Лазерные диоды: принцип работы, виды и применение. Лазер своими руками из ДВД привода – экономим на покупке Напряжение питания лазерного диода

Наша цель - лазерный модуль.

Перед извлечением самого модуля закоротим все его три вывода тонким медным проводом (мы взяли одну нитку из многожильного). Это нужно для подстраховки от статики.

Теперь можно извлекать лазерный модуль. Он там «сидит» довольно неплохо, поэтому нужно потрудиться и сбалансировать усилия между «раскурочить» и «не сломать».

Вот как-то так должно получиться.

Чтобы избежать этих неудобств, рекомендуется провести детальную очистку устройства, а также объектива, чтобы избежать накопления пыли и грязи. Другая проблема с такими типами компонентов заключается в структуре, с которой были разработаны считыватели, поскольку они являются единицами, которые используют лазер, который проходит через линзы, которые обычно изнашиваются при их использовании.

Лазер страдает прогрессирующим ухудшением, теряя при этом свою первоначальную силу и вызывая у нас большие головные боли при попытке визуализировать содержимое диска, которое лазер из-за его износа не может читать. Когда лазер изношен и загрязнен объектив, практически невозможно заставить читателя распознать тип используемой среды, а также не позволить нам визуализировать информацию, записанную на нем.

Сборка схемы

Мы не заморачивались и сделали навесной монтаж.

Питание

Мы же воспользовались стабилизированным блоком питания.

Предостережение

У нас же таковых очков не оказалось и мы все делали на свой страх и риск. А вот красные очки, в отличие от очков для безопасности, позволят лучше увидеть сам лазерный луч. Для красоты можно подпустить дыма, как мы сделали в заставке к видео .

Невозможно отличить медиаформаты, считыватель не сможет воспроизвести содержимое диска, который мы ввели. Таким образом, устройство не может инициировать необходимые команды для изменения этих параметров и, следовательно, для отображения любого типа содержимого.

Эта ошибка часто появляется чаще во время процесса записи на носителе и может заставить пользователя приобретать новый компонент без необходимости. Напомним, что причины такого рода недостатков, которые обычно страдают от оптических устройств, в основном сводятся к накопленной грязи.

Пробный запуск

В темноте работает как фонарик.

Линза для фокуссировки

Через линзу получается сфокусировать луч, но без жесткого корпуса занятие утомительное.

Изготовление корпуса

Обязательно нужно все изолировать.

Линза

Кстати, эта линза работает лучше, если ее перевернуть выпуклой частью к лазерному диоду.

Регулируем и получаем более-менее собранный луч.

Точно отрегулировать, наверное, можно, но нам и этого хватило, чтобы черный пластик начал плавиться.

Спичка мгновенно загоралась.

Черная изолента разрезалась как ножом по маслу.

Из этого лазера получилась бы отличная пушка для игры в солдатики.

Видео

Мы не рекомендуем открывать устройство для ручной очистки линз, так как это, в неопытных руках, может привести к необратимому повреждению компонента. Другая причина, которая часто является причиной сбоев оптического привода, может быть связана с неправильным расположением компонента внутри шкафа нашего компьютера.

Во многих случаях оптические приводы повреждены и перестают работать, потому что их объектив является несбалансированным или нецентральным из-за плохого закрепления элемента в шкафу. В этот момент важно иметь подходящий шкаф, изготовленный из стойких материалов, которые обеспечивают жесткость.

Наверно у всех еще с детства была мечта иметь свой собственный мощный лазер , способный прожигать стальные листы, теперь мы можем на шаг приблизиться к мечте! листы стали резать не будет, а вот пакеты, бумагу, пластмассу легко!

Современные технологии устройств хранения данных - две: магнитные и оптические. Первый уже много лет используется как в цифровой, так и в аналоговой областях. Оптическая технология хранения данных от использования более поздняя. Компакт-диски. Эти типы дисков могут использоваться как в аудио, так и в компьютерах.

Линии спирали настолько малы и близки друг к другу, что они действуют как дифракционная решетка. Моделирование использует поликарбонатный диск по большей части. Этот диск модели имеет спиральную дорожку меток, напечатанных на одной из ее сторон, эти метки содержат закодированную информацию.

Для нашего лазера нам понадобится во первых сломанный или не очень резак! Чем менее сломан резак и чем быстрее он может записывать диски тем лучше, да кстати он должен быть DVD-RW. Если привод записывает DVD+/-R со скоростью 16х то там стоят 200 мВт красные лазеры, в 20х приводах стоит лазер 270 мВт, а в приводах со скоростью 22х мощность может доходить до 300 мВт. Все DVD приводы также имеют сидишный ИК лазер, но как его определить вы узнаете позже. Сразу уточню, так как возникает много вопросов. Вырезка из FAQ, которое Вы можете прочитань на нашем сайте http://lasers.org.ru/faq.html

Металлическая крышка на поверхности - это та, которая отражает и отскакивает от лазерного излучения внутри светового датчика. Когда тусклый фокус лазерного луча не отражается в плоском секторе, детектор света видит луч. Когда луч встречает отметку, лазерный свет внутри светового датчика не отражается.

Отражающий металлический слой - проблема долговечности диска. Как и любой новый продукт, есть уроки, которые были извлечены и включены в новое производство. Ярким примером был слой отражения. Металл наносят на поверхность товарного знака модели из поликарбонатного диска с помощью заглушки, где атомы металла осаждаются в виде тонкой пленки с использованием вакуумной камеры. Эта тонкая металлическая пленка является полупрозрачной.

Вопрос: А какой лазерный диод подойдет?

Ответ: Подойдет ЛД только от пишущего привода! причем:

CD-RW - мощный 100–200 мВт ИК лазер 780нм

DVD-Combo (DVD-Drive/CD-recordeble) - слабый красный диод примерно как в китайской указке и мощный 100–200 мВт ИК лазер 780нм

DVD-RW - мощный красный ЛД 650нм 150–300 мВт и мощный 100–200 мВт ИК лазер 780нм

BLU-RAY ROM - сине-фиолетовый диод 405 нм мощностью 15 мВт.

Лазер читает диск с зеленой стороны, поэтому уровни или чернила на этой стороне могут повредить. Для изготовления этих дисков требуется «белая» комната, свободная от пылевых частиц. На диске, тонко отполированном по оптической степени, применяется слой светочувствительного материала высокого разрешения. На этом слое можно записывать информацию благодаря лазерному лучу. После завершения стенограммы данные, которые он содержит, являются скрытыми. Этот процесс очень похож на его развитие. В зависимости от областей, к которым обращается лазер, слой фоточувствительного материала затвердевает или становится растворимым при применении определенных ванн.

BLU-RAY RW - сине-фиолетовый диод 405 нм мощностью 60-150 мВт. Светит ярче красного.

Во всех остальных бытовых устройствах (принтеры, мышки, сканеры штрих кода, и т. д.) лазеров достаточной мощности нет! Везде мощность порядка 5 мВт.

Итак приступим! Разбираем резак, вытаскиваем оптическую часть. Вот так выглядит эта часть резака:

Ценного там только выходная линза и два лазера. Теперь достаем самое главное - DVD лазер:

Мастер записывается с использованием высокого лазера, с помощью которого «печатаются» «одни» и нули, которые состоят из серии микроскопических отверстий. Этот оригинал затем используется для создания копий. Наконец, применяется новый слой пластика. Он находится сразу за концом занятой области данных и имеет ширину 1 мм.

Данные хранятся в дорожке из поликарбонатного материала. Трек начинается в центре диска и заканчивается на внешней стороне диска, образуя длинную тонкую спираль. В этой спирали имеются микроскопические пазы, называемые ямами, которые записываются на мастер-диск, а затем штампованы на поверхность поликарбонатного диска во время этапа репликации.

А теперь внимание! Пока вы еще не начали играть с новой игрушкой распишу ка я вам технику безопасности. Лазер из DVD-RW привода относится к классу 3B, а значит он очень опасен для зрения! не направляйте луч в глаза и в зеркало! даже глазом моргнуть не успеете, зрение станет значительно хуже! парнишка на одном форуме засветил себе нечаянно, попал на несколько тысяч уёв. Это ему считай повезло. сфокусированным лучом повредить зрение можно и со ста метров! Смотрите куда светите!

Гладкая область между двумя ямами называется землей. Ямы и земли представляют собой данные, хранящиеся на диске. Состав диска включает отражающий материал, который охватывает ямы и земли. Способ отражения света зависит от того, где падает лазерный луч. Яма рассеивает и рассеивает лазерный свет, обматывая слабый сигнал. Земля не тускнет свет, а отраженный свет интерпретируется как сильный сигнал. Определенное количество ям и земель образуют цепочки, которые называются секторами.

Чтобы получить быстрое время доступа, секторы, содержащие данные каждого файла, должны быть смежными. Все сектора имеют одинаковый размер и не зависят от их положения на диске. Диск поворачивается к переменной, быстрее для секторов, расположенных во внутренней части диска, и медленнее для секторов, расположенных во внешней части.

Можно ли испортить ЛД (лазерный диод)? Можно! Даже очень просто. Стоит только превысить ток и диоду наступит конец. Причем доли микросекунд будет достаточно! Именно поэтому ЛД боятся статического электричества. Оберегайте ЛД от него! На смом деле ЛД не сгорает, просто рушится оптический резонатор внутри и ЛД превращается в обычный светодиод. резонатор рушится не от тока, а от световой интенсивности, которая в свою очередь зависит от тока. Также надо быть внимательным к температуре. При охлаждении лазера, КПД его растет, и при том же токе интенсивность возрастает и может разрушить резонатор! Осторожнее! Еще его легко убить переходными процессами, возникающими при включении и выключении! От них стоит защититься.

Процедура чтения, типы вращения, время доступа, поиск и изменение скорости. Этот падающий свет отражается в алюминиевом слое. Количество отраженного света зависит от поверхности, на которой падает луч. Таким образом, мы сказали, что на поверхности данных диска напечатано несколько отверстий, если луч света попадает в отверстие, это рассеивается, а отраженная интенсивность намного меньше, поэтому нам нужно только сопоставить отверстия с нулями и те, у которых есть дырки, и мы будем иметь двоичное представление.

Отраженный свет направляется через серию линз и зеркал на фотоприемник, который собирает количество отраженного света. Световая энергия фотоприемника преобразуется в электрическую энергию и простым порогом, который наш детектор будет решать, соответствует ли точка, указанная указателем, нулевой или одна.

Достаем лазер и сразу же тонкой жилой из многожильного провода обматываем ему ноги! чтобы электрически выводы ЛД были соединены! припаеваем к его ногам небольшой неполярный конденсатор на 0,1мкФ и полярный на 100мкФ и только потом снимаем жилу, которую намотали! Так мы спасем его от статики и переходных процессов, которые ЛД очень не любят!

Наличие оптической и немагнитной считывающей головки позволяет избежать многих проблем, когда нет прямого контакта между головкой и поверхностью диска, но есть определенные меры предосторожности, которые необходимо принимать во внимание, такие как очистка поверхности или пыли, накопленной в поверхность объектива, которая может в конечном итоге повлиять на ошибочное считывание читателем.

Диск может вращаться по-разному в зависимости от того, вращает ли его привод. Исходя из этого, мы имеем два разных типа вращения. Таким образом, когда считывающая головка находится вблизи края, двигатель вращается медленнее, чем когда он находится вблизи центра.

Теперь время подумать о питании нашего лазера. ЛД питается примерно от 3V и потребляет 200–400 мА в зависимости от мощности(скорости привода). Лазер это не лампочка! Ни в коем случае не подсоединяйте его напрямую к батарейкам! Без ограничительного резистора его быстро убьют и 2 батарейки от лазерной указки! ЛД нелинейный элемент, поэтому питать его надо не напряжением, а током! то есть нужны токо ограничивающие элементы.

Время доступа принимается за количество времени, которое требуется устройству от начала процесса чтения до тех пор, пока данные не начнут считываться. Этот параметр задается задержкой, временем поиска и временем изменения скорости. Расположение цилиндров жестких дисков значительно сокращает время поиска. Данные расположены по спирали на поверхности диска, и поэтому время поиска намного больше.

Когда считывающая головка находится в правильном месте для чтения, когда диск вращается, он должен дождаться, когда он пройдет через нужную точку, чтобы начать чтение. Количество времени, которое требуется, в среднем, до тех пор, пока информация не пройдет, где читающая голова ждет, так как она находится в нужном месте, - это так называемая латентность.

Вот так лазер выглядит изнутри:

Итак, надо бы запитать наш лазер!

Рассмотрим три схемы питания ЛД от простейшей, к наиболее сложной. Все схемы питаются от источников постоянного тока, например аккумуляторов.

1 Вариант. Ограничение тока резистором.

Время поиска относится к времени, которое требуется для перемещения считываемой головки в положение диска, на котором находятся данные. Имеет смысл говорить об этой величине в среднем, так как это не то же самое, чтобы достичь данных, находящихся вблизи края, другого, который находится вблизи центра. Эта величина является частью времени доступа, которое является гораздо более значимыми данными.

Это включает время адаптации для этого двигателя, чтобы обеспечить соответствующую скорость, когда он знает точку, где находятся данные. У оптических дисков есть общее, что все используют лазер в качестве средства чтения, но дифференцируются. Информация, записанная в них, кодируется как спираль небольших вложений, записанных на поверхности диска при записи, поэтому они не могут быть изменены позже. Он применяется для:, энциклопедий, законодательства, техников и т.д. Изменение фазы заключается в изменении свойств компакт-диска, изменении его структуры от аморфного до кристаллического и наоборот.

Cопротивление резистора определяется экспериментально, по току через ЛД. Cтоит остановиться на 200 мА для 16х, дальше риск спалить больше. Хотя мой ЛД и на 300 мА работал прекрасно. Для питания подойдут три любых аккумулятора на нужную емкость, также удобно использовать аккумулятор от мобильного телефона (любого).

Интересно то, что вы можете путешествовать по этой информации в интерактивном режиме. Он используется в основном для видео, поскольку он хранит звук и изображения, которые затем распаковываются в реальном времени, чтобы воспроизвести оригинал. Он используется в досуге, общей информации и помогает.

Он используется для хранения первичных ресурсов по мере необходимости, являясь альтернативой микрофишам. Для этого пластик должен быть менее толстым, и для его защиты добавляется больше слоев. В двойных слоях добавляется полуотражающий слой, так что оба слоя могут считываться с одной и той же поверхности диска.

Достоинства: простая конструкция , высокая надежность.

Недостатки: ток через ЛД постепенно падает. И толком не понятно когда конструкцию пора подзаряжать. Использование трех аккумуляторов усложняет конструкцию и неудобна зарядка.

Данную схему удобно размещать в китайском фанарике, где стоит батарея из трех ААА(мизинчиковых) батареек

Исходя из этого, классификация устанавливается на основе количества используемых слоев и граней. Такое технологическое достижение стало возможным благодаря уменьшению размера микрополостей, меньшему разделению между дорожками и использованию очень высокой технологии сжатия данных.

Если обе подложки содержат слои данных, можно хранить до 8, 5 ГБ. Лазерный луч может фокусироваться на любом слое благодаря полупрозрачному покрытию, нанесенному на слой, наиболее близкий к считывателю. Каждая сторона может иметь один или два уровня данных. Как правило, двухсторонний диск имеет два уровня данных, один из которых является полупрозрачным. Эта особенность позволяет хранить почти вдвое больше, чем односторонний диск.

А вот так он выглядит в сборе:

Два резистора по 1 Ому последовательно и два конденсатора.

Вариант 2. Использование микросхемы LM317.

В этой схеме все гораздо сложнее, и она прекрасно подходит для стационарного варианта лазера! В драйвере используется микросхема LM317, которая включена стабилизатором тока. См рисунок.

Драйвер поддерживает постоянный ток через ЛД независимо от питания (не меньше 7В) и температуры. Советую скачать даташит на эту микросхему и разобраться основательней, а так это лучший драйвер для дома!

3 Вариант. Компактный. На LM2621.

Это то, что нужно! Питание от двух аккумуляторов, стабильное напряжение (а следовательно и ток) на ЛД, которое не зависит от уровня зарядки акккумуляторов! Когда аккумуляторы разрядятся, схема выключится и через ЛД будет идти малый ток (слабое свечение). Наиболее умный и экономичный драйвер! КПД около 90 %. И все это на одной LM2621 в малюсеньком корпусе 3х3мм!! тяжело паять, зато у меня получилась плата 16х17мм! И это не придел! См рисунок.

Дроссель L1 я намотал на шару, микруха умная, сама во всем разберется). Я намотал 15 витков проводом 0.5мм на дросселе от компьютерного БП. Внутренний диаметр дросселя 2.5мм, проницаемость феррита неизвестна. Диод шоттки любой 3-х амперный. Например 1N5821,30BQ060,31DQ10,MBRS340T3,SB360,SK34A,SR360. Резистором R1 настраиваем ток диода. советую при настройке подключить туда переменник на 100к. Кстати, все испытания желательно проводить на мертвом ЛД! электрические параметры остаются неизменными. Выбрав для себя подходящую схему, собираем её! Ну а дальше полет для фантазии!! нужно придумать как закрепить оптику! причем ЛД нужно поставить на радиатор! При большом токе он очень хорошо греется! так что заранее продумывайте конструкцию.

Оптика лазера.

Удобно использовать лазерную указку как основу для коллиматора. В ней стоит неплохая линза. Но луч получается примерно 5мм диаметром, а это много. Лучшие результаты показывает родная оптика (выходная линза) но с ней свои трудности. Фокусное расстояние мало, а значит фокус очень сложно настроить, но в тоже время это позволяет получить луч диаметром 1мм!! К слову, чем уже луч, тем большая энергия прикладывается к 1мм 2 таким лучом можно влегкую шинковать черные пакеты)) если же выполнять фокусировку не в луч, а в точку, то в этой точке плавится пластмасса, режется изолента, дерево начинает аж светиться белым светом от нагрева!(6000 градусов не шутки) и многое другое!! Кстати у нас на форуме можно купить лазерные модули фирмы AixiZ - ими можно отлично сфокусировать луч и для дальности и для прожигания!

Вот несколько фоток луча и самой указки

Как выбрать лазерную указку на примере красного лазера 300 мВт

Добрый вечер!

На днях я задумался, какое же это удивительное изобретение лазер… Только подумайте, энергия способная проплавить пластик сосредоточена в луче и устремляется в бесконечнось! Луч, который исходит из твоих рук и достает до облаков! До тех, что кажутся недоступными для людей… ну а чего стоят взгляды прохожих! Про одногруппников и коллег по работе и речи нет, они в шоке когда видят как острый луч резво вырезает кружочки из черного пакета! Решил я рассказать Вам о характеристиках лазера, а именно о характеристиках лазерной указки на полупроводниковом лазере. Так уж завелось, что люди любят сравнивать и выяснять у кого больше, лучше, дороже… а по каким параметрам лазеры сравнивать? И тут пошел маркетинг… 99 % людей при выборе лазера ведутся на мощность! Она интересует их в первую очередь! как же они ошибаются… хотя примерно так же, как и люди которые гонятся за мегапикселями.

На самом деле мощность далеко не идеальный параметр, по которому стоит упорядочивать лазерные указки. Перечислю параметры, которые важны конечному пользователю: Мощность, надежность, толщина луча (апертура), расходимость луча, габариты, защита от перегрева, стабильность излучаемой мощности, удобство питания, механическая прочность. Не мало параметров, правда? А теперь о каждом помаленьку…

Мощность -мощность светового потока . так ли она важна? несомненно! чем мощнее, тем лучше! однако лампочка на 100Вт излучает гораздо больше световой мощности, но не прожигает ничего… В общем общий смысл: мощность нужна как можно больше, но при условии что остальные параметры тоже на высоте.

Надежность: ну тут вроде все ясно, чем дольше проработает и чем больше "защит от дурака" тем лучше. это к слову о китайских указках, которые продают в сети интернет. Почитайте отзывы людей и поймете, что если лазер проработает неделю, это уже удача.

Толщина луча: казалось бы, что в ней такого? а вот что! если распределить 300 мВт мощности лазерного излучения на площадь 1квадратный метр, то его почти не будет видно! ни о каких эфектах плавления, горения и речи нет! Короче, для того, чтобы плавить, резать, зажигать необходима достаточная плотность излучения. её можно увеличить двумя способами, либо увеличивать мощность, либо уменьшать площадь, на которую воздействуем. Если 300 мВт мощности сосредоточить на круглой площадке диаметром 3мм (точка обычной китайской указки на 1 мВт), то максимум можно проплавлять пакеты, и то долго! пластик не плавится, спички не зажигаются… но если поставить хорошую оптику и сделать луч в два раза тоньше, то плотность возрастает в 4 раза! тут и пластик плавится, и спички зажигаются.

Расходимость луча: так уж сложилось что нет ничего идеального, и луч лазера постепенно становится шире и шире… уже через пару десятков метров диаметр луча достигает 1 см! расходимость зависит от толщиы луча. чем тоньше луч, тем быстрее он расходится. Однако даже тонкий луч достает до облаков и на них видно маленькую точку.

Габариты: все стремятся к минимуму размеров и массы без проигрыша в остальных параметрах..

Защита от перегрева: лазер достаточно мощный и ощутимо греется. без охлаждения за пару секунд он перегревается. Установив радиатор побольше и обеспечив хороший контакт можно с уверенностью сказать что лазер не выйдет из строя от того, что забыли его выключить.

Стабильность излучаемой мощности: Вот тут интересно) видели яркие лозунги в интернете? 100 мВт, 200 мВт, 300 мВт? а на деле раза в два меньше… дело в том, что при использовании примитивных драйверов мощность лазера сильно зависит от состояния батареек. Я погулял по сайтам производителей батареек и видел графики разряда батареек, так вот когда батарейка новая, на ней 1.5Вольта, но уже через секунду напряжение падает до 1.2–1.3Вольт! и так достаточно долгое время, после чего напряжение начинает стремительно падать-батарея разряжена. ну так вот, эта мощность приводится для напряжения питания 4.5В, а в реальной жизни после включения лазер сначала моргнет полной мощностью, а потом выйдет на режим в пол мощности… вот такие результаты… чтобы такого не было, нужно применять интеллектуальные драйверы, которы стабилизирую ток лазера вне зависимости от состояния батареек. но они дороги и в китайцами не используюся.

Удобство питания: Видел в сети лазер, питается от двух CR2 литиевых батареек, вроде хорошо, да? маленькие, легкие… вот только какого отдать за каждую батарейку 100 рублей? через час она сядет, и что? снова 200р выкидывать? Да и далеко не в каждом магазине можно наити эти редкие батарейки. Другое дело стандартные ААА и АА батарейки и аккумуляторы. дешёвые и распространенные.

Механическая прочность: очень обидно смотреть на обломки лазера, который выпал из рук на асфальт… чем прочнее лазер, тем больше вероятность что он выживет в экстремальных условиях. Я занимаюсь продажей лазеров, поэтому для меня крайне важны все эти параметры. И вот чего я достиг в этой области:

Нормально? «Голова» выточена на токарном станке из алюминия, лазер точно не перегреется!)) остальная часть взята от фонарика.

Драйвер: Вот тут я постарался и разработал отличный драйвер! Он независимо от источника питания поддерживает выходную мощность на уровне 300 мВт! То есть не нужно беспокоиться, что при замене батареек на аккумуляторы упадет мощность, да и эффект первых трех секунд тут устранен, мощность всегда 300 мВт пока батарейки не сядут. Кстати контролируется еще и температура! Известны случаи когда лазер сгорал от холода. На холоде возрастает КПД и лазер выходит из строя. Мой драйвер следит за температурой и при охлаждении постепенно снижает ток через диод. Испытывал до 0 градусов, все работает! Сразу предупрежу, нигде в сети описаний этого драйвера нет и просить меня чтоб я дал схему бесполезно.

Оптика: Предлагаю покупателям два варианта, либо толстый луч (~3мм) или тонкий (~1мм). Кому нужно для световых эффектов, тот берет с толстым, потому что расходится меньше. А для прожигания, зажигания и наблюдения луча покупают с тонким лучом. Лазер с тонким зажигает спички, плавит пластик, коробку от ДВД диска за несколько секунд насквозь! Все это можно посмотреть на видео в конце статьи.

Питание: Для питания лазера используется 3 ААА элемента (аккумуляторы или батарейки) независимо от этого гарантируется полная мощность. при питании от батареек полная мощность примерно полчаса, потом постепенно снижается. от аккумуляторов (ввиду их большей емкости) время работы на полную раза в 4 больше.

Пишущих DVD приводов, несмотря на тотальное засилие флешек, осталось ещё очень много. Валяются многие из них нерабочие — выкидывать жалко, а куда применить непонятно… Ну хотя бы сделать самодельный 1 ваттный лазер , с помощью которого можно поджигать спички ничуть не хуже чем с помощью дорогих с Алиэкспресса. Но просто так к батарейке лазерный диод не подключить — нужен драйвер (формирователь правильного напряжения).

Схема драйвера питания лазера

Управляемую напряжением цепь источника тока можно использовать для того чтобы управлять постоянным его течением через лазерный диод. Этот простой линейный драйвер обеспечивает более чистое питание лазерного диода, чем классический PWM (ШИМ).

Параметры устройства

• Питание элемента — 3,3 В постоянного тока
• Ток нагрузки до 300 мА (при изменении схемы до 1 А)
• Плавная регулировка мощности лазера с помощью переменника

Ток лазерного диода приводит к дифференциально измеряемому падению напряжения через резистор шунта (RSHUNT), включенного последовательно с лазерным диодом. Прохождение выхода проконтролировано вводом напряжения (VIN) который приходит от регулятора Pr1 уравновешивая его.

При необходимости, ток выхода можно поднять в несколько раз изменив транзистор на более мощный (снабдив теплоотводом) и понизив сопротивление резистора шунта. Скачать рисунок платы можно .

Предупреждаем: если вы по своей глупости выжгете глаза — мы не виноваты!

Под термином «лазерный диод » понимается лазер полупроводникового типа, основа конструкции которого представлена диодом. Принцип работы такого лазера строится на том, что после того, как в диод были инжектированы носители заряда в зоне p-n — перехода возникает инверсия населённостей.

Принцип работы лазерного диода

Всегда необходимо помнить, что при формировании излучения больше важен не ток лазерного диода, а напряжение. В момент подачи на анодный конец диода положительного потенциала, наблюдается смещение диода по прямому направлению. Это подразумевает инжекцию дырок из p-области в n-область и аналогичную инжекцию электронов в обратном направлении. Расположение электрона и дырки в достаточной близости для проявления эффекта туннелирования делает возможной их рекомбинацию. Данное действие сопровождается образованием:

• Фотонов, имеющих определённую длину волны (результат принципа сохранения энергии);
• Фононов (компенсируют забираемые фотонами импульсы).

Явление носит название спонтанного излучения и применительно к светодиодам считается главным методом создания излучения.

Рис 1 Конструкция лазерного диода.

Если рекомбинирование электрона и дырки, несмотря на общую пространственную область, не происходит весьма долго. Пересечение этой области фотоном с резонансной частотой провоцирует процесс вынужденной рекомбинации, результатом которой становится формирование другого фотона, полностью совпадающего с первым по всем значимым параметрам.

Особенности конструкции

Кристалл полупроводника лазерного диода представляет собой весьма тонкую прямоугольную пластинку. Деление на p и n области здесь происходит по принципу не лево-право, а верх-низ. То есть, вверху расположена p-область, а внизу — n-область.

Как результат: площадь p-n — перехода достаточно велика. Для торцевых (боковых) сторон обязательна полировка, поскольку формирование оптического резонатора (Фабри-Перо) требуются наличие параллельных плоскостей абсолютной гладкости. Перпендикулярно направленный в отношении одной из таких плоскостей случайный фотон (сформированный спонтанным излучением) будет двигаться по всему оптическому волноводу, периодически отражаясь от боковых граней, пока наконец не покинет резонатор.

Во время движения этот фотон станет причиной нескольких актов вынужденной рекомбинации, формирования подобных фотонов и усиления излучения. В момент, когда усиление достаточно для перекрытия потерь, происходит лазерная генерация.

Разновидности лазерных диодов

• P-n гомоструктурный диод.

В большинстве случаев слой лазерного диода весьма тонок и генерация фотонового потока происходит параллельно структуре этого слоя. Однако, при конструкции достаточной ширины, диод может функционировать в поперечном варианте. Это многомодовые диоды, и их использование демонстрирует высокую мощность излучения в комбинации с высокой его расходимостью.

С целью обеспечения лучшей фокусировки по ширине волновод должен сопоставляться с длиной волны излучения.

Ввиду малой толщины излучающего элемента и дифракции наблюдается сильное расхождение луча в момент выхода. Компенсировать данный эффект можно при помощи собирающих линз. В случае с многомодовыми лазерами обычно используют линзы цилиндрического типа. А если для стандартного лазера применить симметричные линзы, то луч в сечении приобретёт форму эллипса поскольку в вертикальном направлении луч расходится сильнее, чем в горизонтальном.

Лазерный диоды данного типа не отличаются эффективностью. Для их работы применяется большая входная мощность и импульсное воздействие (позволяющее избежать перегрева). В производстве они практически не используются.

• Лазерный диод с двойной гетероструктурой (ДГС).

Особенностью диодов данного типа является то, что в них кристаллический слой, имеющий более узкую запрещённую зону, фиксируется между двух кристаллических слоёв, имеющих более широкую запрещённую зону.

Большим плюсом моделей данного типа является увеличение активной области (распространяющуюся практически на весь средний слой) и усиление потока фотонов (благодаря дополнительному отражению света от гетеропереходов).

• Лазерный диод с квантовыми ямами.

При более сильном истончении среднего слоя в диодах ДГС-типа, его свойства изменяются таким образом, что он превращается в квантовую яму. Таким образом по вертикали электронная энергия будет подвергаться квантованию.

Рис 2 Лазерный диод — вид разрезе

Разность энергетических уровней квантовых ям может быть использована излучения взамен возможного барьера. Это позволяет регулировать длину волны при излучении, определяемую толщиной среднего слоя. Более эффективный вариант ввиду равномерности распределения электронов и дырок.

• Лазерный диод с гетероструктурой и раздельным удержанием

Гетероструктурные лазеры с тонким слоем имеют один весомый недостаток — они не в состоянии эффективно удерживать свет. Для разрешения проблемы к двум сторонам кристалла крепится по дополнительному слою. По коэффициенту преломления эти слои уступают центральным. Общая конструкция при этом становится подобна световоду. Наибольший процент лазерных диодов сформирован по данной технологии.

• Лазерные диоды с распределением обратной связи (РОС).

Лазеры РОС-типа применяются для многочастотных волоконно-оптических связей. При помощи поперечной насечки в области p-n — перехода, необходимой для формирования дифракционной решётки, становится возможной стабилизация длины волны. Конкретное её значение зависит от параметров насечки, однако возможны некоторые деформации под действием температурных всплесков. Лазеры данного типа применяются преимущественно для телекоммуникаций и оптики.

• VCSEL

Лазер поверхностного излучения, снабжённый вертикальным резонатором. Это означает, что свет будет направлен перпендикулярно относительно грани кристалла, в то время как лазеры других типов излучают свет параллельно кристаллу.

• VECSEL

Аналогичен по свойствам предыдущему варианту, но оснащён внешним резонатором.

Драйвер для лазерного диода

Выходная оптическая мощность лазерного диода (являющая одной из основных оптических характеристик) находится в зависимости от тока, проходящего по p-n — переходу. Ввиду этого драйвер лазерного диода обязательно должен соотноситься с источником тока. Все характеристики относящиеся к источнику тока отражаются на параметрах оптической мощности.

В сферу «обязанностей» драйвера входит не только регулировка мощности, но и терморегуляция, осуществляемая через охладитель. Конструкция управляющего блока при этом может быть как совмещённой, так и раздельной.

Рис з Схема простейшего драйвера лазерного диода

Как подключить лазерный диод

Питать лазерный диод можно при помощи:

1. Батарей;
2. Аккумуляторных источников питания;
3. Стационарных сетей на 220 В (при соответствующей защите от перепадов тока и напряжения).

Подключение лазерного диода к сети на 220 вольт опасно выбросами напряжения и высокочастотными всплесками. Чтобы обеспечить в защиту при данном варианте, потребуется конструкция, включающая в себя:

• Стабилизатор напряжения;
• Конденсатор;
• Токоограничивающие резисторы;
• Лазерный диод.

При использовании всех приведённых компонентов можно гарантировать безопасность эксплуатации диода.

Рис 4 Одно из подключений лазерного диода

Излучение с какой длиной волны может производить лазерный диод?

Единица измерения длины волны, которую может продуцировать лазерный диод — нм , иначе «нанометры». Благодаря этому значению можно определить цветовой спектр испускаемого светового луча:

• 650 нанометров

Поток фотонов красного цвета наиболее часто используется в конструкциях дисководов. При дневном свете луч этого лазера виден не очень хорошо, но причина этому только невосприимчивость человеческого зрения. При мощности от 20-50 мВт и фокусировки светового пятна в минимально возможную по площади точку проявляется эффект «жжения». Мощность на 200 мВт при правильной фокусировке позволяет резать бумагу различной плотности.

• 532 нанометра.

Зелёный поток. Лазеры данного типа очень хрупки и чувствительны к температурным всплескам, требуют крайне осторожного обращения. К тому же обладают сложным устройством и до недавнего времени были крайне дорогими.

Главный положительный момент их применения: зрительно излучение на 532 нм наиболее хорошо различимо. Поэтому использовать лазер зелёного цвета мощнее, чем на 5мВт будет небезопасно для зрения. Кроме того, в силу особенностей конструкции вместе с зелёным спектром лазер поставляет и инфракрасный с длиной волны на 808 нм и 1064 нм, а это только повышает травмоопасность такого прибора. Правда в более дорогих экземплярах стоят специальные фильтры, но это обязательно нужно проверять.

• 405 нанометров.

Фиолетовое излучение. Опасно тем, что слабо различимо для человеческого глаза и кажется слабым по мощности, хотя на деле ситуация строго противоположная. Его трудно сфокусировать. В общем, в целях эксплуатации не самый удобный вариант. Может быть актуален разве что при работе с фоторезисторами.

• 780 нанометров.

Инфракрасное излучение. Опасно в силу того, что не воспринимается человеческим зрением от слова совсем. А это грозит различными травмами зрения. Работа возможна только при отсутствии инфракрасного фильтра, что обеспечит хотя бы относительную видимость луча.

• 10 микрометров.

Излучение также инфракрасное с надбавкой CO2. Наиболее широко применяется в промышленности. Подобные лазеры имеют низкую стоимость, высокую мощность и отличаются высоким КПД. Используются данные лазерные диоды для резки металла или фанеры. С их помощью выполняется гравировка.

Все конечно знают лазерные указки. Такие указки только светят и не имеют нагревательного эффекта. Это и неудивительно, т. к. его оптическая сила всего 1 мВт (максимальная 5 мВт). Автор хотел сделать лазер высокой мощности, но строительство классического лазера является очень сложным, поэтому он поступил иначе...

В наличии оказались три сломанных CD-RW привода. Лазеры в них, как правило, имеют мощность при импульсном режиме 100 - 250 мВт, при непрерывном- 50 - 125 МВт. Работают в инфракрасном диапазоне на длине волны 780 нм. Средний рабочий ток 100 мА - 150 мА, импульсный до 200 мА. При подключении диода лучше не рисковать и настроить ток в цепи питания около 100 мА (можно и больше, но существует риск разрушения диодов, так как его тип трудно установить). Падение напряжения на диоде около 2,1 - 2,15 В. Для ограничения тока можно использовать резистор. Это не идеальное решение, но это работает. Лучше конечно применить источник питания со стабилизированным током с 7805 или LM317.

В оригинальной конструкции лазерного устройства, лазерный луч фокусируется c расстоянием в несколько мм, существуют две линзы: первая преобразует расходящийся свет диода в параллельный пучок, вторая- фокусирует его на необходимом расстоянии. Такой диод не подходит для экспериментов, поэтому нужна небольшая переделка.

Есть два возможных решения:
1) Снимите лазерный диод и применяем к нему оптику от другого устройства (лазерный принтер. Это подходит только для лазерных диодов с обычными корпусами диаметром 5,6 мм, которые стыкуются со старонней оптикой.
2) Оставляем лазерный диод в оригинальной части, удаляем одну из линз (ближнюю к CD диску). Вторую линзу смещаем от диода и фокусируем луч в точку на нужное расстояние (1 см до 1 м или более).
Лазерный диод должен быть соосно совмещен с линзой, в противном случае вы не сможете с фокусировать пучок. Лазерные диоды никогда не должны быть включены, если они не помещены в достаточно большом металлический корпус, который служит теплоотводом!

То, что вы можете найти в различных устройствах для записи дисков: В DVD-RW дисководах есть 2 лазерные диоды: красный для сжигание DVD и инфракрасный для сжигания CD. В DVD-ROM приводах (только чтение) может предложить вам только слабый красный диод на 1 мВт, они хороши только для конструирования указок. Они не смогут зажигать или вырезать что-нибудь. В комбинированных CD-RW / DVD-ROM (прожиг CD и только читает DVD) вы можете найти диод инфракрасного и слабый красный диод (как в DVD-ROM). И, наконец, диоды из только читатающих CD-ROM совершенно бесполезны:).

Внимание! Лазерные диоды из CD-RW излучают невидимое лазерное излучение, и они очень опасны! Их свет может повредить глаза. Вы никогда не должны смотреть в рабочей диода даже без линзы или указать его на отражающей поверхности. Лазерный луч может вызвать ожоги или пожар. Это, как правило, класс лазера III b. Все, что вы делаете, вы делаете на свой страх и риск.

Простейшее подключение лазерного диода.

Подключение лазерного диода

R= (U-Ud) /I

Расчет сопротивления серии лазерного диода (напряжения U должно быть по крайней мере выше на 1 В чем падение напряжения Ud на лазерном диоде. Падение напряжения Ud 2,15 В для инфракрасного и 2,5 В для красных диодов. Никогда не устанавливайте ток лазерного диода выше 0,2 A.

Примечание: Если диод подключен к любому источнику питания (даже регулируемому) без сопротивления или регулятора тока, диод будет уничтожен! Лазерный диод имеет почти нулевое сопротивление. Падение напряжения 2,1 В не означает, что диод может быть подключен к 2.1 В!