Arduino подключение лазерного модуля ky-008

Схема подключения ЛД

Напрямую к питанию лазерный излучатель подключать нельзя, так как ему нужен постоянный стабилизированный ток. Для этого соберем небольшую схему на стабилизаторе LM317. Вот сама схема:

Сопротивление можно использовать в приделах от 6,2 до 6,8 Ом. На лазерную головку не желательно подавать ток выше 250 мА, так что, если будете применять сопротивление в этом диапазоне, всё будет в порядке. Если не можете найти нужное сопротивление, используйте несколько резисторов, соединенных последовательно или же параллельно. Минусовой вывод лазера подключается напрямую к минусу питания, а плюсовой вывод через эту схему. Мощность лазерного диода составляет 260-270 мВ, то есть желательно применить дополнительный радиатор.

Советы по сборке

Для проверки работы драйвера измеряют мультиметром силу тока, подаваемого на диод. Для этого к прибору подсоединяют нерабочий (или же второй) диод. Для работы большинства самодельных устройств достаточна сила тока 300-350 мА.

Если нужен более мощный лазер, показатель можно увеличить, но не более 500 мА.

В качестве корпуса для самоделки лучше использовать светодиодный фонарик. Он компактный и его удобно использовать. Чтобы не испачкались линзы, устройство хранят в специальном чехле.

Важно! Лазерный резак является своего рода оружием, поэтому нельзя направлять его на людей, животных и давать в руки детям. Носить его в кармане не рекомендуется

Следует заметить, что лазерная резка своими руками толстых заготовок невозможна, но с бытовыми задачами он вполне справится.

Вкратце о лазере

Лазер, или как его называют по-научному, оптический квантовый генератор — это специальное устройство, которое преобразует входящую энергию в узконаправленный луч. В современном мире подобные изделия чаще всего используются в космической сфере и на производстве. Однако каждый любитель «покапаться» в электронике может сделать его самостоятельно, т. е. в домашних условиях своими руками и без применения специальных приборов.

Как было сказано выше, лазер можно сделать из двд-привода. Однако не стоит надеяться, что он по мощности будет аналогичен оружию «Звезды Смерти» из «Звёздных войн». Оптический лазер, который сделан своими руками, вряд ли справится с железом или деревом. Однако им будет вполне возможно разрезать:

Бумагу.
Небольшой лист пластмассы.
Полиэтиленовую плёнку.
И другие лёгкие и тонкие изделия.

Если резьба не нужна, лазером из DVD-дисковода можно:

Выжигать узоры или рисунки на деревянных поверхностях.
Подсвечивать различные объекты, удалённые на большом расстоянии.
Использовать в качестве украшения у себя дома.
Делать прямые линии (т. к. луч хорошо виден), что будет особенно полезно при строительстве и ремонте.

Помимо вышепечисленных вариантов, лазеру, изготовленному своими руками из DVD-привода, можно придумать множество самых разнообразных заданий. Особенно его потенциал хорошо раскрывается в творческой сфере.

Схема квантования

Схема квантования с запоминанием (а в англоязычной литературе схема Sample/Hold) очень тесно связана с режимом автоматической подстройки мощности лазера – режимом APC. А если быть более точным, то именно схемой квантования осуществляется измерение мощности светового потока лазера и осуществляется его коррекция. Работа схемы квантования состоит из двух этапов:

— Sample – период измерения;

— Hold – период удержания.

На этапе Sample схема квантования измеряет мощность светового потока лазера, определяет необходимость увеличения мощности лазера или, наоборот, снижения мощности, после чего полученный результат запоминается во внешней памяти, роль которой играет внешний конденсатор CH. Все это происходит в период APC, который соответствует моменту поиска начала строки изображения.

На этапе Hold осуществляется считывание записанной в конденсатор CH информации, которая используется для задания тока лазера, т.е. для управления величиной тока ISW. Таким образом, этап Hold соответствует периоду формирования строки изображения, т.е. соответствует периодам Unmasking и Masking. Соответствие основных периодов управления лазером этапам Sample и Hold отражено на рис.9.

Общий вид схемы квантования представлен на рис.10.

Рис.10

Одним из важнейших элементов схемы квантования является компаратор, который сравнивает сигнал, полученный от фотодетектора PD с некоторым опорным напряжением, которое условно назовем VR. Напряжение VR подается на один из контактов драйвера лазера (т.е. ему соответствует внешний вывод микросхемы), поэтому данное напряжение можно, в принципе регулировать, что, в итоге, будет приводить к изменению мощности лазера. Однако на практике производители предпочитают на контакт VR подавать опорное напряжение, сформированное внутренним высокостабилизированным и прецизионным источником опорного напряжения. Это позволяет обеспечить точность и неизменность результатов производимых измерений. Таким образом, величину VR можно считать неизменной. В 65ALS543 таким опорным напряжением является 1.4 В, устанавливаемое на конт.5.

На второй вход компаратора подается напряжение, которое мы условно назовем VM. Напряжение VM – это напряжение, прямо пропорциональное величине сигнала фотодетектора PD (VM и получают из напряжения PD). Но на величину сигнала PD оказывает еще влияние и резистивный делитель, подключенный к контакту RM, т.е. напряжение VM – это напряжение PD, уменьшенное на величину, определяемую внешним делителем. Для получения возможности регулировать параметры лазера, к контакту RM подключают переменный резистор. Установка этого резистора является заводской регулировкой, осуществляемой для подстройки каждого конкретного лазерного светодиода. В полевых условиях регулировка этого резистора осуществляться не должна (но практика говорит о том, что в некоторых случаях регулировка этого резистора является очень эффективным способом «оживить» лазерный принтер). Переменный резистор может быть один (как у большинства производителей), так их может быть и два (как у Canon и HP). Если используется два переменных резистора, то один из них является «грубой» регулировкой, а второй – точной подстройкой. Как показывает практика, вращение по часовой стрелке этих резисторов приводит к увеличению мощности лазера.

Итак, компаратор сравнивает два напряжения: VR и VM. Происходит это в период APC, т.е. когда через лазер протекает некоторый фиксированный ток.

Если напряжение VM>VR, то это говорит о значительной мощности сигнала от фотодетектора и необходимости уменьшить ток через лазер. В результате, на выходе компаратора формируется сигнал, который приводит к активизации цепи разряда конденсатора CH (рис.11).

Разборка DVD-RW привода

Этот процесс должен проделываться с тщательной осторожностью, поскольку внутренние детали имеют хрупкую структуру, их легко повредить. Демонтировав корпус, вы сразу заметите необходимую деталь, она выглядит в виде небольшого стеклышка, расположенного внутри передвижной каретки

Его основание и нужно извлечь, оно отображено на рис.1. Этот элемент содержит оптическую линзу и два диода.

На этом этапе сразу следует предупредить, что лазерный луч является крайне опасным для человеческого зрения.

При прямом попадании в хрусталик он повреждает нервные окончания и человек может остаться слепым.

Лазерный луч обладает ослепляющим свойством даже на расстоянии 100 м, поэтому важно следить за тем, куда вы его направляете. Помните, что вы несете ответственность за здоровье окружающих, пока такое устройство находится в ваших руках!. Рисунок 3

Микросхема LM-317

Рисунок 3. Микросхема LM-317.

Перед тем как приступить к работе, необходимо знать, что лазерный диод можно повредить не только неосторожным обращением, но и перепадами напряжения. Это может случиться за считанные секунды, поэтому диоды работают на основе постоянного источника электричества. При повышении напряжения светодиод в устройстве превышает свою норму яркости, вследствие чего разрушается резонатор. Таким образом, диод теряет свою способность к нагреву, он становится обычным фонариком.

На кристалл воздействует и температура вокруг него, при ее падении производительность лазера возрастает при неизменном напряжении. Если она превысит стандартную норму, резонатор разрушается по схожему принципу. Реже диод повреждается под воздействием резких перепадов, которые обуславливаются частыми включениями и выключениями устройства в течение короткого периода.

После извлечения кристалла необходимо моментально перевязать его окончания оголенными проводами. Это нужно для создания соединения между его выходами напряжения. К этим выходам нужно припаять малый конденсатор на 0,1 мкФ с отрицательной полярностью и на 100 мкФ с положительной. После этой процедуры можно снять намотанные провода. Это поможет защитить лазерный диод от переходных процессов и статического электричества.

Режущий лазер из DVD привода

Привет всем любителям самоделок, думаю многие знают, что мощным лазером можно выжигать по дереву, резать пластик и поджигать спички на расстоянии, штука довольно интересная, поэтому в этой статье я расскажу Вам, как сделать бюджетный режущий лазер, при помощи которого можно проводить интересные эксперименты, а также упрощать процесс сборки других самоделок.

Перед тем, как ознакомиться с описанием процесса сборки, предлагаю посмотреть видео, где наглядно продемонстрирована работа такой самоделки.

https://youtube.com/watch?v=xtsAjnH-Bog

Для того чтобы сделать самодельный режущий лазер, понадобится:* DVD привод от компьютера, скорость записи должна быть не менее 16X* Паяльник* 3 конденсатора на 10 микрофарад* Резисторы на 51 кОм, 20 кОм, 30 кОм* Импульсная микросхема NCP 1529 * Аккумулятор с напряжением не менее 3.7 вольт* Переключатель* Дроссель на 2.2 микрогенри * Корпус* Фольгированный текстолит

Вот и все, что нужно для создания данной самоделки, переходим непосредственно к пошаговой сборке.

Шаг первый. Для начала нужно определиться с DVD приводом от компьютера, наверняка у кого-то такой завалялся, а если нет, то их полным полно имеется на радиобарахолке или магазинах компьютерных комплектующих.

Из данного привода нам нужен только один элемент, а именно лазер, который в таких приводах обычно отвечает за запись информации на диск или по-другому прожиг. Также необходимо учесть, что оптические приводы, не имеющие возможность записывать информацию на диск не подойдут, к ним же отнесем и CD приводы, в которых мощность лазера очень мала.

После того, как с приводом определились, его необходимо разобрать. Открутив винтики на корпусе, добираемся до внутренностей привода, здесь расположилась схема и тот самый лазер, который нам нужен.

В качестве питания можно использовать любой аккумулятор напряжением не ниже 3.7 вольт, сюда же идеально подойдет литий-ионная аккумуляторная батарея типа 18650, ее напряжение как раз составляет необходимые 3.7-4.2 вольта.

Шаг третий.После проверки лазера и самодельного драйвера к нему необходимо сделать корпус или же взять готовый.

Если такого корпуса нет, то можно сделать что-то похожее из тонкостенной трубы, в случае с алюминиевой трубой внутренности необходимо заизолировать во избежании замыкания.

Ну вот и готов самодельный режущий лазер, а это значит, что пора приступить к его испытаниям. Данный лазер достаточно хорошо выжигает на деревянных поверхностях, плавит пластик и поджигает спички на расстоянии полутора метров, что я считаю достойно для такого маленького лазера, а также легкодоступного и недорогого.

Назначение и классификация приборов

Принцип работы устройства довольно прост: нужно поставить лазерный уровень на поверхность пола либо стены, запустить и дождаться, когда прибор будет создавать вертикальные или же горизонтальные линии разметки, в зависимости от используемой поверхности.

Но такой прибор в строительных магазинах стоит немало, поэтому лучше всего разобраться, как создать штатив для нивелира своими руками, тем более такая процедура не требует затрата особого труда.

На внешний вид юстировка больше походит на компактное устройство, которое можно установить на разные поверхности. Самые распространённые крепления аппарата проводятся с помощью следующих установок:

подставка в виде штатива;
магнитные крепления;
кронштейн;
специальные крепящие ремни.

Кроме принципа крепления, строительные устройства отличны друг от друга особенностями проекции луча лазера на поверхность стены и его направлением. Приборы, которые применяются для определения направления, создают проекцию на поверхности в виде точки. Уровни же, которые разграничивают плоскость, включают в своё строение специальную систему оптики, которая разворачивает луч в саму плоскость. Сегодня опытные строители выделяют следующие типы лазерных систем:

Ротационный прибор, который может крутиться вокруг свой оси, образуя при этом чёткие очертания. Такой аппарат обладает прочным корпусом, хорошо защищённым от действия факторов извне. Такое изделие часто применяется для различных строительных работ: от заливки пола и до создания потолка.
Позиционный аппарат, который включает в себя два источника излучения, он помогает проецировать видимую строителем плоскость. Такое устройство чаще всего используется для обустройства помещения.
Прибор самовыравнивающего характера — нивелир, в который входит специальный маятник, который может излучать около пяти лучей. На таком прибор может также быть прицел крестообразного типа.

Принцип действия лазерной указки

По принципу действия лазер представляет собой генератор фотонов. Суть явления, которое лежит в его основе, состоит в том, что на атом оказывает воздействие энергия в виде фотона. В результате этот атом излучает следующий фотон, который движется в том же направлении, что и предыдущий. Эти фотоны имеют одну и ту же фазу и поляризацию. Разумеется, излучаемый свет в этом случае усиливается. Такое явление может произойти только в отсутствии термодинамического равновесия. Чтобы создать индуцированное излучение, применяют разные способы: химические, электрические, газовые и другие.

Само слово «лазер» возникло не на пустом месте. Оно образовалось в результате сокращения слов, описывающих суть процесса. На английском полное название этого процесса звучит так: «light amplification by stimulated emission of radiation», что на русский переводится как «усиление света посредством вынужденного излучения». Если говорить по-научному, то лазерная указка — это оптический квантовый генератор.

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.

Самодельный бытовой лазер

Для выполнения ремонтных работ и изготовления металлических изделий в быту часто требуется лазерная резка металла своими руками. Поэтому домашние умельцы освоили изготовление и успешно пользуются ручными лазерными устройствами.

По стоимости изготовления для бытовых нужд больше подходит твердотельный лазер.

Мощность самодельного прибора, конечно же, нельзя даже сравнивать с производственными аппаратами, но для использования в бытовых целях он вполне подойдет.

Как собрать лазер, используя недорогие запчасти и ненужные предметы.

Для изготовления простейшего прибора понадобятся:

лазерная указка;
фонарик на аккумуляторных батареях;
пишущий CD/DVD-RW (подойдет старый и неисправный);
паяльник, отвертки.

Как сделать ручной лазерный гравер

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.

Компьютерный DVD-привод

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.

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.

Самодельный бытовой лазер

По стоимости изготовления для бытовых нужд больше подходит твердотельный лазер.

Как собрать лазер, используя недорогие запчасти и ненужные предметы.

Для изготовления простейшего прибора понадобятся:

лазерная указка;
фонарик на аккумуляторных батареях;
пишущий CD/DVD-RW (подойдет старый и неисправный);
паяльник, отвертки.

Как сделать ручной лазерный гравер

Шаг 3: Питание

Следующий шаг — ограничитель тока (драйвер). К сожалению, не получится просто соединить диод батарейкой — он сразу же сгорит. Поэтому нам нужно собрать простую схему. Если, прежде чем посмотреть моё видео, вы уже гуглили что-то о том как сделать лазер из дисковода, то, вероятно, видели одну простую схему. Я не рекомендую так делать, так как эта схема 100% убьёт ваш диод, это всего лишь вопрос времени.

Для сборки правильной схемы нам понадобится всего два компонента: Чип LM317 (Ali) и резистор 3.3Ohm 2W (Ali). Я также использовал небольшой радиатор, но чип остается всегда холодным — вам он не понадобится.

Припаяйте резистор к первым двум клеммам LM317. Также припаяйте по проводу к первой и последней клемме — первый пойдёт на плюс лазерного диода, а третий на плюс блока питания, минус идёт прямо от батарейки на лазер. Один важный момент: так как я использовал новый диод, я был 100% уверен, что он выдержит силу тока, если вы не уверены в этом, то последовательно соедините два резистора на 3.3 Ohm — это обезопасит диоды практически от любого DVD привода. Для защиты от замыкания используйте термоусадку. Всё готово!

Безопасность лазеров

Безопасность использования лазеров, неотъемлемая часть их повседневной эксплуатации, такие приборы не являются безобидными и могут нести определенную опасность, зависящей от того, как устроена лазерная указка. Опасность у зеленого луча самая высокая.

Негативные последствия, когда используется самая мощная лазерная указка без соблюдения техники безопасности могут быть следующими:

при попадании в глаза, даже на непродолжительное время, свет лазера может вызвать ожог сетчатки глаза, что приведет к нарушению зрения или же его частично потере. Такое попадание может повлечь за собой фатальные последствия, если применить такой луч для летчиков или водителей автомобиля (в 2013 году в России массовыми случаи стало ослепление летчиков гражданской авиации на подлете к городам, что могло привести к крушению самолетов);
повреждения кожного покрова — при использовании мощных лазеров с сильным световым пучком на протяжении нескольких минут на открытом участке кожи может остаться ожог 2-3 степени.

Эти последствия повлекли за собой законодательный запрет на владение лазерными указками на территории некоторых стран, и из них же вытекают меры предосторожности при использовании таких средств:

не светить в глаза — при использовании указки запрещается даже на короткий промежуток времени направлять световой пучок человеку в глаза во избежание ожога сетчатки;
не направлять на открытые участки тела — при использовании мощных лазеров это также может вызвать ожог поверхности тела;
не облучать водителей транспортных средств — это может привести к авариям на транспорте и имущественный вред, вплоть до летального исхода.

Фото лазерной указки

Лазерная указка из CD-привода своими руками

Некоторым людям наличие лазерной указки просто необходимо. Можно пойти несколькими путями — купить готовую или изготовить самому. Это одно из немногих устройств, что принято собирать самостоятельно. Как сделать, чтобы собранное изделие было не хуже покупного? Лазерные источники в продаже обычно маломощные. Изготовить такой можно из списанного CD-привода — в нем слабосильный лазер считывает с дорожек информацию. Гораздо интереснее получится устройство из пишущего CD-RW привода, способного прожигать дорожки. Лазер намного мощнее при увеличении скорости прожига. Об этапах сборки я расскажу в этой статье.

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: