновидностей водородных тиратронов, рассчитанных на разные токи и напряжения. На фото внизу показана отечественная конструкция водородного тиратрона типа ТГИ1- 1000/25.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Этот прибор способен коммутировать импульсный ток 1000 А при напряжении на аноде 25 кВ.
Конечно, такая штука пригодится в мастерской любителя лазеростроения. Однако это дорогое удовольствие. Купить водородный тиратрон можно, но не у всех есть возможность выкладывать  ~ 10 000 руб за штуку. Кроме того, высоковольтные водородные тиратроны слишком громоздки. К примеру, габариты показанного на фото выше тиратрона ~ 110 х 160 мм. Поэтому для домашнего самоделкина будет проще и гораздо дешевле изготовить самодельный коммутатор, представляющий собой искровой разрядник.

Самый простой вариант искрового разрядника – это двухэлектродный не управляемый разрядник, работающий на воздухе. В Интернете можно найти множество описаний того, как изготовить такой разрядник. Тем не менее, на рисунке ниже приведу вариант схемки двухэлектродного разрядника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - контакт разрядника (обрезок дюралевого профиля типа «уголок»)
2 - электрод разрядника (стальная гайка-колпак)
3 - прижимная гайка
4 - винт

 

 

На фото ниже показана гайка-колпак (колпачковая гайка), которую можно использовать в качестве электрода разрядника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Конкретные размеры разрядника не имеют принципиального значения. Для получения коротких высоковольтных импульсов нужно стремиться к уменьшению длины токоведущих элементов разрядника, а также уменьшать искровой промежуток между электродами разрядника. Чем больше диаметр электродов разрядника (2), тем выше коммутируемое напряжение при неизменной длине межэлектродного промежутка.
Подключение разрядника осуществляется через контакты (1), которые закрепляются на токоведущие линии внешней электрической цепи.
Во время работы разрядника возникает очень громкий звуковой шум, который желательно подавлять, дабы не раздражать окружающих (домочадцы, соседи и т.д.). Для подавления треска разрядника его можно поместить в какой-нибудь закрытый диэлектрический корпус. Хорошим звукоподавителем будет резина, но и пластиковая коробка то же подойдет. Можно склеить корпус из пластин оргстекла. На фото ниже показан вид самодельного двухэлектродного искрового разрядника. Для ослабления светового эффекта от искры внутрь корпуса дополнительно введен обрезок полипропиленовой трубки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Левый по фото электрод разрядника прикручивается к дюралевой пластине, а правый электрод накручен на латунный винт (можно и стальной), который на резьбе держится в корпусе. Правый электрод фиксируется на дюралевой пластине с помощью прижимной гайки. Такая конструкция позволяет оперативно изменять межэлектродное расстояние при неизменном положении контактных пластин разрядника.
На фото ниже показан разрядник в разобранном виде.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В процессе работы разрядника внутренняя поверхность его корпуса засирается (загрязняется) продуктами микроразрушения электродов (частицы металла, оксиды и т.п.), что является причиной возникновения поверхностных разрядов, которые ухудшают параметры разрядника. В конце концов, разрядник полностью теряет свою эффективность, что проявляется в потере лазерной генерации. В таком случае требуется прочистка внутренней поверхности корпуса разрядника. При использовании упомянутой выше полипропиленовой трубки очистку поверхности легко провести с помощью круглого напильника.

В книге Т. Рапа «Эксперименты с самодельными лазерами» приводятся более эффективные схемы самодельных разрядников, которые имеют улучшенные характеристики. Это и управляемые разрядники, и разрядники повышенного давления, и разрядники с прокачкой воздуха.

 

Кроме обычного двухэлектродного искрового разрядника существует и так называемый рельсовый разрядник, который состоит из нескольких промежуточных электродов. Схема такого разрядника показана на рисунке ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - контакт разрядника (обрезок дюралевого профиля типа «уголок»)
2 - электрод разрядника (стальная гайка-колпак)
5 - промежуточные контакты разрядника (обрезок дюралевой пластины)

 

 

Использование нескольких промежуточных разрядников, расположенных последовательно друг за другом, позволяет повышать напряжение на электродах разрядника (1) при этом уменьшая межэлектродное расстояние. На рисунке только три промежуточных контактов. Однако их число можно увеличить. Чем больше промежуточных электродов, тем меньше межэлектродное расстояние при неизменном напряжении на разряднике и выше крутизна получаемых импульсов. Рельсовый разрядник дает более короткие импульсы, чем двухэлектродный разрядник.

Показанная на схеме конструкция рельсового разрядника несколько громоздка и может быть упрощена. Более практичной является схема приведенная ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - диэлектрический стержень
2 - диэлектрическая прокладка
3 - металлическая шайба

 

 

На диэлектрический стержень друг за другом (через диэлектрическую прокладку) надеваются металлические шайбы. Число шайб определяется напряжением блока питания лазера и расстоянием между шайбами. Опытным путем нужно подобрать число шайб так, чтобы при подключении разрядника к высоковольтному блоку питания лазера происходил пробой разрядника. Толщину диэлектрических прокладок следует выбирать в пределах 0,5 – 1 мм. При использовании более тонких прокладок возникают поверхностные разряды, ухудшающие эффективность разрядника. Диаметр шайб особого значения не имеет и выбирается из конструктивных соображений.
В качестве диэлектрического стержня желательно использовать керамический стержень, поскольку он «держит» температуру и его поверхность можно очищать. Но можно использовать и пластмассовый стержень. В этом случае ресурс работы разрядника будет ограничен обгоранием пластика.
В качестве диэлектрической прокладки желательно использовать фторопласт, но можно обойтись и обычной полиэтиленовой пленкой. Опять же в этом случае ресурс работы разрядника будет ограничен обгоранием полиэтилена.
На фото ниже показаны этапы изготовления самодельного рельсового разрядника с использованием стальных монтажных шайб диаметром 18 мм и полиэтиленовой пленки.

 

1. Изготовляем диэлектрический стержень

 

Вырезаем из полиэтиленовой пленки (любой толщины) полоску шириной 4 -5 см и длиной 15 - 20 см, которую сворачиваем в рулончик на какой-нибудь оправе диаметром 2 -3 мм до тех пор, пока диаметр рулончика не станет равным 5 - 6 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С помощью ленты типа «скотч» фиксируем край свернутого рулончика и убираем оправу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Изготовляем диэлектрические прокладки

 

Вырезаем из полиэтиленовой пленки кружки с отверстием в центре.
Внешний диаметр кружков ~ 12 мм, внутренний ~ 6 мм. На одну межэлектродную прокладку нужно нарезать несколько кружков, чтобы при наложении друг на друга они образовали прокладку толщиной ~ 0,5 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Изготовляем промежуточные электроды

 

Стальные монтажные шайбы можно купить в магазинах типа "Хозтовары", "Стройматериалы" или же на рынке стройматериалов. Прежде чем использовать шайбы в разряднике, их необходимо обработать. Все шайбы с одной стороны имеют острые кромки (дефект штамповки), которые следует округлить напильником во избежание образования коронных разрядов в процессе работы разрядника. Во избежание образования поверхностных разрядов отверстие в шайбах с двух сторон следует несколько расширить сверлом диаметром 8 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Собираем разрядник

 

Насаживаем металлические шайбы на полиэтиленовый рулончик, чередуя их с прокладками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученную стопку промежуточных электродов помещаем внутрь обрезка полипропиленовой трубы Ø 32 мм, которая ослабляет световой и звуковой шум в процессе работы разрядника.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теперь остается лишь зажать стопку промежуточных электродов между контактами внешней цепи и рельсовый разрядник готов.
Для облегчения крепления контактов внешней цепи к разряднику можно изменить конструкцию диэлектрического стержня. На рисунке ниже показан вариант с использованием шпилек с резьбой М5, которые вкручены в полипропиленовую трубку. Полипропиленовая трубка взята от сифона чистящего средства («Шуманит», «Утенок» и т.д.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 - стальная шпилька с резьбой М5
2 - полипропиленовая трубка
3 - эпоксидная смола

 

 

На фото ниже показан готовый рельсовый разрядник.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изготовленный разрядник имеет не очень большой срок службы, ибо пластик очень быстро обугливается, что приводит к перекрытию промежуточных электродов ( уголь, как известно, проводит ток) и потере лазерной генерации.
На фото ниже виды следы обгорания полиэтилена в разряднике после нескольких минут работы лазера.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Можно вместо полиэтилена использовать силиконовую трубку, из которой изготовляется диэлектрический стержень разрядника, а также межэлектродные прокладки. Однако силикон тоже не держит температуру и начинает обгорать.
На фото ниже виды следы обгорания силиконовой трубки (обрезок трубки омывателя переднего стекла автомобиля) в разряднике после нескольких минут работы лазера.
Межэлектродные прокладки изготовлены из листа фторопласта толщиной 1 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рельсовый разрядник можно изготовить не только из металлических шайб, но и из дюралюминиевых пластин. Причем можно применять даже анодированные пластины. Схема рельсового разрядника из пластин показана на рисунке ниже.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – дюралевая пластина
2 – липкая пленка типа «скотч»
3 – полиэтиленовая пленка

 

 

Разрядник набирается из отдельных пластин в виде стопки, которая сжимается между контактными электродами внешней цепи разрядника. Ширина и длина дюралевых пластин особого значения не имеет. Число пластин определяется напряжением блока питания лазера. Чем больше будет пластин, тем при большем напряжении произойдет пробой разрядника. Для предотвращения возникновения коронных разрядов кромки пластин желательно округлить напильником. Для предотвращения возникновения поверхностных разрядов концы каждой пластины обматываются двумя-тремя слоями ленты типа «скотч». Поверх ленты несколько отступив от края (5 – 7 мм) наматывается полиэтиленовая пленка. Число слоев выбирается так, чтобы межэлектродное расстояние в разряднике составляло 0,5 – 1 мм. В ходе экспериментов можно менять число слоев пленки. Чем больше будет межэлектродное расстояние, тем выше напряжение пробоя разрядника.
На фото ниже показан собранный в пакет рельсовый разрядник из дюралевых пластин толщиной 2 мм и шириной 15 мм. Пакет сжимается по краям электродов скотч-лентой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На фото ниже показан пакет пластин разрядника, размещенный в корпусе из оргстекла.