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      國外牛人超強DIY:一支激光筆實現千里傳音

      時間:2015-09-21 來源: 作者: 標簽:激光筆   千里傳音   

      你相信一根普通的激光筆能夠在空氣中將聲音傳輸100英里之遙嗎?我們做到了,并且相信你也能做到。

      1、半導體激光器

      一般光纖通信的光源都是激光,但在大氣中通信時,二極管產生的非相干光有時比激光好用。主要的原因是大氣密度的變化會破壞激光的相位相關性,并導致亮度的隨機波動,有可能破壞光束中包含的信息。其次,遠距離通信時需要大直徑的光束但是將相干光擴束并不容易,這需要使用非常精密的鏡頭并增加重量和成本。

      即使有這些缺點,用常見的激光筆進行光通信仍然是很有吸引力的事情,它們價格便宜,現成易得,功耗低,較為安全,并且容易靠pwm技術調制。最后也是最重要的一點,激光通信多酷啊!

      價格最低廉的紅色激光筆非常理想,它們產生的準直光束即使只有幾毫米的直徑,但也能在相當遠的距離用肉眼觀察到,氣候良好時可視距離可以遠達100公里。

      2、激光器布線安裝

      低功率的激光器容易在很多地方找到,但是要將它拆出來安裝不一定容易。激光筆或者激光教鞭可能是其中最容易改裝的一種。需要注意的是激光筆并不是激光器與電池的簡單串聯,通常會有簡單的限流電路。該電路通常包括幾個晶體管,但是一些最便宜的激光筆只有一個簡單的限流電阻。有趣的是,昂貴的激光筆在這里不一定適用,它們有復雜的保護恒流電路,這些電路將會嚴重影響激光器的響應速度,所以請盡可能找足夠便宜簡易的紅色激光筆。

       圖1

      很遺憾從我這個激光筆里不容易拆出激光模塊,所以打算在里面裝進個“假電池”然后引出電源線。我找個一根直徑和激光筆原先用的AAA電池一樣的圓木棍,然后按長度切下一段,沿長度方向切割淺槽并嵌入電線,兩端制作電極,最后將假電池裝入激光筆里,將激光筆的按鈕用膠帶固定在開啟的位置,并將假電池引出的電源線接到旁邊裝有驅動-調制電路的塑料小盒里。

      3、短距離激光通信

      剛開始玩這個的話,建議從短距離通信開始嘗試,比如說自家院子,或者幾百米的范圍。實驗時要注意激光的去向,即使是非常低功耗,看起來“無害”的激光,如果照射到遠方的道路或者機場上,一瞬間的分心仍然有嚴重的危險。

      短距離測試的一大好處就是可以直接看到激光器和激光的照射點,極大的簡化了瞄準過程。建議在調試時準備雙向對講機,或者也可以在發射和接收端之間用手機聯系,只要不在意話費!

      一個實用的建議是準備一些容易辨認的目標,比如反光膠帶,自行車尾燈,反光板之類,這些裝置上帶有角反射器,被激光照射時非常明亮,能夠幫助你在黑暗中找到遠處的目標。

      這時你應該可以注意到激光的定向性即使在短距離也非常明顯,發射端的一點挪動就會造成接收端光斑的巨大偏移。

      4、長距離激光通信

      距離進一步增加時,沒法直接看到光束的照射點,從而需要依靠接收端的反饋調整激光方向。這樣的距離上必須依靠精密的調整對準方向,否則差之毫厘,就謬以千里了(LED光源在這方面有優勢,因為在遠處的光斑很大)。

      怎樣將激光精確指向目標是個復雜的問題,簡單起見這里將介紹兩種適于業余者的方法:

      4.1、使用望遠鏡

      將激光筆捆在望遠鏡上,經過仔細調整之后可以將望遠鏡的光學軸線與激光束調整平行,這樣就可以用望遠鏡尋找接收地點提供近似的指向,減少激光指向的不確定性。對于帶有赤道儀,能夠自動尋星的望遠鏡,還可以通過一定的改造讓它依據反饋信號的強度自動定位。

      望遠鏡的缺點是有很大的迎風面積,即使輕微的擾動也可能引起遠處的光斑迅速移動,從而中斷通信。

       圖2

       圖中我們把之前做好的激光調制電路和激光模組裝到了一架8英寸反射望遠鏡上,望遠鏡本身提供了一個穩定可調節的負載平臺。

      4.2、使用三腳架

      最早的時候我們試圖使用標準三腳架,但是它們往往存在調節時的過沖或反彈。最后我和Ron自制了一個調節機構,以提供遠距離瞄準所需的高精度和可重復性。

       圖3

       圖4

       圖5

       圖6

       這個調節機構大部分由高密度聚乙烯制成,它可以在廚房砧板上找到。這種材料具有很小的動態和靜態摩擦,用在移動部件上很合適。滑塊通過高精度的螺桿和螺紋連接,可以在正交方向上獨立做細微的調整。為了減小螺紋咬合時的回差,開始我們用松緊帶對滑塊預先施加一定的拉力,后來改用了金屬彈簧。

      5、給愛好者的建議

      建議新手從短距離通信開始并逐漸增大通信距離,這可以磨練技能并且幫助了解自己設備的能力和限制,因為新手通常會高估或者低估了自己手頭的器材。

      如果剛開始的時候沒有成功,不要放棄。失敗是成功之母,即使是一次失敗的實驗,它提供的收益和成功的實驗一樣多。最后,既然我們能實現,那么你也可以。

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