Questions liées au laser

8

Je n'ai jamais conçu un appareil laser, mais j'ai essayé de les lire longuement. Je connais les différentes classes de lasers et les dangers qui leur sont associés. Par exemple, je connais la nécessité d'un verrouillage qui arrête l'émetteur chaque fois que le boîtier est ouvert. Je sais que les lasers de classe 2 doivent être visibles pour qu'ils déclenchent le "réflexe de clignement". Je sais que les diodes ont besoin de beaucoup de protection, contre les surtensions, les surintensités, les décharges électrostatiques, etc. Ils ont besoin d'un courant régulé et d'une rétroaction en boucle fermée pour maintenir une puissance optique constante.

Mes questions sont:

1) Est-ce vraiment aussi simple que de saisir une puce de lecteur laser et une diode à trois bornes de Digikey et de les brancher selon la fiche technique? La puce du lecteur laser devrait-elle être capable de gérer tous les mécanismes de protection nécessaires, ou existe-t-il généralement un autre appareil nécessaire pour gérer une autre forme de protection?

2) Existe-t-il un organisme de réglementation central qui effectue des tests pour déterminer la classe de laser dont vous disposez et si votre produit respecte toutes les réglementations nécessaires?

3) Existe-t-il des problèmes connus d'utilisation des lasers avec une fibre optique en plastique de 1 mm? Je sais que POF a des fenêtres de transmission très différentes de celles de la fibre de verre, et je sais que l'une de ces fenêtres optimales est de 650 nm. Le faisceau resterait-il étroit à l'intérieur de la fibre ou commencerait-il à se disperser? Serait-il toujours cohérent et collimaté après avoir traversé, disons, 15 mètres de POF?

Pour plus d'informations sur l'application, sachez que je n'ai pas réellement besoin de lumière cohérente ou collimatée (en termes de sécurité, il est probablement préférable qu'elle ne soit pas cohérente ou collimatée). J'ai plutôt besoin d'une source lumineuse en vrac très puissante (1 mW ou mieux). La source lumineuse doit pouvoir s'allumer et s'éteindre, mais elle n'a pas besoin d'être modulée et la source elle-même ne codera aucune information. Ainsi, s'il y a peut-être un autre appareil qui peut fournir 1 mW en POF, je serai très disposé à l'étudier, mais à ce stade, j'étudie l'approche laser, car il semble que la plupart des LED ne sont même pas capables de 500 uW .

ajs410
la source
1
1. À quelle puce d'entraînement laser pensez-vous (lien vers la fiche technique?)? La plupart de ceux que je connais sont conçus pour la modulation à haute vitesse --- sans rapport avec votre application.
Le Photon
De plus, qu'est-ce qu'une "diode à trois bornes"?
Le Photon
1
Première règle des lasers: ne regardez pas dans la lumière vive avec votre œil restant.
Olin Lathrop
À l'avenir, les questions comportant plusieurs sous-questions devraient être divisées en messages individuels (comme "Comment puis-je piloter une diode laser?", "Quelles certifications ou réglementations sont nécessaires pour un produit contenant un laser" et "Y a-t-il des informations connues?" problèmes d’utilisation de lasers avec une fibre optique en plastique de 1 mm? "). Cependant, ThePhoton a déjà fourni une réponse centrale aux trois questions, nous allons donc laisser cela pour l'instant si personne ne le ressent trop. De plus, il est présenté dans le bulletin de cette semaine.
Kevin Vermeer
@ThePhoton, par "trois bornes", je veux dire commune, cathode à diode laser, anode à photo-diode. La diode photo serait utilisée pour fermer la boucle de rétroaction.
ajs410

Réponses:

10

1) Est-ce vraiment aussi simple que de saisir une puce de lecteur laser et une diode à trois bornes de Digikey et de les brancher selon la fiche technique? La puce du lecteur laser devrait-elle être capable de gérer tous les mécanismes de protection nécessaires, ou existe-t-il généralement un autre appareil nécessaire pour gérer une autre forme de protection?

Les puces de commande laser que je connais sont plus sur l'application d'une modulation rapide au laser que sur l'alimentation CC. Habituellement, un circuit d'alimentation supplémentaire est requis; et ce circuit de puissance est l'endroit où la protection est normalement mise en œuvre.

Si vous avez un autre type de puce de disque en tête, veuillez lier la fiche technique à votre question.

2) Existe-t-il un organisme de réglementation central qui effectue des tests pour déterminer la classe de laser dont vous disposez et si votre produit respecte toutes les réglementations nécessaires?

Aux États-Unis, il appartient au fabricant du laser d'autocertifier son produit. Vous pourrez peut-être trouver un consultant pour vous aider dans ce processus si vous n'avez pas l'expertise.

3) Existe-t-il des problèmes connus d'utilisation des lasers avec une fibre optique en plastique de 1 mm? Je sais que POF a des fenêtres de transmission très différentes de celles de la fibre de verre, et je sais que l'une de ces fenêtres optimales est de 650 nm.

Le faisceau resterait-il étroit à l'intérieur de la fibre ou commencerait-il à se disperser?

La fibre est un guide d'onde, et la puissance du laser restera confinée dans le cœur de la fibre. Il s'atténuera (perdra de la puissance à distance). Il existe également un processus appelé dispersion qui signifie que différentes composantes de la puissance du laser prennent différentes quantités de temps pour traverser la fibre --- mais si vous ne commutez pas le signal rapidement, cela ne risque pas de vous affecter.

Edit : Une différence majeure entre POF et fibre de verre est que même dans sa fenêtre de transmission, POF a une atténuation beaucoup plus élevée que le verre. L'atténuation dans la fibre de verre est mesurée en dixièmes de dB par km. L'atténuation en POF (la dernière fois que j'ai travaillé avec elle, il y a plusieurs années) est mesurée en dixièmes ou dB entier par mètre.

Serait-il encore cohérent et collimaté après avoir traversé, disons, 15 mètres> de POF?

Le signal sera toujours cohérent, mais l'effet de dispersion que j'ai mentionné ci-dessus peut réduire la longueur de cohérence si vous avez traversé une fibre très longue.

Le faisceau de sortie divergent à un angle substantiel (pas strictement collimaté) lorsqu'il sort de la fibre. La divergence est un effet de diffraction et l'angle est inversement lié au diamètre du cœur de fibre --- ce qui signifie que POF aura un angle de divergence plus faible que les fibres à cœur plus petit. Dans la fibre multimode comme POF, l'angle de divergence de sortie dépend également des détails de la construction de la fibre. En général, l'angle de divergence de sortie sera similaire à l'angle d'acceptation d'entrée.

J'étudie l'approche laser, car il semble que la plupart des LED ne sont même pas capables de 500 uW.

Peu importe ce que la plupart des LED peuvent faire --- si vous pouvez trouver une LED qui répond à vos besoins, cela suffit. Et je pense que vous devriez pouvoir trouver une LED pour produire 1 mW et vous coupler en POF, si vous regardez assez longtemps. Mais un laser devrait pouvoir le faire plus efficacement (mais peut-être plus cher).

Edit : sachez que l'utilisation d'une LED ne réduit pas vos problèmes de sécurité. 1 mW est toujours 1 mW et peut toujours être dangereux. Vous voudrez les mêmes précautions de sécurité (vous avez mentionné le contrôle à fibre ouverte) que vous utilisiez un laser ou une LED. Les réglementations n'ont pas toutes suivi les capacités améliorées des LED ces dernières années, mais cela ne signifie pas que vous ne devriez pas vous protéger, vous et vos utilisateurs.

Le photon
la source
Merci pour l'excellent commentaire. Oui, l'atténuation POF est de ~ 0,2 dB / m, mais elle est beaucoup plus facile à utiliser et moins coûteuse. Nous avons passé beaucoup de temps à chercher des LED de 1mW mais elles sont très rares sinon obsolètes quand nous en trouvons une. J'aimerais pouvoir vous donner des exemples de diodes laser et de puces de pilotes, mais c'est tout; Je ne connais pas d'exemples. Vous dites "NPN BJT", je dis "2n2222" et nous marchandons sur le fabricant. Je dis "laser DC", vous dites ...? Je pourrais peut-être entrer dans digikey et taper "laser driver", et sélectionner un ala "eenie meenie miney moe", mais je ne suis pas sûr que ce soit productif
ajs410
Comment choisir un laser serait une nouvelle question ... Il n'y a pas d'appareil "standard" qui fonctionne presque partout. Le meilleur prix sera celui des pièces conçues pour être utilisées dans des appareils grand public comme les lecteurs de CD (rouge) ou les DVD-ROM (bleu?). Les principaux fabricants sont des conglomérats géants japonais comme Mitsubishi.
Le Photon
J'ai essayé de chercher "laser apc" car il semble que je veuille un contrôle automatique de la puissance, mais cela ne tourne rien sur digikey. Une recherche de pilote laser sur digikey implique que le MAX3735 semble populaire, mais il semble très axé sur la communication (entrées différentielles, spécifications actuelles de modulation, etc.). En ce qui concerne la sécurité, je suis assez paranoïaque à l'idée que quiconque (moi, assembleur ou utilisateur) soit aveuglé. Mais au moins une LED n'est pas cohérente, non? En ce qui concerne les réglementations, personne n'applique-t-il les réglementations (similaires à FCC pour RF)? Et qu'en est-il de l'UE?
ajs410
Cohérent ou non n'a pas d'impact sur le risque oculaire.
Le Photon
Et, malheureusement, je ne connais pas grand-chose aux certifications de sécurité oculaire de l'UE. Je crois que l'auto-certification est la norme, mais ne me citez pas.
Le Photon
3
  • Vous n'avez pas besoin d'un LASER - une LED fera ce dont vous avez besoin, il existe de nombreuses LED fiables et elles sont plus faciles à conduire.

Comme vous constatez que vous n'avez pas besoin des attributs fournis spécifiquement par un LASER, l'utilisation d'une LED vous facilitera la tâche dans l'ensemble. Il existe un nombre important de LED qui dépasseront facilement vos besoins.

Hypothèse: l'efficacité = (puissance radiométrique) / (entrée CC) n'est pas très préoccupante, mais plus c'est mieux.

Vous mentionnez 650 nM (rouge foncé) alors je vais commencer par là.

La plupart des LED ont un angle total de demi-puissance de rayonnement large - 40 degrés à 160 degrés pour la plupart de celles énumérées ci-dessous et 6 degrés dans un cas. Le «lancement» de son énergie dans la fibre optique en plastique entraînera (probablement) une perte d'énergie substantielle mais les niveaux disponibles par rapport à votre cible font de telles pertes sans grande conséquence. Un matériel spécialisé est disponible pour convertir le rayonnement grand angle en une alimentation optique de 1 mm (POF) ou 0,2 mm (HCS).


Pour commencer avec une surpuissance énorme, une LED rouge foncé Luxeon Rebel avec une entrée ~ = 1 Watt produira 250 mW à 350 mW de sortie radiométrique à environ 35% - 45% d'efficacité optique / CC selon le modèle choisi et le bac. Le couplage de 1 mW de celui-ci dans une fibre optique ne devrait «pas être trop difficile». En pratique, un niveau de puissance beaucoup plus faible sera suffisant.

Gamme de couleurs Luxeon Rebel & Rebel ES - voir tableau 1 page 5.

Une gamme de guides techniques applicables aux LED rebelles Luxeon en général disponibles ici


À l'autre extrême, voici une LED avec un "lanceur" POF 1 mm intégré qui produit une sortie max de 1 mW max à l'extrémité de 0,5 m de POF 1 mm ou 5 m de fibre HCS 0,2 mm avec un courant LED de 60 mA. Voir le tableau et la note 3 à la page 7 de la fiche technique ci-dessous. Comme il s'agit d'une valeur nominale maximale (0,8 dBm max), elle est légèrement inférieure à vos spécifications, mais montre à quel point l'exigence est réalisable.

Fiche technique du transmetteur LED Avago HFBR-1527ETZ

13,67 $ US / 1 de Digikey


Entre:

Émetteur Advanced Photonics 950 nM, sortie optique typique de 18 mW min 22 mW avec un courant LED de 50 mA. Package SOT23. Angle d'émission de 140 degrés.

Émetteurs Osram 850 nM

25 mW / stéradian à 20 mA à 950 mW à 1A po (120 degrés, Dragon platine)

Exemple - OSRAM chipled FH4056, 850 nM, 44 degrés, environ 0,6 mW out par mA, <= 70 mA continu à 25C déclassement à ~ = 20 mA à 85C (donnant toujours ~~ = 10 mW out.)

Page produit et fiche technique


Diodes Roithner LASER - IR & UV - de belles choses - mais asseyez-vous avant de lire les prix.


Adéquation des LED:

Il semble qu'une LED "rouge profond" suffisamment puissante répondra bien à vos besoins. L'exemple Luxeon Rebel Deep Red ci-dessous fournira plusieurs watts si nécessaire, mais peut fonctionner à des niveaux de puissance beaucoup plus faibles. Il sera représentatif de ce qui peut être réalisé à partir des LED d'autres fabricants de LED haut de gamme. (y compris Osram, Avago, Seoul Semi, Nichia, Cree, ...)

À environ 1 mW pour 10 mW, vous vous attendez à ~ - 5 mW à partir d'une LED 20 mA et passer à des puissances d'entrée beaucoup plus élevées ne coûte que quelques dollars.

Exemple uniquement - Luxeon Rebel - environ 1 mW de sortie optique par mA. Ceci est à 350 mA, ~ + 1 Watt et sera légèrement meilleur à mesure que la mA diminue

entrez la description de l'image ici

Et la longueur d'onde est telle que requise

entrez la description de l'image ici

Russell McMahon
la source
Notez que l'émetteur Avago que vous avez connecté ne fournit qu'environ 1/10 de l'OP de puissance dont il a besoin lorsqu'il est utilisé conformément aux recommandations. Conduit près de son courant d'entrée max abs, il pourrait atteindre 1/2 mW. En général, les pièces conçues pour les communications (à l'exception des pièces de télécommunications longue distance) seront strictement limitées à moins de 1 mW pour éviter la nécessité d'un contrôle de fibre ouvert. Et à 13,67 $, je pense qu'il pourrait obtenir un laser CD pour moins cher (mais bien sûr, il aurait besoin d'un circuit plus difficile pour éviter de le faire exploser).
Le Photon
@ThePhoton - Oui, ce que vous dites à propos de la partie Avago est entièrement cohérent avec ce que j'ai dit, nous sommes donc entièrement d'accord. Comme indiqué, la pièce fait le meilleur cas de 0,8 dBm MAX - ce qui est déjà en dessous des spécifications, et vous devez concevoir à min pas max pour qu'il soit en dessous des spécifications. Il n'est probablement pas réglé sur 1 mW à l'extrémité de la fibre mais toujours trop bas. Le but était de montrer deux extrêmes - un LED de 350 mW éteint sans lanceur et l'autre un lanceur mais en dessous de la puissance. Puis quelques trucs entre les deux, il peut clairement réaliser ce qu'il veut juste en regardant autour et / ou un peu de bricolage. ...
Russell McMahon
@ThePhoton - ... le SFH4056 est Prix: 0,79 $ US / 1 chez Digikey et fiche technique . Un regard sur le diagramme de rayonnement au bas de la page 4 suggère qu'il ne serait pas trop difficile de coupler une puissance substantielle dans une fibre de 1 mm.
Russell McMahon
0,79 $ est un bon prix, mais le POF standard a une atténuation d'environ 2 dB / m à 850 nm (selon une recherche rapide sur Google) ... Sans plus d'informations d'OP sur ce qu'il veut vraiment, nous ne pouvons pas savoir s'il ' d être d'accord avec ça ou pas.
Le Photon
Merci pour les exemples, ils fournissent un excellent point de départ pour étendre ma propre recherche. Cependant, 850 nm est définitivement sorti, vous ne pouvez pas voir le faisceau et l'atténuation est beaucoup trop élevée en POF (60 dB contre 6 dB pour notre distance typique). 650 nm est bon, 500 nm serait encore mieux pour POF, sauf que les récepteurs ont tendance à être meilleurs autour de 650 nm, c'est pourquoi nous avons choisi cette longueur d'onde.
ajs410