За последнее время китайцы освоили производство относительно мощных и недорогих твердотельных лазеров с диодной накачкой (DPSS). Наверняка многим было бы интересно узнать, что находится у них внутри, какие характеристики эти лазеры имеют и на чем китайцы сэкономили.
Под катом – обзор такой необходимой в каждом доме вещи, как одноваттный зеленый лазер.
Прежде, чем написать что-то, хочу подчеркнуть большими буквами:
при работе с такими лазерами нужна защита!
Как минимум нужны очки, защищающие от 808nm и от 532nm. Далее я покажу, почему это так важно.
В этом обзоре не будет видео о том, как лазер поджигает спички, лопает шарики и т.п.: такого навалом и в Youtube. Вместо этого мы проверим соответствие заявленных характеристик реальным, и, конечно, рассмотрим конструкцию этого прибора – обязательная доза geek porn обеспечена.
Основные характеристики
| Wavelength (nm) | 532 |
| Output Power (mW) | >1000 |
| Divergence, Full angle (mrad) | 2.0 |
| Beam Diameter at the Aperture (mm) | ~2.5 |
| Transverse Mode | TEM00 |
| Modulation Mode | TTL up to 30kHz |
| Cooling Mode | TEC & Air |
| Expected Lifetime (hours) | 10 000 |
Лазер произведен компанией CST (продукция которой считаестся несколько более качественной, чем продукция DHOM) по заказу UltraLasers, Inc. Он относится к наивысшему IV классу лазерной опасности, т.е. помимо защиты (очков) при работе с ним необходимо использовать ловушку-поглотитель излучения, а также обязательно закреплять излучатель неподвижно, чтобы задетый провод не развернул головку в неизвестном направлении.
Пройдемся по характеристикам по порядку.
Длина волны: 532nm
FAIL. Из апертуры светит не только 532nm (зеленый), но и 808nm и 1064nm (невидимый инфракрасный). Причем светит так, что не учитывать этого нельзя. Инфракрасный фильтр в лазер не положили.
Выходная мощность: > 1Вт
TRUE. Полная выходная мощность на всех длинах волн переваливает за 2.5Вт. Выход полезного зеленого – порядка 1.8Вт, что тоже значительно превышает заявленную мощность – это характерная черта всех китайских лазеров такого типа.
Из измерений следует, что на невидимую инфракрасную часть излучения приходится порядка 700 милливатт, получить которые в незащищенный глаз гораздо проще, чем кажется (см. следующий пункт).
Расхождение пучка: 2 мрад
FAIL. Измеренное расхождение для 532nm составило 2.3 мрад. Для 808nm – на порядок больше, примерно 30 мрад. Выглядит это так:
Фиолетовый – это ИК. Обратите внимание на относительную яркость ИК и зеленого. Диаметр зеленого луча соответствует белому пятну на фотографии, зеленая кайма – это уже рассеяние от поверхности.
Таким образом, держа голову возле зеленого луча (при юстировке оптики и т.п.) есть немалый шанс попасть под пучок ИК, который свободно пройдет сквозь очки, защищающие от 532nm, и доставит кучу радости офтальмологам. Поэтому еще раз:
Обязательно установить инфракрасный фильтр!
Диаметр луча у апертуры: ~2.5мм
TRUE. Так и есть.
Поперечная мода: TEM00
FAIL. Мода Гаусса-Лагерра низшего порядка получается только при совершенно незначительной мощности (меньше 50 мВт). Выше этого порога имеем что-то вроде такого:
Уже не TEM10, но еще и не TEM11. Это довольно типично: при таком резонаторе и мощности сложно избежать усиления мод высшего порядка.
Модуляция: до 30 кГц TTL
FAIL. Для тестирования я собрал на коленке простенький TTL ШИМ на 26 кГц (Внимание, смертельный номер! Без микроконтроллеров и ПЛИС!) из имеющихся в наличии компонентов (компаратор LM339 плюс обвязка):
И при различной скважности получил на фотодиоде вот такие осциллограммы:
25%
50%
75%
От входного прямоугольного TTL тут осталось мало. Спектр же сигнала, как и положено, изобилует гармониками:
Охлаждение: элемент Пельте с вентилятором
TRUE. И Пельтье и вентилятор присутствуют. В процессе работы корпус излучателя практически не нагревается.
Полезный инструмент
При работе с DPSS лазерами полезно иметь инфракрасный визир. Самый доступный вариант – купить дешевую цифровую мыльницу и извлечь из нее инфракрасный фильтр. В результате вместо одной бесполезной вещи получим две полезные: ИК-камеру и фильтр. ИК-фотографии я делаю аппаратом Olympus VG-150, который обошелся мне менее чем в 2000 рублей, включая доставку. Кроме того, фильтр в нем не приклеен к матрице, а просто лежит на ней, придавленный резинкой, и снимается без труда и повреждений за две минуты.
Этот же фильтр можно использовать и для лазера: максимум пропускания у него как раз в области зеленого. Только не рекомендую крепить его прямо на выходное отверстие (даже изнутри) – рассеянного на фильтре света достаточно, чтобы неприятно слепить.
Переходим к geek porn
Блок питания
 |
 |
На БП присутствуют:
- Разъем блокировки (interlock) – контакты должны быть замкнуты, чтобы лазер работал
- Провод, торчащий из дырки Trigger – модуляция TTL, активный уровень – низкий
- Выключатель питания на задней части блока
- Кнопка Stop – экстренное выключение (требование для класса опасности IV)
- Выключатель с ключом – запуск лазера (требования для класса опасности)
- Три индикатора: питание, излучение и ошибка соответственно
- Разъем подключения лазера, цоколевка следующая:
1. TEC+
2. LD+
3. LD-
4. Thermal Sensor
5. Thermal Sensor
6. Fan+
7. TEC-
8. Fan-
Тут китайцы подложили свинью: лазер включался с незамкнутой блокировкой и неповернутом ключе, просто при перещелкивании кнопки сзади! Это грубейшее нарушение ТБ при первом включении очень, хм, удивило. Заодно и кнопку «Стоп» проверил.
Вскрытие блока показало, что для удобства пользователя разъемы ключа и блокировки замкнуты «соплей» на обратной стороне платы, а выключатель с ключом не подсоединен вообще:
Конструктивно блок состоит из двух модулей: импульсного источника питания на напряжения 5 и 12 вольт и драйвера диода, совмещенного с регулятором для двух термоэлементов.
Импульсный источник
Представляет собой два одинаковых источника в одном корпусе: первый – 12В 6.5А, второй – регулируемый 4.6–6.3В 6.5A. Пусть вас не смущают одинаковые цвета проводов: верхние красные это 5В, а нижние красные – 12В.
Драйвер
Не отличается изощренностью конструкции:
Три линейных стабилизатора тока на ОУ LM358 и выходными каскадами на IRF530N (MOSFETы с обратной стороны платы) – для диода лазера и двух термоэлементов. Термоэлемент используется только один. Верхняя левая микросхема это 74LS00, она включает лазер при условии высокого уровня на разъеме модуляции TTL, соответствия температуры датчиков ожидаемой и сработке пятисекундного таймера задержки, собранного на микросхеме NE555 (левая нижняя). Все остальные микросхемы – LM358.
Самый левый резистор регулирует ток лазера. Большие резисторы используются в качестве токоизмерительных шунтов. MOSFETы прикручены к массивному радиатору размером со всю плату драйвера. Стабилизатор тока лазера питается от +5В, а термоэлементов – от +12В.
Качество пайки среднее, со следами ручной доработки напильником.Сэкономили на фильтрующих элементах, в остальном особого криминала нет.
Ток лазера установлен на 5.4А, что позволяет предположить, что накачка рабочего тела производится пятиваттным ИК лазерным диодом. Отсутствие второго термоэлемента означает, что кристалл KTP не подогревается, и поэтому, возможно, работает не в оптимальном режиме, что сокращает срок его службы.
Заключение
Пожалуй, единственное, что соответствует спецификации в данном лазере, это мощность. Зато ее дали с запасом. Ожидаемый срок работы тоже внушает сомнения, но это станет понятным при разборке излучателя. Этот обзор и так получился довольно объемным, т.ч. описание конструкции собственно лазера я вынесу во вторую часть.
Этот лазер весьма опасен: мало того, что светит инфракрасным на 700 мВт, так еще и включается неожиданно. Впрочем, и то и другое просто устраняется. Напрямую у китайцев на Aliexpress на момент написания статьи такой лазер можно было купить за $650, не считая доставку.
Спасибо всем, кто дочитал до этого места!
Автор: ioccy
