二、【炫酷DIY】牛人一支激光笔实现千里传音
你相信一根普通的激光笔能够在空气中将声音传输100英里之遥吗?我们做到了,并且相信你也能做到。
1 半导体激光器
一般光纤通信的光源都是激光,但在大气中通信时,二极管产生的非相干光有时比激光好用。主要的原因是大气密度的变化会破坏激光的相位相关性,并导致亮度的随机波动,有可能破坏光束中包含的信息。其次,远距离通信时需要大直径的光束但是将相干光扩束并不容易,这需要使用非常精密的镜头并增加重量和成本。
即使有这些缺点,用常见的激光笔进行光通信仍然是很有吸引力的事情,它们价格便宜,现成易得,功耗低,较为安全,并且容易靠pwm技术调制。最后也是最重要的一点,激光通信多酷啊!
价格最低廉的红色激光笔非常理想,它们产生的准直光束即使只有几毫米的直径,但也能在相当远的距离用肉眼观察到,气候良好时可视距离可以远达100公里。
2 激光调制-解调电路
传输音频信号的简易方法是调幅加上脉宽调制。在图中可以看到一个基于激光器的调幅-脉宽调制电路,它由Ron(K7RJ)设计,目的是尽可能用简单现成的零件加上一个激光笔传输声音。这个电路包含一个基于光电二极管的光接收机。但是由于电路的主要目的是示范调制电路,而没有在灵敏度上下功夫,也没有聚焦镜头,所以通信距离很短,只有大约100米。
图1 激光调制-解调电路
3 激光器布线安装
低功率的激光器容易在很多地方找到,但是要将它拆出来安装不一定容易。激光笔或者激光教鞭可能是其中最容易改装的一种。需要注意的是激光笔并不是激光器与电池的简单串联,通常会有简单的限流电路。该电路通常包括几个晶体管,但是一些最便宜的激光笔只有一个简单的限流电阻。有趣的是,昂贵的激光笔在这里不一定适用,它们有复杂的保护恒流电路,这些电路将会严重影响激光器的响应速度,所以请尽可能找足够便宜简易的红色激光笔。
很遗憾从我这个激光笔里不容易拆出激光模块,所以打算在里面装进个“假电池”然后引出电源线。我找个一根直径和激光笔原先用的AAA电池一样的圆木棍,然后按长度切下一段,沿长度方向切割浅槽并嵌入电线,两端制作电极,最后将假电池装入激光笔里,将激光笔的按钮用胶带固定在开启的位置,并将假电池引出的电源线接到旁边装有驱动-调制电路的塑料小盒里。
4 短距离激光通信
刚开始玩这个的话,建议从短距离通信开始尝试,比如说自家院子,或者几百米的范围。实验时要注意激光的去向,即使是非常低功耗,看起来“无害”的激光,如果照射到远方的道路或者机场上,一瞬间的分心仍然有严重的危险。
短距离测试的一大好处就是可以直接看到激光器和激光的照射点,极大的简化了瞄准过程。建议在调试时准备双向对讲机,或者也可以在发射和接收端之间用手机联系,只要不在意话费!
一个实用的建议是准备一些容易辨认的目标,比如反光胶带,自行车尾灯,反光板之类,这些装置上带有角反射器,被激光照射时非常明亮,能够帮助你在黑暗中找到远处的目标。
这时你应该可以注意到激光的定向性即使在短距离也非常明显,发射端的一点挪动就会造成接收端光斑的巨大偏移。
5 长距离激光通信
距离进一步增加时,没法直接看到光束的照射点,从而需要依靠接收端的反馈调整激光方向。这样的距离上必须依靠精密的调整对准方向,否则差之毫厘,就谬以千里了(LED光源在这方面有优势,因为在远处的光斑很大)。
怎样将激光精确指向目标是个复杂的问题,简单起见这里将介绍两种适于业余者的方法:
5.1 使用望远镜
将激光笔捆在望远镜上,经过仔细调整之后可以将望远镜的光学轴线与激光束调整平行,这样就可以用望远镜寻找接收地点提供近似的指向,减少激光指向的不确定性。对于带有赤道仪,能够自动寻星的望远镜,还可以通过一定的改造让它依据反馈信号的强度自动定位。
望远镜的缺点是有很大的迎风面积,即使轻微的扰动也可能引起远处的光斑迅速移动,从而中断通信。
图5 激光调制电路和激光模组
详细请点击:【炫酷DIY】牛人一支激光笔实现千里传音