¿Cómo transmitir datos con un rayo láser? [cerrado]

Mi respuesta es sobre el uso de diodos láser.

Usar un láser para transmitir información óptica requiere un poco de conocimiento. El primer dato es el umbral de corriente que se necesita para que el dispositivo comience a trabajar con láser. Por debajo de esta corriente, el láser es pobre o nulo y hay un retraso en volver al láser cuando la corriente aumenta nuevamente. Esto significa que sus datos pueden ser interrumpidos. Por lo tanto, si desea un buen sistema, manténgase por encima del umbral del láser. Sin embargo, ese umbral depende de la temperatura: -

Fuente de la imagen

Entonces, ¿dónde coloca la corriente directa para cubrir las probables (o posibles) variaciones de temperatura (teniendo en cuenta el autocalentamiento del dispositivo). ¿Qué hay de esto: -

Si elijo una corriente mínima de 55 mA, siempre puedo producir luz láser. Vea la línea azul que he agregado a la imagen de arriba. Pero si la potencia de salida máxima es de 10 mW, no puedo modular la luz con una corriente superior a unos 65 mA a 0 °C. Esto me da una salida de luz que varía entre aproximadamente 6 mW y 10 mW a 0 °C y entre aproximadamente 1 mW y 3 mW a 50 °C.

Pero podría optar por un enfoque más sofisticado. Puede hacer que la corriente láser promedio aumente con la temperatura usando un termistor. Entonces, a 0 °C, la corriente promedio es de aproximadamente 52 mA ya 60 °C, de aproximadamente 78 mA. Esto ahora posiciona la salida de luz no modulada a 5 mW en todo el rango de temperaturas.

Esto es importante porque ahora puede modular la salida de luz entre 1 mW y 10 mW; esto se denomina relación de extinción (por cierto), es decir, la relación entre los niveles de salida de luz láser más claros y más oscuros.

Sin embargo, todavía es un poco complicado porque obtener de 1 mW a 10 mW a 0 ° C requiere un cambio en la corriente de aproximadamente 25 mA, mientras que a 50 ° C nunca obtendrá 10 mW incluso con 100 mA, pero puede obtener 1 mW a 9 mW con un cambio en la corriente de 45 mA.

Entonces, la ganancia de salida del láser se reduce con la temperatura.

Estoy trabajando en estos dos puntos (umbral y ganancia de sensibilidad a la temperatura) porque no se hagan ilusiones, para lograr un sistema de transmisión de espacio libre confiable que funcione en un espacio de 20 metros se requieren todos los ajustes posibles para que funcione con éxito.

Necesitará un "ángulo de desvío" pequeño (pero no paralelo) para que su sistema sea utilizable pero, debido a esto, recibirá microvatios (en el mejor de los casos) a 20 metros y es posible que esté "en el ruido" de su receptor.

Solo piense en esa pequeña ventana pequeña en su fotodiodo (sí, use un fotodiodo para la velocidad): puede tener un área activa de 1 mm cuadrado. Si su láser está iluminando un objetivo a 20 m de distancia con un área de 100 mm x 100 mm, ha distribuido su potencia promedio de 5 mW en 10 000 mm cuadrados, por lo que la ventana de su receptor adquiere solo 500 nW y ¡eso es solo en un buen día!

No subestimes las dificultades y el rascarse la cabeza. No subestime la cantidad de tiempo que puede pasar tratando de comprender el ruido de entrada equivalente de este o aquel fotodiodo. Se puede hacer, pero también puede ser muy complicado. Elija un fotodiodo que sea tan grande como pueda, pero no tan grande que sea demasiado lento para la velocidad de datos. Si puede obtener 4 mm2, ha cuadriplicado la potencia de recepción en comparación con 1 mm2.

Si va a utilizar una lente (o necesita una lente), móntela en el extremo del láser y no en el extremo del fotodiodo. El montaje en el extremo del fotodiodo es mucho menos efectivo dado que la lente solo puede recibir y enfocar la potencia que golpea la lente. Por lo tanto, una lente receptora pequeña tiene un uso moderado en comparación con una lente en el láser que se usa para enfocar un haz ligeramente divergente.

El tipo de láser más fácil de usar será un láser de diodo . Usar casi cualquier otro tipo de láser será una gran molestia, así que quédese con eso. Los láseres de diodo pueden cambiar extremadamente rápido, hasta el punto en que el factor limitante suele ser el circuito de accionamiento. Es relativamente poco probable que necesite cambiar a una velocidad tan alta.

Para el receptor, la velocidad del componente se convierte en un cuello de botella. Un fototransistor generalmente cambia en los 100 de KHz, lo que puede no ser suficiente. Si necesita algo más rápido, puede optar por un fotodiodo. Este cambia a 5 ns, ciertamente suficiente para su aplicación.

Editar: dado que especifica 5kBps, un fototransistor debería estar bien. Además, ya estás usando un láser, por lo que probablemente no necesites una lente...

Recomiendo no usar componentes IR, por la única razón de que no puede verlos. Para este tipo de configuración experimental, un haz visible es mucho más fácil de alinear y diagnosticar. Además, hace que la demostración sea mucho más efectiva.

Las entrañas de un pequeño puntero láser podrían funcionar para el transmisor. Pro = potencia de haz más que suficiente para unos pocos metros. Con = requiere una alineación precisa con el receptor. Como alternativa, algunos LED rojos de muy alto brillo obtienen su especificación de brillo al tener un ancho de haz muy estrecho. No es tan estrecho como un puntero láser, por lo que debe tener suficiente dispersión de haz unos pocos metros para que la alineación sea menos crítica.

Comience con algo simple como una onda cuadrada de 100 Hz. En el receptor, pase la forma de onda recuperada directamente al amplificador de audio y al altavoz. Cuando eso funcione, aumente la frecuencia hasta llegar a unos pocos kHz. Si la forma de onda recuperada es agradable y cuadrada, esto indica que vale la pena probar frecuencias más altas.

5 kBps son 40 kHz, que no podrá escuchar directamente. Sin embargo, como se indicó anteriormente, el habla legible es posible con velocidades de datos mucho más bajas.

Nota: tenga mucho cuidado con la protección ocular.