Làm thế nào để kết nối một diode laser. Điốt laser: nguyên lý hoạt động, chủng loại và ứng dụng. Hướng dẫn kết nối từng bước

Giấc mơ về một chiếc laser bỏ túi nhỏ đã trở thành hiện thực với sự ra đời và phát triển của điốt laser bán dẫn. Có rất nhiều bài viết trên Internet về cách bạn có thể tạo ra tia laser đốt từ ổ đĩa CD. Nhưng bạn không nên giới hạn bản thân chỉ với thông tin này.

Lựa chọn diode laser:

Nếu bạn có mục tiêu nghiêm túc là chế tạo tia laser, thì hãy xem qua sách tham khảo và chọn một diode laser phù hợp với các thông số. Nếu không, ổ đĩa DVD RW của bạn bị lỗi, bạn sẽ phải bỏ tiền ra và mua một đèn LED laser. Hơn nữa, trong trường hợp này, bạn có thể, với khả năng tài chính tốt nhất của mình, chọn một loại tia laser có công suất mà bạn cần. Tiếp theo chúng ta nên làm gì với anh ta? Tôi khuyên bạn nên đọc và nghe bài viết của chúng tôi để không lãng phí thời gian lắp ráp các mạch kết nối diode laser đáng ngờ.

Phân loại hệ thống laser:

Năng lượng cao tập trung vào chùm tia laser và do đó có nguy cơ gây tổn hại thị lực nếu xử lý tia laser một cách bất cẩn. Có sự phân loại nguy hiểm đối với việc lắp đặt laze theo EN60825-1, Hình số 1.

Hình số 1 - Phân loại mối nguy hiểm khi lắp đặt thiết bị laser

Khi làm việc với điốt laser, bạn phải TUÂN THỦ NGHIÊM TÚC CÁC QUY TẮC AN TOÀN. Không hướng tia laser trực tiếp vào mắt vì điều này có thể dẫn đến mất thị lực hoàn toàn hoặc một phần. Đừng đưa thiết bị laser của bạn cho trẻ em, đừng để nó ở những nơi dễ tiếp cận! Loại bỏ khả năng kích hoạt trái phép (vô tình) tia laser, chỉ sử dụng tác phẩm của bạn cho mục đích hòa bình!!! Đeo kính an toàn khi thiết lập và vận hành nó.

Về điốt laser:

Theo quy định, diode laser là một thiết bị thu nhỏ có ba (Hình 2) hoặc bốn chân, tùy thuộc vào loại.

Hình 2 – Hình dáng của đèn LED laser có 3 chân

Tại sao lại có ba chân? Thực tế là bên trong vỏ máy, ngoài điốt phát laser, còn có một điốt quang, Hình số 3.

Hình 3 – Mạch LED Laser

Photodiode được thiết kế để kiểm soát (điều chỉnh hoặc giới hạn) dòng laser. Về mặt cấu trúc, nó trông như thế này: Hình số 4.

Hình số 4 - Mặt cắt ngang của một diode laser.

Điốt laser công suất thấp hoạt động ở điện áp vài volt và dòng điện trong khoảng 50 đến 80 mA. Được chỉ định trong các hộ chiếu tương ứng trên chúng (Bảng dữ liệu). Ví dụ, không bao giờ được vượt quá dòng điện hoạt động (50-60 mA)! Quá tải xung cũng nguy hiểm. Do đó, khi cấp nguồn cho đèn LED laser, phải cẩn thận để đảm bảo không có các đỉnh như vậy. Đáng tin cậy nhất là sử dụng pin thay vì nguồn điện làm nguồn điện cho diode. Nhưng điều này không phải lúc nào cũng phù hợp - đặc biệt nếu bạn muốn cài đặt vĩnh viễn.

Vì vậy, nếu bạn muốn kết nối diode laser (LD) với nguồn điện không ổn định (đơn giản), tôi khuyên bạn nên sử dụng sơ đồ số 5:

Hình số 5 – Sơ đồ kết nối LD với nguồn điện không ổn định

C1– 10 µF
C2 – 47 pF
C3, C4 – 10nF
R1 – 10K
R2 – 1,5K
R3 – 33 Ôm
VT1 – BC548
VT2-BD675
VD1 – Điốt laze
VD2 – 3,3V/ 1,3W
Nhờ kết nối này của diode laser, có thể ngăn ngừa sự cố của nó. Điện áp rơi trên điện trở R2 mở ra bóng bán dẫn VT 1, nó điều khiển dòng cơ sở của bóng bán dẫn VT 2. Trong vòng điều khiển, dòng photodiode dao động trong khoảng 400 μA. Tụ điện C4 loại bỏ nhiễu xung và bộ chia điện áp kiểu điện dung, bao gồm tụ điện C2 và S3, đảm bảo rằng quá trình điều chỉnh bắt đầu ngay lập tức khi điện áp nguồn được áp dụng.

Tùy chọn laser của tôi:

Tôi cũng đã thử tạo tia laser từ ổ DVD RW và tôi muốn cảnh báo ngay với bạn rằng ý tưởng này rất hay nhưng khá khó thực hiện. Việc tháo rời ổ đĩa DVD RW đang hoạt động là một điều ngu ngốc và trong các ổ đĩa bị hỏng, theo quy luật, diode laser đã bị cháy sém và không thể khôi phục được. Ngay cả khi bạn đã cố gắng loại bỏ diode laser đang hoạt động, hãy chuẩn bị cho thực tế là nó cần một thấu kính thu đặc biệt, vì bản thân diode laser không tỏa sáng tập trung. Và để hình thành sự phân kỳ chùm tia cần thiết, bạn sẽ cần có hệ thống quang học tốt. Ống kính từ ổ đĩa DVD RW không mang lại hiệu quả như mong muốn. Tôi chỉ cần mua một mô-đun laser làm sẵn như HLDPM12-655-5 (trong vỏ có bảo vệ quang học và đảo cực) và kết nối nó với nguồn điện thông thường.

Điốt laser được sử dụng trong rất nhiều thiết kế vô tuyến nghiệp dư. Diode laser có thể được cấp nguồn từ pin hoặc nguồn điện có thể sạc lại hoặc từ mạng cố định có điện áp công nghiệp 220 volt. Trong trường hợp sau, cần phải bảo vệ cẩn thận hơn chống lại sự đột biến của dòng điện hoặc điện áp, vì diode laser là một bộ phận khá nhạy cảm với những hiện tượng như vậy và có thể bị hỏng ngay cả khi vượt quá dòng điện hoặc điện áp trong thời gian rất ngắn.

Kết nối một diode từ nguồn DC.

Mạch này bao gồm một pin hoặc bộ tích điện chín volt, một điện trở giới hạn dòng điện và chính mô-đun laser. Nếu bạn không có diode laser riêng, bạn có thể lấy nó từ ổ đĩa DVD. Cần nhớ rằng trong trường hợp này chúng ta đang nói về một trình phát trên máy tính chứ không phải về một trình phát thông thường. Tia laser được lấy ra khỏi nó một cách hết sức cẩn thận, sau đó cần xác định kết nối nguồn. Theo quy định, nhà sản xuất cung cấp điốt laser có ba dây dẫn, hai dây ở cạnh và một dây ở giữa. Trong hầu hết các trường hợp, điện cực giữa được kết nối với cực âm của nguồn điện. Bạn cần kết nối bên phải hoặc bên trái với cực dương, tất cả phụ thuộc vào nhà sản xuất và nhãn hiệu thiết bị laser. Để xác định chân nào là dương, nên cấp nguồn cho diode. Với mục đích này, hai pin 1,5 volt và điện trở 5 ohm được sử dụng. Cực âm của pin được nối trực tiếp với cực âm trung tâm của diode. Cực dương của pin, thông qua một điện trở, được nối luân phiên với hai cực còn lại của diode. Ngay khi tia laser sáng lên một chút có nghĩa là cực dương đã được tìm thấy. Bằng cách này, cực tính có thể được xác định rất nhanh chóng và dễ dàng, vì nguyên lý hoạt động của diode laser giống hệt hoạt động của van thông thường. Tia laser trong tương lai được cung cấp năng lượng bởi hai hoặc ba pin AA, nhưng nếu muốn, bạn cũng có thể sử dụng pin điện thoại di động cho mục đích này. Trong trường hợp sau, cần sử dụng thêm một điện trở giới hạn 25 ohm, và trong trường hợp dùng pin, hãy sử dụng điện trở 5 ohm.

Kết nối một diode từ mạng 220 V

Kiểu kết nối này có thể gây ra hiện tượng tăng điện áp không mong muốn và tăng đột biến tần số cao. Trong trường hợp này, cần cung cấp biện pháp bảo vệ bổ sung cho phần tử nhạy cảm để tránh hư hỏng. Mạch bao gồm một bộ ổn áp, một tụ điện, các điện trở giới hạn dòng điện và một diode laser. Bộ ổn định điện áp và điện trở tạo thành một khối ngăn cản dòng điện tăng vọt. Để bảo vệ chống tăng điện áp, một diode zener được lắp đặt và một tụ điện sẽ giúp ngăn chặn sự tăng vọt tần số cao. Nhờ sử dụng mạch như vậy, hoạt động ổn định của diode laser được đảm bảo hoàn toàn.

Đánh giá ngắn gọn về mô-đun laser 1,5 watt của Trung Quốc nhưng đồng thời giá rẻ.
Thích hợp để cài đặt trên mọi loại máy in 3D, cũng như cho các thiết kế tự chế

Việc cài đặt rất đơn giản: mô-đun laser được lắp trên đầu in bằng dây buộc và được kết nối thay vì quạt gió.
Không cần phải cập nhật firmware. Bạn có thể in từ ổ đĩa flash.

Thông tin chi tiết hơn dưới phần cắt

Lời chào hỏi! Và đi thẳng vào vấn đề))))

Tôi từ lâu đã muốn có được một chiếc máy khắc laser có diện tích làm việc lớn. Chà, lớn thế nào - hơn 3,5 x 3,5 mm (Neje, KKmoon và Decker tương tự). Những hàng thủ công có thiết kế cực rẻ này của Trung Quốc sử dụng cơ chế từ ổ đĩa máy tính cũ, và do đó không có khả năng hiện đại hóa.

Điều đơn giản nhất bạn có thể nghĩ đến là cài đặt mô-đun laser trên đầu máy in 3D. Có các tùy chọn để cài đặt cùng với hotend hiện có (), bạn có thể cài đặt bộ chuyển động X mới (giá đỡ hiệu ứng cho kossel) thay vì bộ tiêu chuẩn.


Có nhiều tùy chọn nguồn điện khác nhau cho trình điều khiển mô-đun laser - nó có thể được cấp nguồn từ dây nóng của bộ gia nhiệt, trong khi tín hiệu TTL được lấy từ quạt thổi của mô hình. Nếu chỉ cần sửa đổi tối thiểu, bạn có thể chỉ cần cài đặt nó cùng với hotend, cấp nguồn cho nó từ quạt (đặt ở mức 100%). Tiếp theo, chúng ta lấy nét ống kính đến một điểm, hạ bộ hiệu ứng xuống bàn theo cách thủ công (nâng bàn lên tia laser, v.v.), xác định độ cao mà chùm tia laser tập trung vào điểm đó. Chiều cao này sẽ không đổi cho lần “in” tiếp theo, được điều chỉnh theo chiều cao của vật liệu. Trong tùy chọn này, sẽ không cần phải flash - mọi thứ vẫn như cũ và bạn có thể sử dụng máy in làm máy in, chỉ chuẩn bị các tệp mã G cho máy khắc thông qua plugin.

Nhân tiện, như một tùy chọn, bạn có thể thu thập . Cách dễ nhất là sử dụng một số phần của cấu trúc, con lăn và dây đai. Ở đây có, và ở đây - về việc lắp ráp xe ngựa.
Bạn có thể sử dụng Arduino Uno/Nano + CNC Shield làm bảng điều khiển đơn giản, có thể mua bảng EleksMaker gốc để tương thích với phần mềm như Benbox (và về cơ bản có được một bản sao rẻ tiền của máy khắc Trung Quốc với giá không đắt) và không có gì ngăn cản bạn cài đặt Arduino Mega+ Ramp và sử dụng công việc từ thẻ SD và điều khiển (màn hình + bộ mã hóa).
Tất cả các thành phần này đều rẻ và sẵn có.

Trong mọi trường hợp, điều quan trọng nhất là tìm và kết nối mô-đun laser một cách chính xác.


Trên Muska đã có một cuộc nói chuyện về các mô-đun laser mạnh mẽ (và thậm chí còn có một bài viết về máy khắc laser), khi mua, hãy chú ý đến khả năng điều khiển công suất TTL (hoặc mua một trình điều khiển riêng có TTL cho diode/mô-đun laser )
Và hãy nhớ rằng tên của mô-đun laser thường chỉ ra công suất mà người Trung Quốc mong muốn, điều này chỉ có thể đạt được ở mức công suất 100%. Công suất trung bình/được khuyến nghị thường dao động trong khoảng 50-60% mức tối đa. Nghĩa là, nếu bạn trả khoảng 300 USD cho một mô-đun có công suất 5500mW thì rất có thể bạn sẽ có khoảng 3...3,5W để làm việc. Khi hoạt động ở công suất tối đa trong thời gian dài, điốt Trung Quốc nhanh chóng mất tuổi thọ sử dụng (và chết).

Hãy để lại các mô-đun diode mạnh mẽ cho các ấn phẩm khác, nhưng vẫn chưa có ấn phẩm nào về Muska về các chất tương tự rẻ tiền của chúng. Nói chung, mục tiêu là có được một mô-đun rẻ tiền dưới 25 USD nhưng đồng thời có khả năng khắc trên gỗ/bìa cứng và thậm chí có thể cắt các vật liệu mỏng.
Tôi sẽ ngay lập tức chỉ ra các lựa chọn khiến tôi chú ý.

Trước hết, Luôn có cơ hội tháo/yêu cầu phụ tùng thay thế ổ DVD-RW cũ và tháo tia laser. Thông thường họ yêu cầu tìm kiếm ở tốc độ> 16x, vì họ sử dụng tia laser mạnh hơn một chút.
Đây là một tùy chọn thực tế miễn phí, thích hợp để bạn thử sức và xem điều gì sẽ xảy ra. Nhân tiện, nếu bạn làm hỏng một vài ổ đĩa, bạn cũng sẽ nhận được cơ chế cho hai trục))))
Đây là thông tin về phương pháp tương tự, hãy tháo rời cẩn thận, không làm hỏng mô-đun, sợ tĩnh điện.
Tia laser từ ổ đĩa thường có khả năng khắc các tông và gỗ. Đối với người hâm mộ, bạn có thể bật bóng bay và thắp diêm. Được cung cấp bởi pin 1 * 3.7V hoặc 5V (sạc dự phòng)

Thứ hai, Bạn có thể mua điốt laser rất rẻ, thường được bán thành nhiều chiếc. Dưới đây là một ví dụ về điốt laser có bước sóng bức xạ 808nm.
Có ba chân trên thân, nhưng hai chân được sử dụng (trừ trên thân, cộng ở bên trái).
Đối với cả trường hợp đầu tiên (ổ laze hoặc DVD-RW) và trường hợp thứ hai, bạn sẽ cần mua thêm vỏ, ống kính và cả nguồn điện cho diode.

Có một điều tốt cách thứ ba: Đây là việc mua một mô-đun diode laser rẻ tiền, trong ống bọc, có thấu kính.
Dưới đây là các tùy chọn cho , for , for .
Chúng được bán dưới dạng phiên bản thay thế (để nâng cấp hoặc sửa chữa) của loại laser Neje/Kkmoon


Chúng trông giống như một ống bọc có đường kính 12mm, cao 45mm, có hai tiếp điểm để cấp nguồn cho diode. Mô-đun này được cung cấp mà không có trình điều khiển và do đó, bạn sẽ cần phải hàn hoặc mua trình điều khiển. . B cung cấp hình ảnh mô-đun laser đã được tháo rời


Vì vậy, mô-đun có kèm theo trình điều khiển bên trong, trình điều khiển được cấp nguồn bằng điện áp 4,5V....5V, công suất tiêu thụ tối đa là 1,5W (công suất phát ra tương ứng ít hơn). Trình điều khiển này không có TTL. Có hai tùy chọn điều khiển - M106 S255 (MAX) rồi M106 S0 (MIN) hoặc bật/tắt nguồn, về cơ bản là giống nhau. Tùy chọn thứ hai là thay thế trình điều khiển “gốc”.

Một vài lời về trình điều khiển. Cần cấp nguồn cho diode laser không phải bằng điện áp mà bằng dòng điện, tùy theo dòng điện mà nó sẽ phát ra bức xạ mạnh hơn hay yếu hơn.
Đây là mạch cấp nguồn đơn giản nhất cho điốt laser từ ổ đĩa.


Điện trở được chọn nối tiếp với diode là rất quan trọng - nó hạn chế dòng điện trên diode.

Vì vậy, tôi quyết định thử nó ở đây
Dưới đây là hình ảnh của gói và tia laser. Nó đến khá nhanh sau khi thanh toán, khoảng 20 ngày. Không có một từ nào trong tuyên bố về tia laser (phụ kiện)


Bên trong bưu kiện có một gói có tia laser, nhỏ và nhẹ


Trọng lượng mô-đun chỉ 17-18 gram


Kích thước: đường kính 12mm...


... chiều dài 45 mm


Vòng với ống kính có thể được tháo ra hoàn toàn. Ở đây trong bức ảnh bạn có thể thấy rõ ống kính và lò xo.


Nếu bạn nhìn vào mô-đun laser khi đã tháo thấu kính ra, thì... bạn có thể thấy rất ít. Chỉ có con chip ở vỏ.


Ảnh gần hơn


Ở mặt sau các dây được cố định bằng keo nóng


Bây giờ là hình ảnh của các thành phần bổ sung để lắp ráp.
Để thử nghiệm ban đầu, trình điều khiển 300mA đã được mua


Và




Hình ảnh tia laser có tản nhiệt


Và chúng được tập hợp


Tổng trọng lượng lắp ráp là 65 gram - điều này rất quan trọng đối với các bộ phận chuyển động của hệ thống trong tương lai


So sánh laser 1500 mW với mô-đun laser 300 mW

Để so sánh - điốt 300mW 808nm và bộ tản nhiệt cho chúng

Đồng thời tôi tiến hành thực nghiệm với lô
điốt

cơ thể với ống kính






Đây là hình dáng của diode được lắp vào thùng máy


và chính diode


bộ tản nhiệt lắp ráp với ống kính

Vì vậy, tôi đã mua trình điều khiển đơn giản nhất chỉ để theo dõi hiệu suất của tia laser. Nó có thể cung cấp năng lượng cho tia laser lên tới 300mA (đọc là milliwatt 600....700), nhưng không tiết lộ đầy đủ khả năng của mô-đun laser.
Thích hợp để cấp nguồn cho các mô-đun laser tự chế được làm từ DVD-RW. Nếu bạn cấp nguồn cho điốt từ tia laser hoặc mua điốt 300 mW thì trước tiên bạn phải đặt dòng điện cung cấp tối thiểu.

Để bắt đầu, chúng ta vặn biến trở đến vị trí tối thiểu (ngược chiều kim đồng hồ), kết nối điện trở 50...80 Ohm thay vì laser và đặt dòng điện ở khoảng 50 mA.
Đảm bảo để đồng hồ vạn năng ở chế độ đo dòng điện trong mạch. Sau đó, chúng tôi cũng sẽ bật tia laser bằng đồng hồ vạn năng và theo dõi nó.

Đối với mô-đun laser 1500mW trong bài đánh giá, nó đã đi kèm với trình điều khiển được cài đặt sẵn; nó có thể được cấp nguồn lên tới 5V. Lúc đầu, tôi chơi nó an toàn và áp dụng điện áp ít hơn một chút. Bức ảnh cho thấy mô-đun laser bắt đầu sáng lên và bạn có thể thử lấy nét nó vào một điểm


Vậy là bài kiểm tra đã trôi qua.
Tôi đã sử dụng mô-đun DPS5005 để cấp nguồn cho mô-đun laser và điều khiển dòng điện/điện áp


Bạn đã có thể khắc gỗ rồi, chỉ có điều là bạn phải giữ một lúc thôi
Đây là hình ảnh mẫu tay






Tiếp theo, bạn có thể đặt điện áp ở mức 4,5....5V được khuyến nghị


Chà, theo truyền thống - đèn diêm, bóng bay bật lên, tôi sẽ không chú ý đến điều đó

Đối với các thử nghiệm tiếp theo, tôi đã sử dụng máy in Geeetech Me Creator đã loại bỏ máy đùn. Một giá đỡ mới đã được rút ra cho cỗ xe, nguồn laser được bật riêng.

Mô hình 3D của giá đỡ xe ngựa


Ảnh chụp màn hình từ máy cắt máy in 3D


Hình dáng của tia laser được lắp đặt trên xe X




Nhìn từ trên cao.


Hình ảnh đang được tiến hành. Rất khó để bắt được dấu chấm bằng máy ảnh - ở những chiếc kính đặc biệt, dấu chấm đó rất nhỏ, khoảng 0,1 mm. Tốt hơn là không nên nhìn vào nó mà không có kính bảo vệ.


Được in bình thường từ thẻ SD, không cần sửa đổi phần sụn


Mã G đơn giản nhất cho tọa độ đã được khởi chạy từ thẻ SD để kiểm tra chức năng của ý tưởng.




Tìm hiểu chi tiết hơn xem tia laser Trung Quốc 1,5 Watt có thể làm được những gì

Để chuẩn bị hình ảnh để khắc, tôi khuyên bạn nên sử dụng
Đây là menu plugin. Trong Z-offset, viết độ cao mà tia laser của bạn tập trung. Việc điều khiển được thực hiện bằng lệnh M106/M107 thông qua việc điều chỉnh tốc độ quạt.

Vì vậy, mô-đun laser này là một trong những mô-đun rẻ nhất và cho phép bạn giữ nó dưới 20 đô la.
Để bộc lộ tất cả khả năng của mô-đun laser, tôi đã đặt hàng một trình điều khiển hiện tại lên đến 1500 mW và có TTL. Khi nó đến, tôi sẽ tháo rời vỏ mô-đun và muốn kết nối nó mà không cần trình điều khiển gốc.

Chà, tôi muốn vẽ một cỗ xe mới để có thể lắp đặt máy đùn và tia laser cùng một lúc.
Nếu không thì sẽ không thuận tiện lắm khi ném chúng đi khắp nơi.

Nói chung là đủ thứ. Ý tưởng hay, hay, hy vọng sẽ phù hợp với nhiều người, ít nhất là thử sức mình.
Tôi thích bài đánh giá +51 +78

Mạch này khá chính xác và không cần nhiều linh kiện, được thiết kế để điều khiển một diode laser và được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của thiết bị y tế. Thiết bị này hiện đang được thử nghiệm lâm sàng. Hiệu suất của điốt laser có thể bị lệch trong thời gian ngắn và dài hạn do nhiệt độ và lão hóa. Chúng thường được điều khiển bởi dòng điện một chiều, do đó công suất quang đầu ra của chúng được theo dõi và dòng điện được điều chỉnh theo sự thay đổi của công suất.

Phần thân của thiết kế được nối đất, do đó cấu hình nguồn DC được thiết kế để bao gồm một bóng bán dẫn điện ở nhánh trên của tia laser, thay vì tùy chọn ngược lại đơn giản hơn. Ngoài ra, để tránh “xăm” bệnh nhân, dòng điện ban đầu phải được hạn chế.

Trong mạch nguồn +5V đơn, điện trở cảm biến dòng điện và giới hạn dòng điện R1 và MOSFET kênh p Q1 tạo thành bộ theo dõi nguồn (Hình 1). Điện áp cổng của MOSFET cao hơn một chút so với điện áp nguồn, do đó bóng bán dẫn bật một phần và dòng điốt laser tạo ra sụt áp trên điện trở R1. Trong trường hợp xấu nhất, khi Q1 mở hoàn toàn, dòng laser cực đại được cho bởi

R DS(SAT) = 25 mOhm - điện trở kênh mở của bóng bán dẫn MOS,
V LASER = 2,0 V - điện áp trên diode laser.

Các giá trị R DS(SAT) và V LASER được lấy tương ứng từ bảng dữ liệu bóng bán dẫn và diode laser. Việc lựa chọn điện trở R1 được xác định bởi các yêu cầu đối với dòng điện laser (trong trường hợp này là 250 mA) có tính đến sự điều chỉnh do điện áp chuyển tiếp của diode laser đưa ra, giá trị điển hình của nó là 2,0 V. Giải phương trình cho R1, chúng tôi thu được:

trong đó tôi LASER = 250 mA.

Điện trở R DS(SAT) nhỏ đến mức có thể bỏ qua. Với các giá trị đã biết của R1 và dòng điện cực đại của diode laser, công suất tiêu tán của R1 có thể được tính bằng công thức

điều đó có nghĩa là một điện trở có công suất tiêu tán cho phép là 800 mW sẽ cung cấp thêm một lượng nhỏ.

Dòng laser được thiết lập bằng cách sử dụng DAC, điện áp đầu ra được đặt theo tỷ lệ. Ở đây, điện áp nguồn +5 V được sử dụng làm tham chiếu, do đó đầu ra DAC theo dõi mọi dao động điện năng. Trong quá trình hoạt động, giá trị yêu cầu của điện áp điều khiển được đặt ở đầu ra ADC. Bộ chia R2, R3 chia tỷ lệ cài đặt này so với nguồn cung cấp +5 V danh nghĩa.

Ví dụ: nếu điện áp đầu ra DAC được đặt ở mức nửa tỷ lệ, tức là +2,5 V, thì điện áp giữa R2 và R3, (hoặc ở đầu vào không đảo của op-amp IC1), sẽ là +3,5 V. Đã bao gồm Trong vòng phản hồi, IC1 điều chỉnh điện áp tại cổng Q1 và ε tương ứng dòng điện chạy qua R1, Q1 và diode laser. Chế độ mạch được ổn định khi điện áp phản hồi bằng +3,5 V. Ở trạng thái ổn định này, 5 V - 3,5 V = 1,5 V giảm trên điện trở R1 và dòng điện là 125 mA, nghĩa là ở giữa thang đo . Tương tự, nếu đầu ra DAC được đặt ở giá trị tối thiểu là 0 V thì điện áp ở đầu vào không đảo của IC1 sẽ là +2 V. IC1 sẽ tăng điện áp tại cổng Q1 cho đến khi điện áp rơi trên R1 tăng lên 3 V và dòng điện tương ứng tăng lên tới 250 mA. Đây là điểm bão hòa khi Q1 bật hoàn toàn và điện áp chuyển tiếp trên diode laser là +5V trừ đi điện áp rơi trên R1.

Mạch hoàn chỉnh phải bao gồm các phần tử R4 và C1, đảm bảo tính ổn định của vòng điều khiển và có tần số cắt f bằng

Cần đặc biệt chú ý đến quá trình xảy ra trong mạch khi điện áp điều khiển thay đổi đột ngột, trong đó op-amp, trước đây hoạt động như một bộ cộng của điểm đặt và điện áp phản hồi, trở thành bộ theo dõi điện áp và một bước có xu hướng xuất hiện ở đầu ra của nó. Về vấn đề này, trong ví dụ của chúng tôi, tụ điện C2 được thêm vào, tạo thành bộ lọc tần số thấp cho điện áp điểm đặt với tần số cắt

trong đó R2||R3 = 12 kOhm.

Nếu tần số cắt của bộ lọc này nhỏ hơn nhiều so với băng thông vòng phản hồi, thì op amp sẽ có thể theo dõi các thay đổi của bước điểm đặt với độ vọt lố tối thiểu trong quá trình chuyển đổi DAC.

R5 cung cấp một số độ lệch cho op amp bằng cách đảm bảo rằng một lượng dòng điện nhỏ luôn được đảm bảo chạy qua điện trở R1. Khi đầu ra DAC được đặt ở thang đo đầy đủ +5V, dòng laser được điều khiển bởi op amp sẽ luôn cao hơn một chút so với cài đặt. Do đó, đầu ra op-amp khi cố gắng tắt Q1 sẽ chuyển sang trạng thái bão hòa. Nếu không có R5, điện áp bù đầu vào của op amp có thể được coi là điểm đặt sai và khiến Q1 được bật để khôi phục lại sự cân bằng.

Đây là một trong những lý do chính tại sao chuyển mạch DAC đo tỷ lệ được sử dụng. Nếu điện áp tham chiếu của DAC cố định thì việc lập trình dòng điện thấp gần như là không thể. Nếu điện áp ở đầu ra DAC được đặt thấp hơn một chút so với giá trị chính xác là +5 V, thì ngay cả khi điện áp nguồn +5 V có dao động nhỏ, điện áp điều khiển sẽ thay đổi khá đáng kể. Tuy nhiên, trong mạch đo tỷ lệ, DAC theo dõi những thay đổi ở điện áp nguồn +5 V và điện áp điều khiển tương đối ở đầu ra của nó vẫn ổn định.

Cái giá phải trả cho khả năng thiết lập chính xác dòng điện yếu là hệ số triệt tiêu gợn sóng của nguồn điện kém. Tuy nhiên, trong ứng dụng y tế mà tia laser được sử dụng, vòng điều chỉnh hiện tại tự nó là một phần của vòng điều chỉnh công suất và độ gợn sóng của nguồn điện trong đó là tối thiểu. Nếu cần, bạn có thể thêm một bộ ổn áp nhỏ vào bo mạch và với chi phí tăng nhẹ số lượng linh kiện, bạn sẽ có được nguồn laser ổn định, độ ồn thấp.

Điốt laser - Trước đây, việc sản xuất laser gặp rất nhiều khó khăn vì nó đòi hỏi một tinh thể nhỏ và sự phát triển của một mạch điện để hoạt động. Đối với một người nghiệp dư trên đài phát thanh đơn giản, nhiệm vụ như vậy là không thể.

Với sự phát triển của các công nghệ mới, khả năng thu được chùm tia laser trong điều kiện hàng ngày đã trở thành hiện thực. Ngành công nghiệp điện tử ngày nay sản xuất các chất bán dẫn thu nhỏ có thể tạo ra chùm tia laser. Điốt laser đã trở thành chất bán dẫn này.

Công suất quang tăng lên và các thông số chức năng tuyệt vời của chất bán dẫn giúp nó có thể sử dụng nó trong các thiết bị đo có độ chính xác cao cả trong sản xuất, y học và trong cuộc sống hàng ngày. Chúng là cơ sở để ghi và đọc đĩa máy tính, con trỏ laser trong trường học, thước đo mức, thước đo khoảng cách và nhiều thiết bị hữu ích khác cho con người.

Sự xuất hiện của một linh kiện điện tử mới như vậy là một cuộc cách mạng trong việc tạo ra các thiết bị điện tử có độ phức tạp khác nhau. Điốt công suất cao tạo thành một chùm tia, được sử dụng trong y học để thực hiện các hoạt động phẫu thuật khác nhau, đặc biệt là để phục hồi thị lực. Chùm tia laser có thể điều chỉnh nhanh chóng thấu kính của mắt.

Điốt laser được sử dụng trong các dụng cụ đo lường trong đời sống hàng ngày và công nghiệp. Các thiết bị được sản xuất với mức công suất khác nhau. Công suất 8 W là đủ để lắp ráp máy đo mức cầm tay tại nhà. Thiết bị này hoạt động đáng tin cậy và có khả năng tạo ra chùm tia laser có chiều dài rất dài. Việc chiếu tia laser vào mắt là rất nguy hiểm vì ở khoảng cách ngắn, chùm tia này có khả năng làm hỏng các mô mềm.

Thiết kế và nguyên lý hoạt động

Trong một diode đơn giản, một điện áp dương được đặt vào cực dương, khi đó chúng ta đang nói về việc phân cực diode theo hướng thuận. Các lỗ trống từ vùng “p” được đưa vào vùng “n” của lớp tiếp giáp p-n, và từ vùng “n” được đưa vào vùng “p” của chất bán dẫn. Khi một lỗ trống và một electron ở cạnh nhau, chúng sẽ kết hợp lại và giải phóng năng lượng photon có bước sóng và phonon nhất định. Quá trình này được gọi là phát xạ tự phát. Trong đèn LED nó là nguồn chính.

Nhưng trong những điều kiện nhất định, lỗ trống và electron có khả năng tồn tại ở một nơi trong thời gian dài (vài micro giây) trước khi tái hợp. Nếu lúc này một photon có tần số cộng hưởng đi qua khu vực này sẽ gây ra sự tái hợp cưỡng bức và photon thứ hai sẽ được giải phóng. Vectơ hướng, pha và phân cực của nó sẽ hoàn toàn trùng khớp với photon đầu tiên.

Tinh thể bán dẫn được chế tạo dưới dạng một tấm hình chữ nhật mỏng. Trên thực tế, tấm này đóng vai trò như một ống dẫn sóng quang học trong đó bức xạ tác dụng với một thể tích hạn chế. Lớp bề mặt của tinh thể được biến đổi để tạo thành vùng “n”. Lớp dưới cùng dùng để tạo vùng “p”.

Kết quả cuối cùng là một điểm nối p-n phẳng có diện tích đáng kể. Hai đầu bên của tinh thể được đánh bóng để tạo ra các mặt phẳng nhẵn song song tạo thành bộ cộng hưởng quang học. Một photon ngẫu nhiên vuông góc với các mặt phẳng phát xạ tự phát sẽ truyền dọc theo toàn bộ ống dẫn sóng quang. Trong trường hợp này, trước khi thoát ra ngoài, photon sẽ bị phản xạ nhiều lần từ các đầu và truyền dọc theo các bộ cộng hưởng sẽ tạo ra sự tái hợp cưỡng bức, tạo thành các photon mới có cùng thông số, điều này sẽ làm tăng bức xạ. Khi mức tăng vượt quá mức mất, việc tạo ra chùm tia laser sẽ bắt đầu.

Có nhiều loại điốt laser khác nhau. Những cái chính được làm trên các lớp đặc biệt mỏng. Cấu trúc của chúng chỉ có khả năng tạo ra bức xạ song song. Nhưng nếu ống dẫn sóng được làm rộng so với bước sóng thì nó sẽ hoạt động ở nhiều chế độ ngang khác nhau. Điốt laser như vậy được gọi là điốt laser nhiều nhà.

Việc sử dụng các tia laser như vậy là hợp lý để tạo ra công suất bức xạ tăng lên mà không có sự hội tụ chùm tia chất lượng cao. Một số phân tán được cho phép. Hiệu ứng này được sử dụng để bơm các tia laser khác, trong sản xuất hóa chất và máy in laser. Tuy nhiên, nếu cần tập trung chùm tia nhất định thì ống dẫn sóng phải được chế tạo với chiều rộng tương đương với bước sóng.

Trong trường hợp này, độ rộng chùm tia phụ thuộc vào các ranh giới do nhiễu xạ tạo ra. Những thiết bị như vậy được sử dụng trong các thiết bị lưu trữ quang, công nghệ cáp quang và con trỏ laser. Cần lưu ý rằng những tia laser này không có khả năng hỗ trợ nhiều chế độ dọc và phát ra chùm tia laser ở các bước sóng khác nhau cùng một lúc. Khoảng cách dải giữa các mức năng lượng của vùng “p” và “n” của diode ảnh hưởng đến bước sóng của chùm tia.

Chùm tia laser ngay lập tức phân kỳ ở đầu ra vì thành phần phát ra rất mỏng. Để bù đắp hiện tượng này và tạo ra chùm tia mỏng, người ta sử dụng thấu kính hội tụ. Đối với laser đa nhà rộng, thấu kính hình trụ được sử dụng. Trong trường hợp laser đơn ngôi nhà, khi sử dụng thấu kính đối xứng, chùm tia laser sẽ có tiết diện hình elip, do độ phân kỳ dọc vượt quá kích thước chùm tia trong mặt phẳng nằm ngang. Một ví dụ điển hình về điều này là con trỏ laser.

Trong thiết bị cơ bản được xem xét, không thể phân biệt được một bước sóng cụ thể, ngoại trừ sóng của bộ cộng hưởng quang. Trong các thiết bị có vật liệu có khả năng khuếch đại chùm tia trên một dải tần số rộng và với một số chế độ, có thể hoạt động ở các sóng khác nhau.

Thông thường, điốt laser hoạt động ở một bước sóng duy nhất, tuy nhiên, bước sóng này có độ không ổn định đáng kể và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.

Đẳng cấp

Thiết kế của các điốt được thảo luận ở trên có cấu trúc n-p. Những điốt như vậy có hiệu suất thấp, yêu cầu công suất đầu vào đáng kể và chỉ hoạt động ở chế độ xung. Chúng không thể hoạt động theo cách nào khác vì chúng sẽ nhanh chóng bị quá nóng nên không được sử dụng rộng rãi trong thực tế.

Laser cấu trúc dị thể kép có một lớp chất có vùng cấm hẹp. Lớp này nằm giữa các lớp vật liệu có dải tần rộng. Thông thường, nhôm gallium arsenide và gallium arsenide được sử dụng để tạo ra laser cấu trúc dị thể kép. Mỗi kết nối này với hai chất bán dẫn khác nhau được gọi là cấu trúc dị thể.

Ưu điểm của laser có cấu trúc đặc biệt này là vùng chứa lỗ trống và electron gọi là vùng hoạt động nằm ở lớp mỏng ở giữa. Kết quả là sẽ có thêm nhiều cặp lỗ trống và electron sẽ tạo ra sự khuếch đại. Trong khu vực có mức tăng thấp sẽ còn lại rất ít cặp như vậy. Ngoài ra, ánh sáng sẽ bị phản xạ từ các dị thể. Nói cách khác, bức xạ sẽ nằm hoàn toàn trong vùng có độ lợi hiệu dụng lớn nhất.

Diode giếng lượng tử

Bằng cách làm cho lớp giữa của diode mỏng hơn, nó bắt đầu hoạt động như một giếng lượng tử. Do đó, năng lượng điện tử sẽ bị lượng tử hóa theo chiều dọc. Sự khác biệt giữa các mức năng lượng của giếng lượng tử được sử dụng để tạo ra bức xạ thay vì rào cản trong tương lai.

Điều này có hiệu quả trong việc kiểm soát dạng sóng chùm tia tùy thuộc vào độ dày của lớp giữa. Loại laser này hiệu quả hơn nhiều, không giống như laser một lớp, vì mật độ lỗ trống và electron được phân bố đồng đều hơn.

Điốt laser cấu trúc dị thể

Đặc điểm chính của laser lớp mỏng là chúng không có khả năng chứa chùm ánh sáng một cách hiệu quả. Để giải quyết vấn đề này, hai lớp bổ sung được áp dụng trên cả hai mặt của tinh thể, có chiết suất thấp hơn, không giống như các lớp trung tâm. Cấu trúc này tương tự như một hướng dẫn ánh sáng. Nó giữ chùm tia tốt hơn nhiều. Đây là những cấu trúc dị thể với sự giam cầm riêng biệt. Hầu hết các tia laser được sản xuất bằng công nghệ này vào những năm 90.

Laser có phản hồi Chủ yếu được sử dụng cho thông tin liên lạc cáp quang. Để ổn định sóng tại điểm nối pn, một rãnh ngang được tạo ra để tạo ra cách tử nhiễu xạ. Do đó, chỉ có một bước sóng được đưa trở lại bộ cộng hưởng và được khuếch đại. Những tia laser như vậy có bước sóng không đổi. Nó được xác định bởi bước cách tử. Phần notch thay đổi dưới tác động của nhiệt độ. Mô hình laser này là cơ sở của hệ thống quang học viễn thông.

Ngoài ra còn có điốt laser VСSEL và VECSEL, đó là các mô hình phát ra bề mặt với bộ cộng hưởng dọc. Sự khác biệt của họ là mô hình TÀU Bộ cộng hưởng nằm bên ngoài và thiết kế của nó có sẵn với bơm quang và dòng điện.

Tính năng kết nối

Điốt laser được sử dụng trong nhiều ứng dụng đòi hỏi chùm ánh sáng định hướng. Quá trình chính trong việc lắp ráp một thiết bị sử dụng tia laser bằng tay của chính bạn là kết nối chính xác.

Điốt laser khác với điốt LED ở chỗ chúng có một tinh thể thu nhỏ. Do đó, một lượng lớn năng lượng tập trung vào nó và do đó lượng dòng điện có thể dẫn đến hỏng hóc. Để tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động của tia laser, có các mạch thiết bị đặc biệt được gọi là trình điều khiển.

Laser yêu cầu nguồn điện ổn định. Tuy nhiên, có những mẫu có chùm tia phát sáng màu đỏ và hoạt động bình thường ngay cả khi mạng không ổn định. Nếu có trình điều khiển thì diode vẫn không thể kết nối trực tiếp. Để làm được điều này, bạn cũng cần có một cảm biến dòng điện, vai trò của cảm biến này thường được thực hiện bởi một điện trở được kết nối giữa các phần tử này.

Cách kết nối này có nhược điểm là cực âm của nguồn điện không nối được với cực âm của mạch điện. Một nhược điểm khác là sự sụt giảm điện năng trên điện trở. Vì vậy, trước khi kết nối laser, bạn phải lựa chọn cẩn thận trình điều khiển.

Các loại trình điều khiển

Có hai loại trình điều khiển chính có thể đảm bảo hoạt động bình thường của điốt laser.

Trình điều khiển xung được thực hiện bằng cách tương tự với một bộ chuyển đổi điện áp xung có khả năng tăng và giảm thông số này. Công suất đầu ra và đầu vào của trình điều khiển như vậy gần như bằng nhau. Tuy nhiên, có một số sinh nhiệt, tiêu thụ một lượng nhỏ năng lượng.

Lái xe đường hoạt động theo một mạch thường cung cấp nhiều điện áp cho diode hơn mức cần thiết. Để giảm nó, cần có một bóng bán dẫn để chuyển năng lượng dư thừa thành nhiệt. Trình điều khiển có hiệu suất thấp nên không được sử dụng rộng rãi.

Khi sử dụng vi mạch tuyến tính làm chất ổn định, khi điện áp đầu vào giảm thì dòng điốt sẽ giảm.

Vì tia laser được cấp nguồn bởi hai loại trình điều khiển nên sơ đồ kết nối sẽ khác nhau.

Mạch cũng có thể bao gồm nguồn điện ở dạng pin hoặc ắc quy.

Pin phải tạo ra điện áp 9 volt. Mạch cũng phải có điện trở giới hạn dòng điện và mô-đun laser. Điốt laser có thể được tìm thấy trong ổ đĩa máy tính bị lỗi.

Diode laser có 3 đầu ra. Chân giữa được nối với điểm trừ (cộng) của nguồn điện. Dấu cộng nối vào chân phải hoặc chân trái tùy hãng sản xuất. Để xác định đúng chân để kết nối, phải cấp nguồn. Để làm điều này, bạn có thể lấy hai pin 1,5 V và điện trở 5 Ohms. Điểm trừ của nguồn được kết nối với chân giữa của diode, và điểm cộng đầu tiên ở bên trái, sau đó đến chân phải. Thông qua thí nghiệm như vậy, bạn có thể biết được chân nào trong số này là chân “đang hoạt động”. Sử dụng phương pháp tương tự, diode được kết nối với vi điều khiển.

Điốt laser có thể được cấp nguồn bằng pin AA hoặc pin điện thoại di động. Tuy nhiên, chúng ta không được quên rằng cần có thêm một điện trở giới hạn 20 ohms.

Kết nối với mạng gia đình

Để làm được điều này, cần phải cung cấp biện pháp bảo vệ phụ trợ chống lại sự đột biến tần số cao.

Bộ ổn định và điện trở tạo ra một khối ngăn dòng điện tăng vọt. Một diode zener được sử dụng để cân bằng điện áp. Điện dung ngăn chặn sự tăng điện áp tần số cao. Lắp ráp đúng cách đảm bảo hoạt động ổn định của laser.

Thủ tục kết nối

Thuận tiện nhất cho hoạt động sẽ là một diode màu đỏ có công suất khoảng 200 mW. Điốt laser như vậy được cài đặt trên ổ đĩa máy tính.

• Trước khi kết nối bằng pin, hãy kiểm tra hoạt động của diode laser.
• Bạn cần chọn chất bán dẫn sáng nhất. Nếu diode được lấy từ ổ đĩa máy tính thì nó sẽ phát ra ánh sáng hồng ngoại. Không được chiếu tia laser vào mắt vì sẽ gây tổn thương mắt.
• Diode được gắn trên bộ tản nhiệt để làm mát, dưới dạng một tấm nhôm. Để làm điều này, hãy khoan trước một lỗ.
• Bôi keo tản nhiệt giữa diode và bộ tản nhiệt.
• Kết nối điện trở 20 Ohm và 5 watt theo mạch với pin và tia laser.
• Bỏ qua diode bằng tụ gốm có công suất bất kỳ.
• Xoay diode ra xa bạn và kiểm tra hoạt động của nó bằng cách kết nối nguồn điện. Một chùm tia màu đỏ sẽ xuất hiện.

Khi kết nối, hãy chú ý đến sự an toàn. Tất cả các kết nối phải có chất lượng cao.