Светодиод для лазерной указки

Как подключить лазерный диод, схема

Сегодня во многих приборах бытового и любого другого плана используются лазерные диоды (полупроводники) для создания целенаправленного луча. И самым важным моментом в самостоятельной сборке лазерной установки является подключение диода.

Из этой статьи вы узнаете обо всем, что нужно для качественного подключения лазерного диода.

Особенности полупроводника и его подсоединения

От led диода лазерная модель отличается очень маленькой площадью кристалла. В связи с чем наблюдается значительная концентрация мощности, что приводит к кратковременному превышению значения тока в переходе. Из-за этого такой диод может легко перегореть. Поэтому, чтобы лазерный диод прослужил как можно дольше, необходима специальная схема – драйвер.

Обратите внимание! Любой диод лазерного типа необходимо питать стабилизированным током. Хоте некоторые разновидности, дающие красный свет, ведут себя достаточно стабильно, даже если имеют не стабильное питание.

Красный лазерный диод

Но, даже если используют драйвер, диод нельзя подключать к нему. Здесь необходим еще «датчик тока». В его роли часто выступает общий провод низкоомного резистора, который включается в разрыв между этими деталями. В результате схема имеет один существенный недостаток — минус питания оказывается «оторван» от минуса, имеющегося в питании схемы. Кроме этого данная схема имеет еще один минус — на токоизмерительном резисторе происходит потеря мощности.
Собираясь подключить лазерный диод, необходимо понимать, к какому драйверу его следует подключать.

Классификация драйверов

На данный момент существует два основных типа драйверов, которые можно подключить к нашему полупроводнику:

  • импульсный драйвер. Представляет собой частный случай преобразователя напряжения импульсного характера. Он может быть как понижающим, так и повышающим. У них входная мощность приблизительно равна выходной. При этом имеется незначительное преобразование энергии в тепло. Упрощенная схема импульсного драйвера имеет следующий вид;

Упрощенная схема импульсного драйвера

  • линейный драйвер. На такой драйвер схема обычно подает больше напряжения, чем требует полупроводник. Для его гашения необходим транзистор, который лишнюю энергию будет выделять с теплом. Такой драйвер имеет небольшой КПД, в связи с чем его используют крайне редко.

Обратите внимание! При использовании линейных микросхем-стабилизаторов интегрального плана при падении входного напряжения на диоде ток будет уменьшаться.

Схема линейного драйвера

В связи с тем, что питание любого лазерного диода может осуществляться через два разных типа драйверов, то схема подключения будет различаться.

Особенности соединения

Схема, которая будет использоваться для питания лазерного диода, может содержать в себе не только драйвер и «датчик тока», но и источник питания – аккумулятор или батарею.

Вариант схемы подключения

Обычно аккумулятор/батарея в таком случае должны иметь напряжение в 9 В. Кроме них в схему обязательно должны входить лазерный модуль и токоограничивающий резистор.

Обратите внимание! Чтобы не тратиться на диод, его можно извлечь из DVD привода. При этом это должен быть именно компьютерное устройство, а не стандартный проигрыватель.

Лазерный полупроводник имеет три вывода (ноги), два из которых размещены по бокам, а один – посредине. Средний выход следует подключать к минусовой клемме выбранного источника питания. Положительную клемму нужно подсоединять к левой или правой «ноге». Выбор левой или правой стороны зависит от производителя полупроводника. Поэтому нужно определить, какой именно вывод будет: «+» и «-». Для этого на полупроводник следует подать питание. Здесь отлично справятся две батарейки, каждая по 1,5 вольт, а также резистор в 5 Ом.
Минусовый вывод у источника питания следует подключить к центральному минусовому выводу, определенного у диода. При этом плюсовая сторона должна подсоединяться к каждой из двух оставшихся клемм полупроводника поочередно. Таким образом его можно подключать и к микроконтроллеру.
Питание для лазерного диода можно осуществить с помощью 2-3 пальчиковых батареек. Но при желании в схему можно включить и аккумулятор от мобильного телефона. В таком случае необходимо помнить, что понадобиться еще дополнительный ограничительный резистор на 20 Ом.

Подсоединение к сети 220 В

Полупроводник можно запитать от 220 В. Но здесь необходимо создать дополнительную защиту от высокочастотных всплесков напряжения.

Вариант схемы питания диода от сети в 220 В

Такая схема должна включать в себя следующие элементы:

  • стабилизатор напряжения;
  • токоограничивающий резистор
  • конденсатор;
  • лазерный диод.

Сопротивление и стабилизатор будут образовывать блок, который сможет препятствовать токовым выбросам. Для предотвращения всплесков напряжения необходим стабилитрон. Конденсатор будет препятствовать появлению высокочастотных всплесков. Если такая схема была правильно собрана, то стабильная работа полупроводника будет гарантирована.

Пошаговая инструкция подсоединения

Самым удобным в плане создания лазерной установки своими руками будет красный полупроводник, имеющий выходную мощность примерно в 200 милливатт.

Обратите внимание! Именно таким полупроводником оснащен любой компьютерный DVD-проигрыватель. Это значительно упрощает поиск источника света.

Подключение выглядит следующим образом:

  • для подключения необходимо использовать один полупроводник. Их обязательно нужно проверить на работоспособность (достаточно просто подключить к батарейке);
  • выбираем более яркую модель. При проверке инфракрасного светодиода (при взятии его из компьютерного проигрывателя), он будет светить слабым красным свечением. Помните, что его

ЗАПРЕЩАЕТСЯ направлять в глаза, иначе можно полностью лишиться зрения;

  • далее лазер устанавливаем на самодельный радиатор. Чтобы это сделать, нужно просверлить в алюминиевой пластине (толщина примерно 4 мм) отверстие с таким диаметром, чтобы диод входил в него достаточно туго;
  • между лазером и радиатором необходимо нанести небольшой слой термопласты;
  • далее берем проволочный керамический резистор, имеющий сопротивление 20 Ом с мощностью в 5 Вт и соблюдая полярность подключаем его к схеме. Через него нужно подключить лазер и источник питания (мобильный аккумулятор или батарейку);
  • сам лазер следует зашунтовать с помощью керамического конденсатора, имеющего любую емкость;
  • далее отворачивая устройство от себя, следует подключить его к сети питания. В результате должен включить красный луч.

Красный луч от самодельного устройства

После этого его можно сфокусировать при помощи двояковыпуклой линзы. Сфокусируйте его на несколько секунд в одной точке на бумаге, которая поглощает красный спектр. Лазер на ней оставит красный свет.
Как видите, получилось работающее устройство, которое подключено к сети в 220 В. Используя различные схемы и варианты подключения, можно создать разные приспособления, вплоть до карманной лазерной указки.

Заключение

Подключая лазерный диод, необходимо помнить о безопасном обращении с ним, а также знать нюансы, которые присутствуют в его работе. После этого останется только подобрать понравившуюся схему и подключить полупроводник. Главное помните, что все контакты должны быть хорошо запаяны, иначе деталь может перегореть в процессе работы.

Собираем карманный лазер

В этом посте я опишу, как собирал фиолетовую лазерную указку из хлама, нашедшегося под рукой. Для этого мне потребовался: фиолетовый лазерный диод, коллиматор для сведения пучка света, детали драйвера, корпус для лазера, источник питания, хороший паяльник, прямые руки, и желание творить.

Заинтересовавшихся и желающих поковыряться в электронике — прошу под кат.

Попался мне под руку убитый Blu-ray резак. Выбросить было жалко, а что из него можно сделать — я не знал. Спустя полгода наткнулся на видеоролик, в котором была показана такая самодельная «игрушка». Тут и блюрей пригодился!

В системе чтения-записи привода используется лазерный диод. Выглядит он в большинстве случаев так:

Для питания «красного» диода необходимы 3-3.05 вольт, и от 10-15 до 1500-2500 миллиампер в зависимости от его мощности.
А вот диод «фиолетовый» требует аж 4.5-4.9 вольт, поэтому питать через резистор от литиевого аккумулятора не получится. Придется сделать драйвер.

Так как у меня был положительный опыт с микросхемой ZXSC400, то я без раздумий ее и выбрал. Эта микросхема представляет собой драйвер для мощных светодиодов. Даташит. С обвязкой в виде транзистора, диода и индуктивности я мудрить не стал — все из даташита.

Печатную плату для драйвера лазера я изготовил известным многим радиолюбителям ЛУТ-ом (Лазерно-утюжная технология). Для этого необходим лазерный принтер. Схема нарисована в программе SprintLayout5 и напечатана на пленке для дальнейшего перевода рисунка на текстолит. Пленку можно использовать практически любую, лишь бы не застряла в принтере и на ней качественно напечаталось. Вполне подходит пленка от пластиковых папок-конвертов.

Если же нет пленки, не нужно расстраиваться! Одалживаем у подруги или жены женский глянцевый журнал, вырезаем оттуда самую неинтересную страницу и подгоняем ее под размер А4. Затем печатаем.

На фото ниже можно увидеть пленку с нанесенным тонером в форме разводки схемы, и подготовленный к переносу тонера кусочек текстолита. Следующим шагом будет подготовка текстолита. Лучше всего брать кусочек, раза в два больше нашей схемы, чтобы было удобнее прижать к поверхности во время следующего шага. Медную поверхность необходимо зашкурить и обезжирить.
Теперь нужно перенести «рисунок». Находим в шкафу утюг, включаем его. Пока он разогревается, кладем кусочек бумаги со схемой на текстолит.

Как только утюг нагреется, нужно аккуратно прогладить пленку через бумагу.

В этом видео весьма наглядно показан процесс.

Когда она «прилипнет» к текстолиту, можно выключать утюг и переходить к следующему шагу.

После переноса тонера с помощью обычного утюга это дело выглядит так:

Если некоторые дорожки не перенеслись, либо перенеслись не очень хорошо, их можно поправить CD-маркером и острой иголкой. Желательно использовать увеличительное стекло, дорожки довольно мелкие, всего 0.4 мм. Плата готова к травлению.

Травить будем хлорным железом. 150 рублей за баночку, хватает надолго.

Разводим раствор, кидаем туда нашу заготовку, «помешиваем» плату и ждем результата.

Не забываем контролировать процесс. Аккуратно вытаскиваем плату пинцетом (его тоже лучше купить, этим мы избавим себя от лишнего мата и «соплей» припоя на будущей плате при пайке).

Читайте также  Отражатель света своими руками

Ну вот, плата вытравилась!

Аккуратно зачищаем мелкой шкуркой, наносим флюс, залуживаем. Вот, что получается после облуживания.

На контактные площадки припоя можно нанести чуть больше чем везде, чтобы паять детали удобнее было, и без наноса припоя дополнительно.

Осталось отрезать чуть дальше обведенных контуров, и обточить лишнее надфилем. Я делал драйвер в двух экземплярах — на всякий случай. Текстолит удобно резать ножницами по металлу.

Собирать драйвер будем по этой схеме. Обратите внимание: R1 — 18 миллиОм, а не мегаОм!

При пайке лучше всего использовать паяльник с тонким жалом, для удобства можно воспользоваться увеличительным стеклом, ведь детали достаточно мелкие. При этой пайке используется флюс ЛТИ-120.

Итак, плата практически спаяна.



Проволочка впаивается на место резистора на 0.028 Ом, так как такой резистор мы вряд ли найдем. Можно впаять параллельно 3-4 SMD-перемычки (выглядят как резисторы, но с надписью 0), на них около 0.1 ом реального сопротивления.

Но таких не оказалось, поэтому я использовал обычную медную проволоку аналогичного сопротивления. Точно не измерял — лишь подсчеты какого-то онлайн-калькулятора.

Напряжение выставлено всего 4.5 вольт, поэтому светит не очень ярко.

Разумеется, выглядит плата грязновато до смывки флюса. Смывать можно простым спиртом.

Теперь стоит написать и об коллиматоре. Дело в том, что лазерный диод сам по себе светит не тонким лучом. Если включить его без оптики, то светить он будет как обычный светодиод с расходимостью в 50-70 градусов. Для того, что бы создать луч, нужна оптика и сам коллиматор.

Коллиматор заказан из китая. Он содержит в себе еще и слабый красный диод, но он мне не был нужен. Старый диод можно выбить обычным болтом М6.

Раскручиваем коллиматор, выкручиваем линзу и заднюю часть, отпаиваем драйвер от диода. Оставшееся крепление зажимаем в тиски. Выбить диод можно, ударив по нему.
Диод выбит.


Теперь нужно запрессовать новый фиолетовый диод.
Но на ноги диоду нажимать нельзя, а по-другому запрессовывать неудобно.
Что же делать?
Задняя часть коллиматора прекрасно подходит для этого.
Вставляем новый диод ножками в отверстие в задней части цилиндра, и зажимаем в тиски.
Плавно закручиваем тиски, пока диод полностью не запрессуется в коллиматор.


Итак, драйвер и коллиматор собраны.
Теперь закрепляем коллиматор в «голову» нашего лазера, и припаяем диод к выходам драйвера с помощью проводков, либо прямо к плате драйвера.

В качестве корпуса я решил использовать простой фонарик из хозяйственного магазина за сто рублей.
Выглядит он так:

Все железки для лазера и коллиматор.

На прищепку для удобства крепления нацеплен магнитик.
Осталось лишь вставить устройство лазера в корпус и закрутить.


Sprint layout 5, файлы разводки печатной платы в архиве.

P.S. Этот карманный лазер является достаточно опасной «игрушкой». Лазеры класса I-II для человека и глаз не особо опасны, разве что диод случайно в глаз попадет при неудачной сборке. А вот классы III-IV способны повредить или лишить зрения вовсе. Необходимо использовать очки. Направлять луч в сторону людей, а тем более в лицо — нельзя.

Китайская красная указка светит с мощностью 0.5-1 мВт. Этот лазер имеет мощность 150-200 милливатт. Представьте, что на Вас направили одновременно 150-200 указок!

Лазерные светодиоды в Москве

  • Аксессуары для проекторов
  • Сетевое оборудование Wi-Fi и Bluetooth
  • Световое и сценическое оборудование
  • Радиодетали и электронные компоненты
  • Строительные нивелиры и лазерные уровни
  • Светодиодные ленты
  • Прижимные устройства для деревообрабатывающих станков

Лазерный светодиод 5мВт 650нм с регулировкой фокуса

Лазер 5V 5мВт 650нм красный

Лазерный диод 650нм 5В 6мм 5мВт TZT

Лазерный светодиод 5мВт 650нм 3В

Лазер с лучом «Точка» LD-G650A03

Лазерный диод 650nm

Лазер с крестообразным лучом 5MW

Лазерный модуль, красная точка, 5мВт

KY-008 Laser sensor, лазерный модуль

Светодиодный многолучевой дискотечный прибор с зеленым лазером Led Star Cyclone

Лазерный модуль (точка) — 5 мВт 650 нм Красный

Мощный COB светодиод 5W на 220V без драйвера!

Указка лазерная светодиод+кр.лазер RP-24

Лазерный модуль (точка) — 5 мВт 650 нм Красный

Лазерный модуль (точка) — 5 мВт 650 нм Красный

Модуль с лазерным светодиодом 650нм

Светодиодная цветомузыка Big Dipper LM0910RG с лазером

Лазерная цветомузыка SkyDisco Laser Show RGB New

Лазерный проектор YX-09 «Веселые огоньки»

Комбинированный световой многофункциональный прибор 5 в 1: дерби, стробоскоп, лазерный эффект, ультрафиолет и цветная заливка Led Star Multi EFX5

Мини-лазер Laser Stage Lighting (цветомузыка)

Указка лазерная светодиод+кр.лазер RP-24

Диодный лазер PenLase

Лазерный модуль (линия) — 5 мВт 650 нм Красный

Мощный COB светодиод 30W на 220V без драйвера!

Лазерный проектор Snow flower lamp с пультом черный

240 в, 50/60 гц, Мощность — 5 вт, Лазер — зеленые laser/532nm 30mw, Управление — управление через контроллер lrc128, авторежим, звуковая активация, dmx512, Эффект — лазерный дождь, Вес — 0.54 кг

Все о работе и подключении диодного лазера

Изначально лазеры представляли собой громоздкие конструкции, состоящие из множества сложных и хрупких узлов. С появлением полупроводниковых элементов размеры и возможности лазеров значительно изменились. Основу конструкции стал составлять лазерный диод, к которому требовалось лишь подвести соответствующее питание.

Получить лазерный луч стало возможно не только в научно-производственных, но и в бытовых условиях. В результате этих изменений появилось множество устройств, использующих лазер в прикладных целях. Областью применения стали:

  • техника;
  • медицина;
  • измерительные устройства;
  • в качестве декоративной подсветки.

Приведенный список не является исчерпывающим, поскольку разработки новых устройств и аппаратуры с использованием подобных технологий ведутся постоянно. Рассмотрим особенности конструкции и принцип функционирования лазерного диода.

Принцип работы и особенности конструкции

Принцип работы лазерного диода основан на эффекте рекомбинации фотонов при прохождении p-n перехода. Если организовать достаточно продолжительное расположение электрона и дырки в непосредственной близости друг от друга, выделяется энергия, представленная фотоном. Подобный процесс, запущенный в стабильном режиме, вызовет появление постоянного свечения.

Основным элементом лазерного диода является полупроводниковый кристалл малой толщины с легированными слоями, образующими p и n области. При подаче напряжения на анод начинается активное выделение фотонов, что внешне определяется как устойчивое свечение.

Полупроводниковая пластинка (кристалл) имеет большую площадь по сравнению с толщиной. Фотон, проходя через нее, многократно отразится от верхнего и нижнего слоев, каждый раз вызывая образование новых фотонов. Этот процесс позволяет получить стабильный пучок света, который остается только сфокусировать с помощью линзы.

Важно! Приведенное описание несколько упрощено, но принцип действия элемента передает вполне достоверно. На практике используются разные конструкции, с помощью которых производители пытались избавиться от различных нежелательных эффектов, усилить световой пучок и снизить потери мощности на нагрев или на преодоление сопротивления материала.

Разновидности

Вариантов конструкции лазерных диодов довольно много. Они отличаются друг от друга расположением p-n переходов, конфигурацией полупроводникового элемента и прочими особенностями. Существуют следующие виды:

  • диод с p-n гомоструктурой. Одна из первых конструкций, которая сегодня практически не встречается. Нуждается в подаче высокой начальной мощности и прерывании входного сигнала для исключения перегрева;
  • с двойной гетероструктурой. Представляют собой кристалл малой толщины, заключенный между двух дополнительных слоев, усиливающих поток фотонов и расширяющих активную область;
  • с квантовыми ямами. Они образованы благодаря уменьшению среднего слоя элементов с двойной гетероструктурой. Возникают квантовые ямы с разными энергетическими уровнями, которые играют роль барьера при p-n переходе, способного к выделению фотонов;
  • гетероструктурные элементы с раздельным удержанием. Большинство лазерных диодов изготовлены по этой технологии. Ее особенностью является нанесение дополнительных слоев на тонкий центральный кристалл, результатом чего становится эффективное формирование и концентрация светового пучка;
  • с распределением обратной связи. В области p-n перехода делается специальная насечка, обеспечивающая создание дифракционной решетки. Это позволяет стабилизировать длину волны, способствуя получению более устойчивого светового луча. Используются в сфере телекоммуникаций, а также в оптических устройствах разного типа;
  • VCSEL. Это лазер, относящийся к элементам поверхностного излучения. Оснащен вертикальным резонатором, благодаря которому направление луча изменяется — если у остальных видов кристаллов свет движется параллельно граням, то в данной конструкции он излучается в перпендикулярном направлении. Существует еще одна модификация такого элемента — VECSEL. Он обладает практически аналогичной конфигурацией, только с внешним резонатором.

Современные разновидности лазеров демонстрируют высокие эксплуатационные качества, но производители не прекращают разработки новых, более совершенных моделей и конструкций.

Излучение с какой длиной волны может производить лазерный диод

Единицей измерения длины волны лазерного диода является нанометр (нм). С изменением длины волны меняется цвет светового луча, что позволяет изготавливать лазеры с разным цветом пучка (в светотехнике часто используются многоцветные конструкции). Наиболее распространенные лазеры имеют следующие длины волны:

  • 650 нм (красный луч). Чаще всего применяется в дисководах, лазерных указках малого радиуса действия, в лазерных строительных уровнях и т.п. луч красного цвета воспринимается как довольно слабый, тусклый, но это только кажущееся ощущение. При увеличении мощности такого луча до 200 мВт можно резать плотную бумагу;
  • 532 нм (зеленый луч). Устройства, излучающие поток такого типа. Отличаются хрупкостью и чувствительностью к перепадам температуры. До недавнего времени они стоили значительно дороже других видов лазеров. В то же время, зеленый луч лучше всего воспринимается человеческими органами зрения, что позволяет применять его в строительных лазерах. Даже в солнечную погоду зеленый луч хорошо различается на поверхностях, в отличие от красного, более тусклого потока. Примечательно, что в силу особенностей конструкции вместе с зеленым лучом такие устройства излучают и инфракрасный, что создает определенную опасность для человека. Поэтому устройства мощнее 5 мВт промышленностью не выпускаются;
  • 405 нм (фиолетовый луч). Невооруженным глазом воспринимается слабо, что вызывает у человека ощущение маломощности потока. На деле ситуация прямо противоположна — луч обладает большой мощностью и интенсивностью, способен нанести органам зрения серьезные травмы;
  • 780 нм (инфракрасный луч). Опасен для человека своей невидимостью, совмещенной с мощным воздействием на органы зрения;
  • 1000 нм. Это также инфракрасный луч, который используется в промышленных лазерах для резки листовых материалов разного типа.
Читайте также  Дистанционный переключатель света с пультом

Внимание! Выбирая лазерный диод того или иного цвета, важно понимать, что это устройство самостоятельное, имеющее весьма мало общего со светодиодной осветительной техникой. У них разные цели и специфика использования, поэтому критериями выбора станут совершенно другие соображения.

Если для светодиодов важны яркость и цветовая температура, то для лазера главным моментом будет мощность и длина световой волны. Поэтому и подход к выбору этих устройств должен быть своим для каждого вида.

Как подключить

Особенностью лазерного диода является высокая потребность в стабилизированном напряжении питания. В момент перехода на кристалле наблюдается кратковременное увеличение мощности из-за малой площади, увеличивающей концентрацию энергии в данной точке. Это делает необходимым использование специального стабилизатора — драйвера.

Кроме того, напрямую к драйверу элемент тоже нельзя подключать — необходимо использовать токоизмерительный резистор, который включается в разрыв между лазером и драйвером. При этом исчезает электрическое соединение минуса питания с общим минусом схемы. Дополнительным недостатком является неизбежная потеря мощности на резисторе.

Источником тока для лазера могут служить разные устройства:

  • батарейка;
  • аккумулятор;
  • сетевое напряжение 220 В через специальный блок питания.

Два первых варианта способны обеспечить достаточно стабильное напряжение питания, но оно постоянно уменьшается, что также недопустимо. Если используется блок питания стандартного типа, ситуация несколько улучшается, хотя в этом случае нужна качественная защита от пробоя или выхода блока из строя.

При таком подключении используют дополнительные схемы защиты и стабилизаторы, устраняющие всплески и помехи от сетевых скачков. Использование обычного диодного мостика в данном случае не подходит, так как через стандартные выпрямители проходит масса паразитных колебаний и помех.

Драйвер для лазерного диода

Существует две основные конструкции драйверов для лазерного диода:

  • импульсный. Это одна из разновидностей импульсного преобразователя напряжения. Способен работать как на понижение, так и на повышение выходного напряжения относительно входного значения. Мощность на входе приближается к показателям на выходе, разница между ними образована некоторыми потерями на нагрев проводников;
  • линейный. Как правило, он получает от схемы большее напряжение, чем номинал полупроводника. Разницу обычно компенсируют с помощью транзистора, который излишки энергии отдает в виде тепла. КПД линейных драйверов невысок, что является причиной ограниченного применения.

Важно! Для каждого вида драйверов используется и собственная схема подключения, учитывающая специфику самого драйвера, источника питания и токоограничивающего резистора.

Основные выводы

Лазерные диоды широко используются в разных областях техники и в качестве декоративных установок, светотехнических устройств. В быту их знают довольно ограниченно — как лазерные указки, целеуказатели, строительные уровни и прочие устройства. Особенности конструкции и возможности этих элементов находятся в стадии изучения и разработки. Специалисты считают, что использование лазеров пока недостаточно широко, но перспективы у них весьма высоки. В своих комментариях вы можете высказать собственные мысли о конструкции и свойствах лазерных диодов.

Светодиод для лазерной указки

  • Главная
  • Магазин
  • Начинающим
  • Лазерные указки
  • Фотографии
  • Написать статью
  • Форум

Категории

  • L.O.R.: Reborn
  • Безопасность
  • Красные лазеры
  • Лазерные указки
  • Лазерные шоу
  • Мощные лазеры
  • Начинающим
  • Прочее
  • Теория
  • Фиолетовые лазеры
  • Электроника и различные опыты
  • Свежие записи

    • Как сделать лазер и что для этого нужно знать
    • Как выбрать лазерный проектор?
    • Сборка фиолетового лазера для новичков
    • Светодиодное освещение, или как сделать преобразователь для 6 светодиодных прожекторов по 10Вт
    • FAQ для новичков по лазерным диодам и приборам на их основе
  • Свежие комментарии

    • Websites к записи Безопасность при работе с лазерами и что будет если ее не соблюдать
    • Viper к записи Безопасность при работе с лазерами и что будет если ее не соблюдать
    • Ден к записи Сборка фиолетового лазера для новичков
    • Ryan к записи Типы корпусов лазерных диодов, цоколевка
    • vijayawada dating к записи Как выбрать лазерную указку? на примере красного лазера 300мВт
  • Лазерные проекторы

    FAQ для новичков по лазерным диодам и приборам на их основе

    В своем роде некро-пост, некро-FAQ №2. Этот FAQ был написан пользователем форума n.r.j. Он собрал в одной записи ответы на все вопросы которые возникают у новичков, так как много новичков задают одни и тех же вопросы и не всегда пользуются поиском, и обьяснил все поверхностно, не вдаваясь в детали, на понятном языке, но достаточно для быстрого старта в лазеростроении.

    Вступление

    Полное название современных полупроводниковых лазеров: «полупроводниковые инжекционные гетеролазеры». Сюда входят:

    — лазерные диоды и линейки на их основе, в том числе с фотодиодами обратной связи импульсного или непрерывного режима работы с выводом излучения непосредственно, или через волокно, или через интегратор;

    — излучатели лазеров импульсного режима работы, представляющие собой импульсный трансформатор тока с лазерным диодом во вторичной обмотке;

    — собственно лазеры, представляющие собой интегральный драйвер, нагрузкой которого является лазерный диод. Для импульсного режима работы — это генератор импульсов тока накачки. Для непрерывного режима работы это генератор постоянного тока.

    Лазерный диод имеет вольт-амперную характеристику диодного типа, но «построен» не на обычном p-n переходе, как первые гомо-лазеры, а на гетеропереходах, которые выполняют функции:

    — эмиттеров для носителей заряда, одновременно локализуя их в активной области;

    — оптического волновода для излучения.

    Как это работает:

    Ток накачки создаёт инверсную населённость носителей заряда в энергетических зонах полупроводниковового материала активной области:

    — электронов — в зоне проводимости;

    — дырок — в валентной зоне.

    Процесс их рекомбинации начинается спонтанно, возможно с одной единственной пары. Но фотон, родившийся при этом, многократно проходит через оптический резонатор, образованный зеркалами активной области, буквально обрушивая электроны в валентную зону, где и происходит рекомбинация, которая носит лавинный характер, когда все рекомбинирующие пары одновременно, т.е. с одной фазой, рождают фотоны. Эти фотоны также многократно проходят через оптический резонатор, создавая таким образом положительную обратную связь, являющуюся непременным условием генерации. По сути лазеры правильнее называть оптическими квантовыми генераторами, т.к. они не усиливают свет (light amplification …), а генерируют его. Усилением света занимаются суперлюминесцентные светодиоды.

    Лазерные структуры, из которых в последствии изготавливаются лазерные кристаллы, выращивают различными методами эпитаксии, как правило на подложках n-типа. Профиль будущих кристаллов формируется различными методами:

    Омические контакты и припои наносятся на эпитаксиальную пластину ещё до её разделения на кристаллы.

    Зеркала оптических резонаторов не шлифуют и не полируют, а получают методом скалывания по плоскостям естественного скалывания, которые есть в любом монокристалле. Для того, чтобы зеркала были строго перпендикулярны к слоям лазерной структуры, монокристалл ориентируют перед резкой на подложки по кристаллографическим направлениям с помощью рентгеновских лучей.

    Излучение с заднего зеркала если и используется, то для фотодиода обратной связи. В других случаях на него напыляют отражающие покрытия.

    Для облегчения выхода излучения с переднего зеркала на него напыляют просветляющие плёнки.

    Типы корпусов лазерных диодов можно посмотреть ТУТ

    Красные (длина волны около 650нм) и инфракрасные (ИК) (780нм) диоды можно достать из пишущих DVD приводов. Так же можно использовать и пишущие CD приводы (в них есть только мощный ИК), или DVD Combo.

    Список приводов содержащих подходящий для конструирования лазера можно посмотреть ТУТ В таблице далеко не все приводы которые подойдут.

    Обратите внимание на колонку №4 в таблице там указана скорость записи и ток которым нужно питать диоды, чем эти показатели выше, тем ярче будет светить диод (выше мощность). Опять же, если вы достали ЛД из привода, которого нет в списке, ориентируйтесь примерно так: для диода из дисковода со скоростью записи 16х желательно не подавать больше 250-260мА, для 18х — 300-350мА, 20-22х — 400-500мА, и пожалуйста опубликуйте етот привод в соответсвующей теме.

    Как правильно извлечь диод из привода надете ТУТ

    Фиолетовый (405нм) диод вы найдете в Blue-Ray приводах.

    Чтобы получить синий (445нм) лучше всего поучаствовать в Груповых закупках

    Инфракрасные 808нм диоды вы можете приобрести в МАГАЗИНЕ (их как правило используют в зеленых лазерах для накачки склейки кристаллов)

    Лазеры с другими длинами волн излучения построены по технологии DPSS. Что расшифровывается как Твердотельный Лазер с Диодной Накачкой, т.е нужную длину волны излучает активный элемент, который в свою очередь накачивается ЛД. Желтых лазерных диодов пока не встречалось, зеленые в природе существуют но стоят космических денег. — спасибо за правку nERVу.

    Пример. Как работает зеленый(532нм) DPSS лазер:

    В составе установке находятся такие компоненты, как ИК ЛД 808нм, кристалл вандата иттрия, кристалл KTP, зеркала. Кристаллы находятся в «едином» резонаторе, т.е между зеркалами с различной пропускающей и отражающей способностью для разных длин волн.

    Ик излучение с длиной волны 808нм от мощного ЛД проходя через зеркало резонатора вызывает генерацию излучения с длиной волны 1064нм в кристалле вандата иттрия легированного ионами неодима. В свою очередь это излучение проходя через кристалл КТР удваивается, проходит через выходное зеркало и мы видим зеленый лазерный луч.

    Читайте также  Какие светодиоды используются в фонариках?

    Желтое, синее, голубое излучение получают примерно также, но с другими кристалами и зеркалами. КПД преобразования оптической мощности такого метода составляет около 20%.

    Тоесть для того чтобы получить зеленый лазер 100 миливатт нужно 500 мВт ИК диода. Следует вывод что в лазере ручке попросту не может функционировать зелень более 100мВт. Не лоханитесь при покупке!

    До недавнего времени мощные синие лазеры были построены таким же способом, пока в дело не вмешалась компания CASIO с новыми проэкторами А140 и подобными где находятся диоды 445нм 1000 мВт.

    Собираем лазер

    Ну диод у нас уже есть, дальше собираем драйвер.

    Драйвер — это электронная схема, которая контролирует питание диода, без нее он сгорит, отсутствие ее даже не обсуждается!

    Самый простой найдете ТУТ

    Лазерный диод не светит прямым пучком, он светит конусом и его надо фокусировать, а фокусировать нужно коллиматором, как по мне идеальный выбор модули AIXIZ, сразу получаете и коллиматор и примитивное охлаждение в одном флаконе. Купить можноТУТ

    Но также можно использовать линзы из DVD для фокусирования на небольшем растоянии. А призмочки для разных экспериментов. Но будте предельно аккуратны — вы не можете быть полностью уверены в том что посветив в призму луч не отразится вам в глаз, что грозит слепотой!

    Если же вы собрались делать монстра 1Вт и более, нужно подумать про охлажнение.

    Давайте посчитаем: Напряжение 4.2 В Ток около 1.1 А

    4.2Х1.1=4.6 Вт, а луч

    1 Вт А куда делось еще 3.6 Вт? А они ушли на нагрев. Температура губительна для диода, кроме того чем выше температура тем ниже мощность, поэтому тепло надо отводить. Идем на радиорынок и покупаем подержанный радиатор для процесора сверлим в нем дырку под AIXIZ, впрессовываем туда модуль предварительно смазав его термопастой. И вообще советую перечитать вот Эту тему.

    А также не эксплуатируйте лазер на морозе! Так как при низкой температуре мощность лазера ростет и может стать критической, тогда лазерный диод сгорит.

    В конце хочу добавить:

    Если вы делаете лазер на продажу для начала перечитайте эту тему, реальная история которая случилась со мной. Сложившаяся ситуация стояла мне кучи нервов и здоровья не вчем не повинного человека. Мне очень повезло, что я так отделался, реально все могло кончится небом в клеточку друзьями в полосочку, занесением судимости в личное дело, а как следствие невозможностью нейдти нормальную роботу и испорченной жизнью. Подумайте дважды.

    А дальше все упирается в вашу фантазию, так что дерзайте!

    Внимание! Лазер опасен для зрения! Купите защитные очки! Но всеравно дерзайте!

    Лазерные диоды: принцип работы, виды и применение

    Изобретение полупроводникового лазерного диода заслуженно считается одним из лучших достижений в области физики второй половины прошлого века. Независимые разработки советских и американских ученых в области оптического излучения твердотельных материалов, проведенные более полувека назад, сегодня показывают свою эффективность в бытовой, промышленной и военной сфере.
    В отличие от светоизлучающих диодов, работа которых основана на спонтанном излучении фотонов, лазерные диоды имеют более сложный принцип действия и структуру кристалла.

    Принцип работы

    Чтобы понять, откуда появляются фотоны, рассмотрим процесс рекомбинации (исчезновения пары свободных носителей – электрона и дырки). При подаче прямого напряжения к p-n переходу диода возникает инжекция, т.е. резкое увеличение концентрации неравновесных носителей. В процессе инжекции, движущиеся навстречу друг другу, электроны и дырки рекомбинируют, выделяя энергию в виде частицы – фотона и квазичастицы – фонона. Так происходит спонтанное излучение, наблюдаемое в светодиодах.

    В случае с лазерным диодом вместо спонтанного необходимо запустить механизм вынужденного излучения фотонов с одинаковыми параметрами. Для этого из кристалла формируют оптический резонатор, проходя через который, фотон с заданной частотой вынуждает рекомбинировать электронные носители, что способствует появлению новых фотонов той же поляризации и фазы. Их называют когерентными.

    При этом лазерная генерация возможна только в случае наличия чрезмерно большого количества электронных носителей на верхнем энергетическом уровне, высвобожденных в результате инжекции. Для этого используют ток накачки такой силы, чтобы вызвать инверсию электронных населённостей. Под этим явлением подразумевают состояние, в котором верхний уровень намного больше заселён электронами, чем нижний. В результате стимулируется излучение когерентных фотонов.

    Далее такие фотоны многократно отражаются от граней оптического резонатора, провоцируя запуск положительной обратной связи. Это явление носит лавинообразный характер, в результате которого рождается лазерный луч. Таким образом, создание любого оптического генератора, в том числе лазерного диода, требует выполнения двух условий:

    • наличие когерентных фотонов;
    • организация положительной оптической обратной связи (ПООС).

    Чтобы сформированный луч не рассеивался вследствие дифракции, прибор компонуют собирающей линзой. Тип устанавливаемой линзы зависит от вида лазера.

    Виды лазерных диодов

    За годы развития устройство лазерного диода претерпело множество изменений. Его конструкция совершенствовалась, во многом благодаря появлению высокотехнологичного оборудования. Высочайшая точность легирования и полировки полупроводникового кристалла, а также создание гетероструктурной модели – факторы, которые обеспечили высокий коэффициент отражения на границе «кристалл-воздух» и формирование когерентного излучения.

    Первый лазерный диод (диод с гомоструктурой) имел один p-n переход и мог работать исключительно в импульсном режиме из-за быстрого перегрева кристалла. Он имеет лишь историческое значение и не применяется на практике.

    Более эффективным оказался лазерный диод с двойной гетероструктурой (диод ДГС). Его кристалл создан на основе двух гетероструктур. Каждая гетероструктура – это материал (арсенид галлия и арсенид алюминия-галлия) с малой шириной запрещённой зоны, который расположен между слоями с большей шириной запрещенной зоны. Преимущество лазерного диода ДГС состоит в существенном увеличении концентрации разнополярных носителей в тонком слое, что значительно ускоряет проявление положительной обратной связи. К тому же отражение фотонов от гетеропереходов ведёт к снижению их концентрации в области низкого усиления, а значит, повышает эффективность всего устройства.

    Лазерный диод с квантовыми ямами устроен по принципу диода ДГС, но с более тонкой активной областью. Это означает, что элементарные частицы, попадая в такую потенциальную яму, начинают двигаться в одной плоскости. Эффект квантования в данном случае заменяет потенциальный барьер и служит генератором излучения.

    Недостаточная эффективность удержания светового потока в диодах ДГС привела к созданию гетероструктурного лазера с раздельным удержанием. В этой модели кристалл дополнительно покрывается слоем материала с каждой из сторон. Несмотря на меньший коэффициент преломления этих слоёв, они уверенно удерживают частицы, выступая в роли световода. Технология SCH занимает лидирующую позицию в производстве диодных лазеров.

    Лазерный диод с распределённой обратной связью (РОС) является частью оптического оборудования в сфере построения телекоммуникационных систем. Длина волны РОС лазера является константой, что достигается путем нанесения поперечной насечки на полупроводник в области p-n-перехода. Насечка выполняет функцию дифракционной решётки, тем самым возвращая в резонатор фотоны только с одной (заданной) длиной волны. Эти когерентные фотоны и участвуют в усилении.

    Поверхностно-излучающий лазерный диод с вертикальным резонатором или вертикально-излучающий лазер ВИЛ (англ. – VCSEL) в отличие от ранее рассмотренных приборов испускает луч света перпендикулярно поверхности кристалла. В основе конструкции VCSEL лежит метод использования вертикальных оптических микрорезонаторов с зеркалами, а также достижения метода ДГС и квантовой ямы. Преимущество технологии VCSEL состоит в температурной и радиационной стабильности, в возможности группового производства кристаллов и их тестирования непосредственно на стадии изготовления.

    Модификацией VCSEL является ВИЛ с внешним резонатором (англ. – VECSEL). Оба лазерных диода позиционируются как приборы высокого быстродействия с возможностью обеспечения передачи данных в будущем на скорости до 25 Гбит/с через волоконно-оптическую связь.

    Разновидности корпусов

    Популяризация лазерных диодов вынуждала производителей самостоятельно разрабатывать новые типы корпусов. С учетом их специфического назначения компании выпускали всё новые и новые виды защиты и охлаждения кристалла, что привело к отсутствию унификации. В настоящее время не существует международных стандартов, регламентирующих корпуса лазерных диодов.
    Пытаясь навести порядок, крупные производители заключают между собой договор об унификации корпусов. Однако перед практическим применением неизвестного лазерного диода всегда следует уточнять назначение выводов и длину волны излучения, невзирая на знакомый тип корпуса. Среди промышленно выпускаемых полупроводниковых лазеров наиболее часто встречаются два вида с указанными ниже корпусами.
    1 Приборы с открытым оптическим каналом:

    • TO-can (transistor-out-line metal-can package). Корпус выполнен из металла и применяется в изготовлении транзисторов;
    • C-mount;
    • D-mount.

    2 Приборы с волоконным выходом:

    • DIL (Dual-In-Line);
    • DBUT (Dual-Butterfly);
    • SBUT (Single-Butterfly).

    Применение

    Каждый тип лазерного диода находит практическое применение, ввиду своих уникальных особенностей. Стоимость маломощных образцов снизилась в разы, о чём свидетельствует их применение в детских игрушках и указках. Ими оснащают лазерные рулетки-дальномеры, что позволяет одному человеку проводить замер расстояний и сопутствующие вычисления. На красных лазерах основана работа считывателей штрих-кодов, компьютерных манипуляторов и DVD-проигрывателей. Некоторые виды используют в проведении научных исследований и для накачки других лазеров. Наиболее востребованы лазерные диоды для передачи данных в оптоволоконных сетях. Новые модели VCSEL обеспечивают скорость в 10 Гбит/с, что открывает дополнительные возможности для комплекса телекоммуникационных услуг, в том числе:

    • способствуют росту скорости интернета;
    • улучшению телефонной и видеосвязи;
    • повышают качество телевизионного приёма.

    Результатом совершенствования лазерного диода стал увеличенный срок службы, который теперь сопоставим с наработкой на отказ светоизлучающих диодов. Уменьшение тока накачки повысило надёжность приборов, а их вклад в развитие технического прогресса не меньше, чем у других электронных компонентов.