Как сделать самодельную лазерную указку
Мощный лазер своими руками за один вечер
Здравствуйте дамы и господа. Сегодня я открываю серию статей, посвященных мощным лазерам, ибо хабрапоиск говорит, что люди ищут подобные статьи. Хочу рассказать, как можно в домашних условиях сделать довольно мощный лазер, а также научить вас использовать эту мощь не просто ради «посветить на облака».
В статье описано изготовление мощного лазера (300мВт
мощность 500 китайских указок), который может нанести вред вашему здоровью и здоровью окружающих! Будьте предельно осторожны! Используйте специальные защитные очки и не направляйте луч лазера на людей и животных!
На Хабре всего пару раз проскакивали статьи о портативных лазерах Dragon Lasers, таких, как Hulk. В этой статье я расскажу, как можно сделать лазер, не уступающий по мощности продаваемым в этом магазине большинству моделей.
Для начала нужно подготовить все комплектующие:
Это необходимый минимум для изготовления простой модели драйвера. Драйвер — это, собственно, плата которая будет выводить наш лазерный диод на нужную мощность.
Подключать напрямую источник питания к лазерному диоду не стоит — выйдет из строя. Лазерный диод нужно питать током, а не напряжением.
Коллиматор — это, собственно, модуль с линзой, которая сводит всё излучение в узкий луч. Готовые коллиматоры можно купить в радиомагазинах. В таких уже сразу имеется удобное место для установки лазерного диода, а стоимость составляет 200-500 рублей.
Можно использовать и коллиматор из китайской указки, однако, лазерный диод будет сложно закрепить, а сам корпус коллиматора, наверняка, будет сделан из металлизированного пластика. А значит наш диод будет плохо охлаждаться. Но и это возможно. Именно такой вариант можно посмотреть в конце статьи.
Сначала необходимо добыть сам лазерный диод. Это очень хрупкая и маленькая деталь нашего DVD-RW привода — будьте аккуратны. Мощный красный лазерный диод находится в каретке нашего привода. Отличить его от слабого можно по радиатору большего размера, нежели у обычного ИК-диода.
Рекомендуется использовать антистатический браслет, так как лазерный диод очень чувствителен к статическому напряжению. Если браслета нет, то можно обмотать выводы диода тонкой проволочкой, пока он будет ждать установки в корпус.
По этой схеме нужно спаять драйвер.
Не перепутайте полярность! Лазерный диод также выйдет из строя мгновенно при неправильной полярности подводимого питания.
На схеме указан конденсатор 200 мФ, однако, для портативности вполне хватит и 50-100 мФ.
Прежде чем устанавливать лазерный диод и собирать всё в корпус, проверьте работоспособность драйвера. Подключите другой лазерный диод (нерабочий или второй, что из привода) и замерьте силу тока мультиметром. В зависимости от скоростных характеристик силу тока нужно выбирать правильно. Для 16х моделей вполне подойдет 300-350мА. Для самых быстрых 22х можно подать даже 500мА, но уже совсем другим драйвером, изготовление которого я планирую описать в другой статье.
Выглядит ужасно, но работает!
Собранным на весу лазером похвастаться можно только перед такими же сумасшедшими техно-маньяками, но для красоты и удобства лучше собрать в удобный корпус. Тут уже лучше выбрать самому, как понравится. Я же смонтировал всю схему в обычный светодиодный фонарь. Его размеры не превышают 10х4см. Однако, не советую носить его с собой: мало ли какие претензии могут предъявить соответствующие органы. А хранить лучше в специальном чехле, дабы не запылилась чувствительная линза.
Это вариант с минимальными затратами — используется коллиматор от китайской указки:
Использование фабрично-изготовленного модуля позволит получить вот такие результаты:
Луч лазера виден вечером:
И, разумеется, в темноте:
Да, я хочу в следующих статьях рассказать и показать, как можно использовать подобные лазеры. Как сделать гораздо более мощные экземпляры, способные резать металл и дерево, а не только поджигать спички и плавить пластик. Как изготавливать голограммы и сканировать предметы для получения моделей 3D Studio Max. Как сделать мощные зеленый или синий лазеры. Сфера применения лазеров довольно широка, и одной статьёй тут не обойтись.
Внимание! На забывайте о технике безопасности! Лазеры — это не игрушка! Берегите глаза!
Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов
Как сделать лазер своими руками в домашних условиях: советы
Порой из хранящихся дома ненужных вещей можно смастерить что-то действительно невероятное и полезное. У вас дома завалялся старый DVD-RW (пишущий) привод? Мы подскажем вам, как сделать мощный лазер в домашних условиях, позаимствовав элементы из него.
Техника безопасности
Используя лазер в дальнейшем, помните о простой технике безопасности:
Работа с лазерным модулем
Первая часть нашей работы позади. Переходим к следующему важному этапу.
Сборка схемы устройства
Схема нужна нам для того, чтобы контролировать мощность нашего устройства. В ином случае оно просто сгорит в первое же применение. Чертеж для лазера вы увидите далее.
Для нашего устройства вполне себе подойдет навесной монтаж. А теперь перейдем к обеспечению электропитанием изготовленного своими руками лазера.
Электропитание устройства
Минимально нам будет необходимо 3,7 В. Обеспечить это могут старые батареи от мобильных телефонов, пальчиковые батарейки. Необходимо только соединить их параллельно между собой. Для проверки работы устройства или стационарной лазерной указки подойдет стабилизационный блок питания.
На этом этапе уже можно протестировать работу устройства. Направьте его на стену, пол и включите питание. Вы должны увидеть пучок яркого красноватого цвета. В темноте выглядит как мощный инфракрасный фонарик.
Вы видите, что пока свечение далеко от лазерного: луч слишком широкий; он так и просит, чтобы его сфокусировали. Этим мы и займемся дальше.
Линза для фокусировки лазерного луча
Чтобы отрегулировать фокусное расстояние, можно обойтись позаимствованной у того же DVD-RW привода линзой.
Изготовление корпуса
Многие, советуя, как сделать лазер, говорят, что модуль проще всего поместить в корпус от маленького фонарика или китайской лазер-указки. Где, кстати, уже и есть линза. Но давайте разберем ситуацию, если ни того, ни другого у вас под рукой не оказалось.
Включите лазер и отрегулируйте четкость луча. Как только вы добьетесь удовлетворительных результатов, зафиксируйте линзу в корпусе. Закройте затем его целиком, например, плотно замотав изолентой.
Как сделать лазер: альтернативный способ
Предложим вам еще один, несколько отличный способ изготовления самодельного мощного лазера. Вам будет нужно следующее:
Теперь посмотрим, как изготовить лазер по этому методу:
Рекомендуем бережно относиться к своей поделке и хранить ее в специальном чехле. В ином случае быстро запылиться линза, что испортит остроту луча устройства.
Тестирование лазера
Как сделать лазер своими руками в домашних условиях
В последнее время в продаже появились очень дешевые лазерные указки китайского производства. Они находят применение в самых различных областях радиолюбительского творчества. Однако, ввиду своего предельно упрощенного устройства, для питания от нормальных источников напряжения приходится прибегать к некоторым схемотехническим хитростям.
Рассмотрим схему самой обычной указки:
Как видно из рисунка она состоит из батареи на напряжение 4,5 вольта, выключателя, токоограничивающего резистора и лазерного диода. Как показала моя личная практика, при работе от собственных батареек указка не выходит из строя длительное время. При включении же от обычного источника это время уменьшается до 1-2 минут. Спалив десяток указок, я решил разобраться в чем тут дело. Перерыв кучу информации, я пришел к следующим выводам:
Попытаюсь подробнее объяснить как с этим бороться.
Все эти рекомендации я постарался воплотить в следующей схеме:
Эту схему я использовал для домашнего лазерного шоу. Резистор R* нужно подобрать по току потребления лазера. Это делается следующим образом. Мультиметром замеряется ток потребления лазера от «своих» батареек. Затем по формуле R*=0.6/I1 (см.рис.) определяется сопротивление. Перед подключением лазера необходимо мультиметр установить на измерение тока и подключить вместо лазера. Мультиметр должен показать нужный ток. Только после этого можно подключать лазер.
Если нужно модулировать луч лазера, то можно использовать следующую схему:
В этом случае конденсатор 2200мкф нужно заменить на 470мкф или меньше, в зависимости от частоты модуляции.
На базу модулирующего транзистора через резистор 1к-2к подаются модулирующие импульсы положительной полярности(например, от TTL генератора на микросхеме К155ЛА3).
Транзисторы для стабилизатора и модулятора можно использовать любые кремниевые типа N-P-N
Кратко об устройстве
Лазер был изобретен в результате проверки теоретических предположений ученых, занимающихся еще только начавшей тогда зарождаться квантовой физикой. Принцип, положенный в основу лазерной указки, был предсказан Эйнштейном еще вначале XX в. Недаром это приспособление так называется — «указка».
Более мощные лазеры используются для выжигания. Указка дает возможность реализовать творческий потенциал, например, с их помощью можно выгравировать на дереве или на оргстекле красивый качественный узор. Самые мощные лазеры могут разрезать металл, поэтому они применяются в строительных и ремонтных работах.
Устройство
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.
ЛУ: применение
Подготовка к изготовлению
Как говорилось выше, можно сделать лазер своими руками в домашних условиях. Для этого следует подготовить следующие инструменты, а также простые предметы, которые практически всегда имеются в домашнем обиходе:
Этих материалов хватит, чтобы выполнить все работы по изготовлению как простого, так и мощного лазера своими руками.
ЛУ красного цвета
Эти ЛУ являются самыми дешевыми и самыми распространенными. Работают от обычной батареи таблеточного типа, на базе красных лазерных диодов со спектром излучения 650-660 нм. Они оснащены драйверными платами, управляющими питанием. Для излучения в форме узкого луча используются выпуклые с обеих сторон линзы, называемые коллиматорами.
Красные ЛУ в основном маломощные до 1-100 мВт. Их характерной особенностью является то, что красные диоды довольно-таки скоро «прогорают», снижая интенсивность излучения, отчего большинство таких указок, спустя пару месяцев работы, начинают хуже светить, невзирая на заряд батареек.
Выбор лазерных указок: на что обратить внимание
Если лазерная указка приобретается не для презентаций, а в качестве интересного сувенира или игрушки, то большая мощность будет полезной. Чем больше мощность, тем более интересной становится лазерная указка. Ее указатель будет виден с большего расстояния.
Очень важен режим регулируемой мощности. Это позволит лазерному диоду работать в более щадящем режиме, и он послужит дольше. Также регулируемая мощность добавляет новые функции, например, для кота нужно ставить самый слабомощный режим. Кошки хорошо реагируют на красный и зеленый лазер. Меры предосторожности здесь такие же как и с людьми. Глаз кошачьих точно также незащищен от лазеров, как и человеческий.
Принцип работы
Принцип работы лазера — довольно сложный процесс. Сам по себе лазер — это своеобразный квантовый генератор. Под действием фотона атом излучает другой фотон, который похож на первый, что приводит к усилению излучаемого потока света. Для изготовления индуцируемого излучения, можно использовать электрический, химический или газовый способ. Лазеры довольно широко применяются в бытовой технике. Например, в лазерном принтере, DVD-проигрывателях, лазерных уровнях. Для того чтобы лазер мог работать в качестве режущего элемента, необходимо луч пропустить через оптические линзы, которые, в свою очередь, усилят поток света.
Если говорить о мощных лазерах, которые в состоянии резать металл, драгоценные камни, то их невозможно изготовить в домашних условиях.
Причиной тому является очень сложное устройство усиления направленного потока с помощью линз, а также мощность самого диода, которая превышает в разы мощность диода, который используется в бытовой технике. Необходимо учитывать, что промышленные лазеры в результате работы рассеивают огромное количество энергии в виде тепла и требуют довольно хорошего охлаждения.
Лазерная указка в исполнительном устройстве
Лазерные указки, появившиеся в последнее время в продаже, предназначены, прежде всего, для преподавателей учебных заведений, чтобы пользоваться ими при объяснениях графических материалов. Однако такая указка может найти применение и в быту, скажем, для дистанционного управления работой электро- и радиоприборов. О том, как это осуществить, рассказывается в публикуемой статье. Лазерная указка, несмотря его внешнюю простоту, сравнительно сложное изделие. Она содержит полупроводниковый лазер, автоматику поддержания определенного тока протекающего через него, оптическую систему, батарею гальванических элементов напряжением 3…4,5 В, кнопку включения. Потребляемый лазером ток составляет 30… 50 мА. Хотя излучаемая указкой мощность (длина волны 630…650 нм) не превышает 5 мВт, за счет концентрации ее в узконаправленном луче потери на распространение невелики. Излучение лазера можно зафиксировать на большом расстоянии. Однако категорически не допускается направлять луч указки на глаза — это опасно. Указка может работать в охранных устройствах, светотелефонах, самодельных игрушках, устройствах отпугивания птиц и т. д. Пока же ограничимся рассказом о постройке автомата, способного по сигналу указки включать и выключать бытовые электро- и радиоприборы. Сама указка при этом никакой переделки не требует.
Автомат (рис. 1) содержит фотоприемник на фотодиоде VD1, компаратор напряжения на логических элементах DD1.1, DD1.2, генератор импульсов на элементах DD1.3, DD1.4, D-триггер DD2, два электронных ключа на транзисторах VT1, VT2, исполнительный элемент — электромагнитное реле К1 и блок питания. Блок питания выполнен по бестрансформаторной схеме с гасящим конденсатором Сб. Переменное напряжение выпрямляется диодами VD6, VD7, сглаживается конденсатором С5 и стабилизируется стабилитронами VD4, VD5. Питание на микросхемы поступает со стабилитрона VD4 через диод VD2 и сглаживающий конденсатор С 1.
Работает устройство так. В начальный момент времени, после подключения устройства к сети, высокий логический уровень через цепочку C4R7 поступает на вход R триггера и обнуляет его. На выходе триггера — низкий логический уровень, ключ на транзисторе VT2 закрыт, реле обесточено, нагрузка отключена от сети. На входе и выходе компаратора будет высокий логический уровень, а на входах элементов DD1.3, DD1.4 — низкий, генератор не работает. При этом на выходе элемента DD1.4 устанавливается высокий уровень, транзистор VT1 открывается и включает светодиод HL1. Как происходит переключение? Фотодиод VD1 освещают лазерным лучом, и напряжение на нем значительно уменьшается. Компаратор после разрядки конденсатора С2 срабатывает, и на его выходе появляется низкий уровень. На выводы элементов DD1.3, DD1.4 поступает высокий уровень, генератор начинает работать, светодиод мигает, свидетельствуя об освещении фотодиода. Если теперь выключить лазер или убрать луч в сторону от фотодиода, то напряжение на нем увеличится, компаратор установится в положение с высоким уровнем на выходе, и триггер переключится. На его выходе появится высокий логический уровень, транзистор VT2 откроется, реле сработает и замыкающимися контактами К1.1 подаст на нагрузку сетевое напряжение. В случае повторного кратковременного освещения фотодиода (пока не замигает светодиод) устройство переключится в исходное состояние и нагрузка обесточится. Благодаря использованию реле, к устройству допустимо подключать самую разнообразную радиоэлектронную аппаратуру: радиоприемники, телевизоры, видеомагнитофоны и т.д. с любыми блоками питания, а также электроприборы с электродвигателями, например вентиляторы.
Все детали устройства, кроме реле и диода VD3, размещают на печатной плате (рис. 2) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Она рассчитана на использование транзисторов КТ315А-КТ315Е, КТ312А-КТ312В, КТ3102А-КТ3102Д, микросхем серий К 176, К561, 564, любого светодиода из серии АЛ307 (желательно в пластмассовом корпусе). Диоды VD2, VD3 — любые выпрямительные, VD6, VD7 — КД102Б или аналогичные маломощные с максимально допустимым обратным напряжением не менее 400 В и током не менее 100 мА, стабилитроны — на напряжение стабилизации 8…10 В. Полярные конденсаторы- серий К50, К52, С6 — К73, остальные — КМ, КЛС, К 10. Подстроечный резистор R2 — СПЗ-19, постоянные — МЛТ, С2-33. Реле следует подобрать с напряжением срабатывания 12… 15 В при токе не более 30 мА, например, РЭС9 (паспорт РС4.524.200, РС4.524.201), его контакты должны выдерживать напряжение сети и ток, потребляемый нагрузкой. Несколько слов о реле РЭС9. По справочным данным его контакты рассчитаны на напряжение 115 В. Однако многолетняя практика использования реле в различных устройствах показала надежную работу контактов при сетевом напряжении 220 В. Конечно, можно остановить выбор на реле типов РКН, МКУ-48, но габариты конструкции значительно возрастут. Плату вместе с реле размещают в корпусе подходящих габаритов, выполненном из изоляционного материала. Фотодиод и светодиод располагают в отверстиях корпуса рядом, чтобы светодиод служил ориентиром и своими вспышками сигнализировал о попадании лазерного луча на фотодиод. Чтобы избежать помех и сбоев в работе, нужно так установить автомат, чтобы фотодиод был защищен от попадания на него света от осветительных приборов.
Налаживание устройства сводится к установке его чувствительности (подстроечным резистором R2), скорости реагирования на освещение лазером (подбором конденсатора С2), частоты мигания светодиода (грубо — подбором конденсатора СЗ, плавно — резистора R5). Автомат можно несколько упростить, исключив генератор. При этом левый по схеме вывод резистора R8 надо отсоединить от вывода 3 микросхемы DD1 и соединить с выводом 11. Элементы R5, СЗ удаляют, соединение между выводами 2 и 4 DD1 убирают, а неиспользованные входы элементов DD1.3, DD1.4 соединяют с общим проводом. В этом случае при попадании лучом лазера на фотодиод и срабатывании компаратора, светодиод будет гаснуть.
Возможен вариант более простого автомата (рис. 3), если в нем использовать чувствительные тринисторы 2У107А-2У107Е, которые открываются при небольшом (менее вольта) напряжении на управляющем электроде и малом (несколько микроампер) токе в его цепи. Его основой является триггер на тринисторах VS1.VS2, который питается, как и в предыдущей конструкции, от блока с гасящим конденсатором. Разберем работу автомата. После подключения его к сети оба тринистора будут закрыты, а реле обесточено. Если осветить фотодиод VD2 лазерным лучом, то за счет фотоэффекта на нем появится напряжение, которое поступит на управляющий электрод тринистора VS2, и он откроется. Реле сработает и включит нагрузку в сеть — об этом просигнализирует загоревшийся светодиод HL2. Начнет заряжаться конденсатор С1 (минус на правом по схеме выводе). Чтобы отключить нагрузку, освещают фотодиод VD1. При этом тринистор VS1 открывается, включая светодиод HL1. Тринистор VS2 закрывается, поскольку на его анод кратковременно поступает отрицательное напряжение с конденсатора С1. Реле обесточивается, светодиод HL2 гаснет, нагрузка отключается от сети. Если теперь снова осветить фотодиод VD2, откроется тринистор VS2, a VS1 закроется, поскольку на его анод поступит отрицательное напряжение с конденсатора С1. На нагрузку поступит напряжение. Эксперименты показали, что в качестве фотодиода в этом автомате неплохо работают светодиоды АЛ360А, АЛ360Б, поскольку их основой являются излучающие диоды ИК диапазона. Кроме того, они снабжены фокусирующим отражателем, что повышает их чувствительность к лазерному излучению указки.
Детали автомата рассчитаны для работы с реле РЭС9 (паспорт РС4.524.200). Их можно разместить в корпусе небольших габаритов (рис. 4), изготовленном из изоляционного материала. На передней стенке корпуса сверлят отверстия под светодиоды и фотодиоды, на задней устанавливают сетевую розетку. При налаживании автомата предварительно подбирают конденсатор СЗ и стабилитрон. Напряжение стабилизации стабилитрона должно быть примерно на 4…5 В больше напряжения срабатывания реле, а емкость конденсатора такой, чтобы обеспечивался ток через реле на 15…20 мА больше тока его срабатывания. Недостаток автомата — низкая чувствительность, ограничивающая дальность управления им. При налаживании автомата следует соблюдать меры электробезопасности, поскольку его детали гальванически связаны с сетью. Все перепайки нужно делать только при отключенном от сети автомате.
Безопасность лазеров
Лазерное излучение опасно при попадании в глаза.
Обыкновенные ЛУ обладают мощностью 1-5 мВт, их относят ко 2-3А классам опасности. Они могут быть опасными, в случаях направления луча в глаза людям на довольно-таки продолжительные периоды или при помощи оптических приборов. ЛУ мощностью 50-300 мВт относят к 3B-классу. Они опасны причинением сильных повреждений сетчатки глаз, причем даже при кратковременных попаданиях прямого лазерного луча.
Следует знать, что в маломощных зеленых DPSS-указках используются значительно мощные ИК-лазеры, которые не гарантируют достаточную фильтрацию ИК-излучений. Такие виды излучений не видимы и в результате этого куда более опасны для глаз людей и животных.
Кроме того, ЛУ могут оказывать исключительно раздражающие воздействия. Особенно, если луч попадет в глаза водителей или летчиков, что может отвлечь их внимание или даже привести к ослеплению. В некоторых странах такие деяния влекут за собой уголовную ответственность. Например, в 2020-ом году одного американца приговорили к почти двум годам тюремного заключения за непродолжительное ослепление мощным лазером летчика в полицейском вертолете.
В последние годы случается все больше многочисленных «лазерных инцидентов» в развитых странах, вызываемых требованиями по ограничению или запрещению ЛУ. В настоящее время законодательством Нового Южного Уэльса предусмотрен штраф за владение ЛУ, а за совершение «лазерного нападения» — заключение до 14-ти лет.
Применение ЛУ запрещено по правилам во время проведения футбольных матчей. Так, например Алжирская федерация футбола была оштрафована на 50 000 швейцарских франков за то, что болельщиками при помощи лазерной указки ослепили вратаря российской сборной Игоря Акинфеева во время ЧМ-2014.