Лазерная система своими руками

Как сделать мощный лазер в домашних условиях

При упоминании лазера большинство людей сразу вспоминают эпизоды из фантастических фильмов. Однако такое изобретение уже давно и плотно вошло в нашу жизнь и не является чем-то фантастическим. Лазер нашёл своё применение во многих сферах, начиная от медицины и производства и заканчивая развлечениями. Поэтому многим становится интересно, можно ли и как сделать лазер самому.

Изготовление лазера в домашних условиях

В зависимости от специфики и выдвигаемых требований, лазеры бывают совершенно разные, как по размерам (начиная от карманных указок и кончая габаритами с футбольное поле), так и по мощностям, используемым рабочим средам и другим параметрам. Конечно, мощный производственный луч сделать самостоятельно в домашних условиях невозможно, так как это не только технически сложные аппараты, но и очень капризные в обслуживании вещи. А вот простой, но надёжный и мощный лазер своими руками можно изваять из обычного DVD-RW привода.

Принцип работы

Слово «лазер» пришло к нам из английского языка «laser», что является сокращением из первых букв куда более сложного названия: light amplification by stimulated emission of radiation и дословно переводится как «усиление света посредством вынужденного излучения». Ещё его могут называть оптическим квантовым генератором. Видов лазеров очень много, а сфера их применения крайне обширна.

Принцип его работы заключается в преобразовании одной энергии (световой, химической, электрической) в энергию различных потоков излучения, то есть, в её основе содержится явление вынужденного или индуцированного излучения.

Условно принцип работы отображает следующий чертёж:

Необходимые для работы материалы

При описании основ работы лазера всё выглядит сложно и непонятно. На деле же сделать лазер своими руками в домашних условиях крайне просто. Понадобятся некоторые комплектующие и инструменты:

1. Самое основное, что нужно для создания лазера, это DVD-RW дисковод, т. е. пишущий привод от компьютера или проигрывателя. Чем выше скорость записи, тем мощнее будет и само изделие. Предпочтительнее брать приводы со скоростью 22X, так как его мощность наиболее высокая, порядка 300 мВт. При этом отличаются они и по цвету: красный, зелёный, фиолетовый. Что же касается непишущих ROM’ов, они слишком слабые. Ещё стоит обратить внимание на то, что после манипуляций с приводом он больше не будет работать, поэтому стоит брать или уже вышедший из строя, но с рабочим лазером, или такой, попрощаться с которым будет не жалко.
2. Ещё понадобится токовый стабилизатор, хотя и появляется желание обойтись без него. Но стоит знать, что все диоды (и лазерный не является исключением) «предпочитают» не напряжение, а ток. Наиболее дешёвые и предпочтительные варианты — это импульсный преобразователь NCP1529 или микросхема LM317 (аналог КР142ЕН12).
3. Выходной резистор подбирают в зависимости от тока питания лазерного диода. Рассчитывают его по формуле: R=I/1,25, где I — номинальный ток лазера.
4. Два конденсатора: 0,1 мкФ и 100 мкФ.
5. Коллиматор или лазерная указка.
6. Элементы питания стандарта ААА.
7. Провода.
8. Инструмент: паяльник, отвёртки, пассатижи и т. п.

Извлечение лазерного диода из DVD — привода

Основная часть, которую необходимо извлечь — лазер от dvd привода. Сделать это несложно, но стоит знать некоторые нюансы, которые помогут избежать возможных недоразумений во время работы.

Первым делом DVD привод нужно разобрать, чтобы добраться до каретки, на которой и находятся лазерные диоды. Один из них читающий — он слишком маломощный. Второй пишущий — именно то что нужно, чтобы сделать лазер из dvd привода.

На каретке диод установлен на радиатор и надёжно закреплён. Если не рассчитывается использовать другой радиатор, то вполне подойдёт и уже имеющийся. Следовательно, нужно снять их вместе. В противном случае — аккуратно отрезать ножки в месте входа в радиатор.

Так как диоды крайне чувствительны к статике, нелишним будет их защитить. Для этого тонкой проволокой нужно смотать между собой ножки лазерного диода.

Остаётся лишь собрать все детали воедино, а сам РОМ уже больше не нужен.

Сборка лазерного устройства

К преобразователю необходимо подключить извлечённый из сидирома диод, соблюдая полярность, так как в противном случае лазерный диод сразу же выйдет из строя и станет непригоден для дальнейшего использования.

С обратной стороны диода устанавливается коллиматор, чтобы свет мог концентрироваться в один пучок. Хотя вместо него можно использовать и входящую в состав рома линзу, или линзу, которую уже содержит в себе лазерная указка. Но в этом случае придётся проводить юстировку, чтобы получить необходимый фокус.

С другой стороны преобразователя припаиваются провода, соединяющиеся с контактами корпуса, где будут установлены элементы питания.

Поможет доделать лазер из двд привода своими руками схема:

Когда подключение всех составляющих выполнено, можно проверить работоспособность получившегося устройства. Если всё работает, то остаётся всю конструкцию поместить в корпус и надёжно там закрепить.

Корпус самодельной конструкции

Подойти к изготовлению корпуса можно по-разному. Отлично для этих целей подойдёт, к примеру, корпус от китайского фонарика. Можно использовать и уже готовый корпус лазерной указки. Но оптимальным решением может оказаться самодельный, из алюминиевого профиля.

Сам по себе алюминий имеет малый вес и, при этом отлично поддаётся обработке. В нём удобно расположится вся конструкция. Закрепить её тоже будет удобно. При необходимости всегда можно легко выпилить необходимый кусок или согнуть в соответствии с необходимыми параметрами.

Техника безопасности и тестирование

Когда все работы закончены, наступает время протестировать полученный мощный лазер. В помещении делать этого не рекомендуется. Поэтому лучше выйти на улицу в безлюдное место. При этом стоит помнить, что сделанное устройство в несколько сотен раз мощнее обычной лазерной указки, а это обязывает пользоваться им с особой осторожностью. Не стоит направлять луч на людей или животных, внимательно следить за тем, чтобы луч не отразился и не попал в глаза. При использовании красного луча лазера рекомендуется одевать зелёные очки, это значительно снизит риск повреждения зрения в непредвиденных случаях. Ведь даже со стороны смотреть на лазерные лучи не рекомендуется.

Не стоит направлять лазерный луч на легковоспламеняющиеся или взрывоопасные предметы и вещества.

Созданный прибор при правильно настроенной линзе вполне может резать полиэтиленовые пакеты, выжигать на дереве, лопать воздушные шарики и даже обжечь — своего рода боевой лазер. Невероятно, что можно сделать из двд привода. Поэтому тестируя изготовленный прибор, всегда стоит помнить о технике безопасности.

Originally posted 2018-03-28 15:12:27.

Источник

Мощный лазер своими руками

Электроника не стоит на месте и активно развивается. Подумать только, ещё каких-то 40 лет назад обычный светодиод был диковинкой, стоил больших денег и выглядел как нечто из сверхтехнологий. Сейчас же маломощные светодиоды стоят копейки, распространены повсеместно, и ими уже никого не удивить. Зато в наше время есть свои причудливые вещи, которые не валяются на каждом углу, и представляют для радиолюбителя и простого человека немалый интерес — речь идёт о лазерных диодах. Они также бывают разной мощности, маломощные (десятки, максимум сотни милливатт), так и средней и высокой мощности. Мощные лазеры стоят больших денег и используются в промышленности в первую очередь для художественного выжигания по дереву, резки древесины. Для этих целей они подходят как нельзя кстати — ведь они могут обеспечить быстрый нагрев дерева и других материалов до высоких температур в очень узкой точке, моментально и очень точечно превращая древесину в чёрный уголь. Для таких целей применяются лазеры мощность примерно от 5Вт и более, они стоят немало и требуют очень аккуратного обращения — ведь даже случайный блик от такого лазера может моментально лишить человека зрения. Лазеры с более маленькой мощностью активно применяются в пишущих DVD приводах для «выжигания» информации на оптических дисках. Конечно, они не способны моментально палить дерево или резать фанеру, но тоже умеют кое-что интересное, например, лопать шарики. Также такой лазер можно применить и с полезной целью — для выжигания по дереву. Скорость сего процесса будет не очень велика, но зато результат может получиться куда лучше, чем от выжигания привычным выжигателем по дереву с нагревательным элементов, ведь сфокусированный луч лазера «светит» строго в одну точку, а потому может позволить создавать на древесине интересные мелкие узоры.

Разобрать привод не составляет труда, он разбирается путём откручивания винтиков по периметру корпуса. Кстати, такой металлический корпус позже вполне может будет покрасить и использовать вновь для создания новых самоделок. Внутри корпуса можно увидеть каретку на направляющих, на которой будет закреплён механизм с линзой и лазером. Из неё в первую очередь нужно вынуть сам лазер, желательно не повредив при этом линзу — в дальнейшем она тоже может понадобится. Лазер довольно трудно с чем-либо перепутать, его внешний вид показан на картинке ниже.

Он имеет три вывода, два из них в дальнейшем понадобятся для подачи питания на лазер, третий использоваться не будет. При демонтаже лазера можно проследить по дорожкам на плате привода, какой контакт лазера является плюсом, и какой минусом, если расположение выводов лазера отличается от представленного на фото выше. Не следует прикасаться к ножкам лазера голыми руками, выпаивать его также желательно выключенным от сети предварительно разогретым, либо заземлённым паяльником. После выпаивания не помешает соединить все три ножки лазера медной оголённой проволокой либо фольгой. Эти мероприятия нужно для того, чтобы минимизировать риск повреждения лазера статическим напряжением с рук или с одежды, ведь такие лазеры крайне чувствительны к статике. После того, как лазер успешно демонтирован из привода, можно приступать к сборке схемы, она представлена ниже.

Схема включения лазера состоит из минимума компонентов. В самой левой её части показан элемент питания, в его роли может выступать как литий-ионный аккумулятор, так и зарядка от телефона на 5В. В общем, любой источник постоянного напряжения от 3,5 до 5В, способный отдавать ток как минимум 0,5А. Ключ S1 на схеме — выключатель питания. Является необязательным элементов, ведь можно вручную отключать схему от питания, но для удобства его можно поставить. Выключатель можно использовать как с фиксацией, так и без фиксации, в этом случае лазер будет светить только при удержании выключателя. После ключа идёт резистор R1 — ключевой элемент схемы. Этот резистор является токозадающим, от выбора его номинала будет зависеть ток, протекающий через лазер, и, соответственно, мощность свечения. Чем меньше будет его сопротивление, тем сильнее будет свечение, тем сильнее его нагрев. Необходимо подобрать номинал этого резистора так, чтобы ток в цепи был равен примерно 300 мА.

Конденсаторы С1 и С2 на схеме — фильтрующие по питанию, их номинал не критичен и может варьироваться в больших пределах. С1 — керамический либо плёночный конденсатор, С2 — электролитический. Под обозначением HL1 на схеме подразумевается сам лазер, при этом анод на схеме — плюс лазера, катод — минус. Обратите внимание, что ни коем случае нельзя путать полярность подключения лазера, иначе он мгновенно сгорит и выйдет из строя. Схема проста, а потому не требует создания печатной платы — собрать всё можно навесным монтажом.

Как видно на фото, габариты схемы легко укладываются в размеры спичечного коробка. При первом включении нужен контролировать температуру лазера и также ток в цепи. Амперметр (мультиметр) включается в разрыв цепи питания схемы. Для первого включения номинал резистора можно взять побольше (10-20 Ом), а затем плавно уменьшать его, подводя ток в цепи до нужного значения в 300 мА.

Для того, чтобы луч лазера не рассеивался, нужно использовать коллиматор — специальную линзу, которая собирает параллельный пучок лучей. Купить коллиматор отдельно можно в магазине радиодеталей:

Либо использовать готовый коллиматор из лазерной указки.

Также можно поэкспериментировать, используя в качестве коллиматор линзу из DVD привода, которая стояла там вместе с лазером. Ниже представлены фотографии луча лазера. Особое внимание стоит уделить технике безопасности — при каждом включении лазера надевать защитные затемняющие очки, ведь даже блик от такого лазера может причинить серьёзный вред органам зрения. Ни в коем случае не направлять луч лазера на людей или животных. Удачной сборки!

Источник

Лазерное шоу своими руками. Часть 1

Рисующий луч: прошлое, настоящее и будущее.

Это вводная статья о истории развития и принципах работы технологий векторного отображения информации.
Не обижайтесь, на то, что тут всё слишком «википедично», просто мне надоели глупые вопросы.
Те, кто в теме, возможно найдут для себя интересным почитать конец статьи и могут смело переходить ко второй её части по ссылке в конце.

Немножко истории.

Всё началось с того, что некий немец Фердинанд Браун попытался применить на практике так называемые катодные лучи (cathode rays) — пучок ускоренных в электрическом поле электронов, и изобрёл самую первую электронно-лучевую трубку (CRT, ЭЛТ) в 1897 году. Это была трубка с холодным катодом, электромагнитной отклоняющей системой по одной из осей (по второй оси это было вращающееся зеркало) и экраном, покрытым люминофором. В ходе дальнейших усовершенствований другими учёными (Борис Розинг, Джон Б. Джонсон, Гарри Вайнер, и изобретатель телевидения Владимир Зворыкин) в неё были добавлены катод с подогревом, отклоняющая система по второй оси и модулятор интенсивности пучка для управления яркостью свечения точки на экране. Так родилась современная электронно-лучевая трубка.

Электронный луч в ней изменяет свою траекторию в электрическом поле пластин вертикального и горизонтального отклонения (на рисунке показаны жёлтым) и попадает на люминофор экрана, вызывая его свечение. Координаты точки свечения в такой системе задаются напряжением на отклоняющих пластинах. Приблизительно такие ЭЛТ устанавливались в аналоговые осциллоскопы. Кроме электростатической, существует магнитная система отклонения луча — пучок электронов пролетает через магнитное поле, образованное катушками, и меняет свою траекторию в зависимости от силы тока в катушках.

Используя инерционность человеческого зрения и послесвечение люминофора, стало возможно создавать на экране рисунки и появился новый способ отображения информации, которым воспользовались инженеры из Массачусетского технологического института (MIT), создав первую ЭВМ Whirlwind-I (1950 год) с новейшим по тем временам устройством вывода — векторным сканирующим дисплеем. Так было положено начало развитию дисплеев с векторной развёрткой (с произвольным сканированием луча).

Во всем известном растровом способе формирования изображения (на рисунке слева) луч, скользя по строкам, формирует изображение из дискретных элементов — пикселей, образующих картинку; в векторном же способе (на рисунке справа) луч скользит позаданным векторами графическим примитивам — прямой, прямоугольнику, окружности или кривой, образуя изображение.
Широкое распространение дисплеи в векторной развёрткой получили с конца 60х годов прошлого века, и уже тогда, в отличие от растровых, могли похвастаться разрешением до 4096×4096 точек.

До недавнего времени такие дисплеи активно применялись (кое-где до сих пор применяются) в тестовом оборудовании:

как устройства отображения на радиолокационных станциях и в авиадиспетчерских:

и, конечно же, в осциллоскопах:

Многие как старые, так и современные осциллоскопы имеют возможность работы в режиме аналогового векторного дисплея. Для этого необходимо переключить осциллоскоп в режим развёртки X/Y и использовать X-вход для управления положением луча по горизонтали (у некоторых моделей также есть Z-вход, управляющий яркостью луча). Однако на современных цифровых осциллоскопах без функции «цифровой фосфор» векторная картинка теряет всю свою привлекательность и выглядит лишь простым набором образующих векторы точек.

Настоящее

На смену лампам пришли лазеры, а с удешевлением памяти и развитием устройств с растровой развёрткой векторная развёртка применяется только в определённых нишах (и в основном в авионике и с недавнего времени в автомобилестроении — HUD-системы вывода изображения на фоне внешней среды, а также в лазерной гравировке и лазерных шоу).

Поскольку последующие статьи будут о лазерном проекторе — рассмотрим, каким образом он отклоняет рисующий луч.

В настоящее время популярностью пользуются два способа управления лазерным лучом, и у каждого есть свои недостатки и преимущества:

1. Акустооптический дефлектор (АОД)

— Преимущества: высокая скорость отклонения луча.
— Недостатки: низкое разрешение, малое угловое поле сканирования (угол отклонения луча), сложность работы с лазерными лучами большой мощности, дорогая высокочастотная система управления.

АОД работает следующим образом. В оптически-активном кристалле(например ТеО₂) возбуждается акустическая волна с частотами в десятки-сотни мегагерц; при прохождении лазерного луча через такой кристалл, за счёт явлений дифракции или рефракции, меняется направление луча. В дифракционном АОД угол отклонения дифрагированного луча управляется изменением частоты акустической волны. В рефракционном АОД отклонение происходит вследствие искривления пути луча при прохождении через среду кристалла с неоднородной деформацией, которая возникает под воздействием бегущей акустической волны.

2. Механическая система развёртки на гальванометрах

— Преимущества: возможность работы с лазерными лучами любых мощностей, которые способны выдержать зеркала, высокое разрешение и точность позиционирования, небольшая цена.
— Недостатки: низкая скорость развёртки из-за применения в системе механических деталей.

Такая система построена на основе гальванометров — устройств, состоящих из электромагнита и постоянного магнита, закреплённого на одной оси с зеркалом.
При изменении тока в катушке постоянный магнит, взаимодействуя с полем катушки, поворачивает ось с зеркалом на угол, пропорциональный проходящему через катушку току. При объединении двух таких гальванометров становится возможным управление положением луча на плоскости, как показано на рисунке ниже.

Будущее

Летом 2012 года случилось одно интересное событие, которое мало кто заметил.
Sumitomo Electric и Sony представили первый в мире миниатюрный непосредственно излучающий зелёный лазер. Диоды, непосредственно излучающие красный и синий свет, уже были представлены на рынке пикопроекторов, и только непосредственно излучающие зелёные лазерные диоды всё ещё не были коммерциализованы. Вместо них использовались синтетичекие методы удвоения частоты лазерных диодов, генерирующих излучение, близкое к инфракрасному. Именно отсутствие на рынке непосредственно излучающих зелёных лазеров ограничивало характеристики видимости, цену и массовые (мобильные и автомобильные) применения лазерных технологий.

Изобретение зелёного лазерного диода даёт новый толчок в развитии коммерчески доступных технологий HUD и HMD (Head mounted display), а также мобильных пикопроекторов.

Одним из самых перспективных решений в области HUD являются лазерные сканирующие МЭМС технологии, которые могут обеспечить всегда сфокусированное, высокочёткое виртуальное изображение высокой яркости, а также низкое потребление, размер, вес и цену устройства.

Лазерная сканирующая технология в чём-то похожа на систему развёртки на гальванометрах и основана на применении(для формирования полного набора цветов) комбинаций трёх базовых цветов — красного, зелёного и синего — от лазерных диодов соответствующего цвета. Скомбинированный лазерный луч, попадая на выполненное по МЭМС технологии микроминиатюрное зеркало, отклоняется на угол, задаваемый электронной системой развёртки. За счёт миниатюрности зеркала скорость сканирования позволяет таким системам работать как в векторном, так и в растровом режиме. Разрешение сканирования может в несколько раз превышать современное Full HD.

Первый в мире коммерческий лазерный сканирующий МЭМС-блок HUD, проецирущий на ветровое стекло автомобиля информацию дополненной реальности посредством непосредственно излучающих лазеров (в том числе и нового зелёного), в недавнем времени появился в Японии. Копорация Pioneer выпустила первую в мире автомобильнуюнавигационную систему GPS на основе технологии MicroVision с дополненной реальностью — Poineer CyberNavi.

Проекторный модуль AR-HUD системы устанавливается в положение противосолнечного козырька сбоку от сиденья водителя, HUD дисплей представляет собой лист прозрачного пластика, который крепится в поле зрения водителя напротив лобового стекла, а 37-дюймовый виртуальный дисплей находится на расстоянии порядка 3 м от глаз водителя. Виртуальные элементы HUD формируются посредством сканирующих МЭМС-зеркал проектора, проецирующих лазерные лучи трёх базовых цветов пространства RGB, дающие полноцветное изображение с высоким уровнем контрастности.

Лазерные сканирующие технологии в скором времени будут повсеместно использоваться в очках дополненной реальности (например в Google Glass), для отображения информации на лобовом стекле автомобилей, в мотоциклетных шлемах и как мобильные проекторы в сотовых телефонах.

В следующей части я подробнее расскажу вам о том, как устроен лазерный проектор для световых шоу, и выдам готовую схему высокоскоростного ЦАП. А в качестве бонуса — расскажу как вывести видео на осциллограф при помощи трёх проводков и разъёмчика.

Источник