Anfäger hat Fragen

[Jogi]

Hallo Leute,
in der Hoffnung das ich nicht gleich negiert werde, weil ich den Laser für andere Zwecke als zur Lightshow nutzen möchte, habe ich ein paar Fragen. Ich habe hier eine Laserdiode im kompakten Gehäuse mit Kühlkörper und der dazugehörigen Treiberplatine. Die soll angeblich
30 mW Strahlungsleistung bei 532 nm bringen. Die Diode stammt aus einem kleinen Discolaser. Die Umlenkeinheit habe ich entfernt.Die verbaute Lasereinheit stammt von einer Chinesischen Firma, das Gerät allerdings von einem großen deutschen Händler. Da ich über grüne China-Laser bisher nichts gutes gelesen habe, habe ich erstmal mit einem Spektralgitter überprüft ob die auftretende IR-Strahlung ausreichend ausgefiltert ist. Der Laser ist "sauber" . Mein Hauptproblem besteht nun darin dass ich keine Messmittel zur bestimmung der realen Ausgangsleistung habe. Zum messen benutze ich zur Zeit ein selbstgebautes Gebilde welches mir also nur erlaubt Quantitätsunterschiede festzustellen. Dazu habe ich in einem Rohr mehrere weiße Papierbarrieren im abstand von 1 cm angebracht um den Strahl diffus zu streuen und am Ende ist eine Fotodiode mit Opperationsverstärker der mir dann ein Zeigerinstrument ansteuert. So konnte ich z.B. feststellen das die Leistung nach ca. 5 min um 30% absinkt. Das Problem war aber schnell gefunden. Der Regelverstärker auf der Treiberplatine der die Referenzspannung erzeugt ist stark temperaturabhängig. Ich hab ihm einen kleinen Kühlkörper spendiert und nun bleibt alles stabil. Hier im Forum habe ich mir nun mal diese "Faxen-Videos" von YouTube
Typen angesehen die mit ihren Pointern nichts weiter machen als rumzukokeln oder anderen Blödsinn zu machen. Aber aus diesen Videos kann man, denke ich, ableiten welche Thermischen Reaktionen mein Laser auslösen müsste wenn er 30 mW hat. Soweit mein Gedankengang : aus einer definierten Entfernung auf eine schwarze Plastikfolie mit 0,1 mm Dicke z.B. strahlen, und die Zeit messen wann der Strahl durch ist. Das ist natürlich höchst ungenau lässt doch aber vermutlich den Rückschluß ziehen ob es sich um 10 mW oder 30 mW handelt ? Den Eingangsstrom an der Diode habe ich bisher noch nicht gemessen. Aber ausgehend vom Wirkungsgrad einer Grün-Diode mit 30 mW out dürfte es sich um ca. 500 mA bewegen, oder? Nun zu der Frage die sich vermutlich mittlerweile bei allen Lesern aufgetan hat. Ich will die Diode zur Nachrichtenübertragung nutzen. Dazu will
ich die LD mit einem 30 KHz Hilfsträger Modulieren der wiederum mit der eigentlichen Information Frequenzmoduliert wird. Am anderen Ende wird über eine Fotodiode das 30 KHz Signal gewonnen und mit einem Quadraturdemodulator die Information wiederhergestellt. Die jeweiligen Stationen sind 3,4 Km voneinander entfernt. Die Strahlen werden am jeweiligen Empfangspunkt durch Gebäudeabschattung am "weiterreisen" gehindert. Der Beam befindet sich 20 m über Grund über unbebautem Gelände. Ich bin lizensierter Funkamateur und habe eine Zulassung zur Laserdateübertragung. Ich hoffe Ihr könnt mir bei meinen, für Euch sicher eher banalen Fragen, weiterhelfen. Viele Grüße Jogi

[guido]

Hi,

ohne Leistungsmessgerät ist das alles pure Raterei...

Aber wenn du deinen Aufbau mit der Photodiode noch hast:
Modulier den Laser mal mit 30 KHz...das Ergebnis wird ernüchternd sein denke ich.
DPSS Laser sind nicht nur stark Temperaturabhängig ( Diode, Kristalle ), sie brechen dank dieser Eigenart beim
modulieren auch stark in der Leistung ein. Abhängig u.a. vom Pulse / Pauseverhältnis, was aber bei der Frequenz wohl nicht mehr so
dolle was am Ergebnis ändern wird.

Zur Datenübertragung rate ich dir daher zu einer normalen roten Laserdiode.
Da ist das Problem kleiner...

[goamarty]

Durch den FM Betrieb mit dem Hilfsträger hast du thermisch einen Quasi-CW Betrieb. Trotzdem würde ich auch zu einer roten (650nm - DVD) oder IR (zB 780nm - CD) Laufwerksdiode oder billig Laserpointer raten. Die hohe Sichtbarkeit des grünen Strahles mag zwar zum Justieren hilfreich sein, ist aber später für die Datenübertragung nicht nötig. Zum Justieren kannst du ja auch eine Kamera zur Hilfe nehmen.

[Jogi]

Hallo Guido und Goamarty.
danke für die schnelle Antwort. Tja zur Modulation. Der Laser soll ja nicht über Puls moduliert werden. Ich hatte vor beim Dauerstrich-Betrieb dem Diodenstrom hinter der Regelschaltung die 30 KHz als "parasitäre Schwingung" mit 1 % aufzuprägen. Wenn am Empfangsort der Laser in der Fotodiode eine Empfangsspannung von 1 Volt abgibt wären davon 10 mV Modulation. Um einen Signal-Rauschabstand von 40 dB im Empfänger zu erreichen brauche ich allerdings nur 30 Mikrovolt. Aber ich werde das mit dem Modulieren mal noch austesten. Beim ersten Test habe ich Pulsweitenmodulation bei 100 Hz ausprobiert. Die Lichtausbeute ist wirklich jämmerlich. Bei der niedrigen Frequenz war eine Sprachübertragung natürlich nicht möglich. Wir haben in RTTY gearbeitet. Das ist eine Form des Funkfernschreibens. Ja, ein grüner Laser hat wirklich nur einen Vorteil, die Sichtbarkeit des Beams und die damit verbundene einfache ausrichtung.Allerdings ist beim Nachrichtenaustausch für dritte weithin sichtbar das da was im gange ist.Infrarot ist mir zu heimtückisch. Da traue ich mich nicht ran. Also werde ich mir mal den Rotlaser auf den Basteltisch stellen. Und den umbauen. Der soll übrigens 100 mW out bringen. Also wenn ich so sehe das die auf YouTube Streichhölzer mit 50 mW grün in 2 Sekunden anzünden .... Mein angeblicher 30 mW Laser schafft das nichtmal in 2 Stunden .
Nun kann auch sein das die dort verwendeten Laser noch stärkere IR-Anteile haben die ihren Teil dazu beitragen. Sorry, das lässt mir aber keine Ruhe. Ich vermute das die Regelplatine so eingestellt ist das die LD nur wenig Output bringt. Es wäre aber kein Problem den Regelverstärker so zu ändern das die LD voll angesteuert wird. Dazu müsste ich allerdings wissen wieviel sie schon bringt.
Gruß Jogi

[goamarty]

Mit 30mW hab ich das auch noch nie geschafft, die fühlen sich nichtmal nenneswert warm an, mit 100mW gehts. Es kommt aber auch sehr auf den Strahldurchmesser an, 300mW mit <1mm brennen so manches an, mit 2mm rührt sich gar nichts.
1% Modulationsgrad halte ich für problematisch, weil die Amplitudenstabilität der Laser oft gar nicht so gut ist, speziell bei DPSS. Bei einer Diode könnte es gehen, wenn du eine Rauscharme Konstantstromquelle als Treiber hast. Wenn du mit sowenig Signal auskommst, dann brauchst du bei weitem nicht soviel Träger abstrahlen und kannst die Diode auf 1mW runterdimmen. Dann mußt du auch vor IR keine Angst haben, es reicht dann auch die Diode aus dem alten 2*Speed CDROM oder Discman, was in der hintersten Ecke des Kastens vergammelt.

[Dr.Ulli]

1% Modulationsgrad halte ich für problematisch, weil die Amplitudenstabilität der Laser oft gar nicht so gut ist, speziell bei DPSS.

Dazu kommt noch, dass 30kHz für einen DPSS schon ganz schön fix ist....

[goamarty]

Darüber hab ich mir auch schon Gedanken gemacht, aber ich habe leider keine Ahnung, wie lange die Kristalle zum Anschwingen brauchen, wenn die Pumpleistung eingeschaltet wird. Ich hätt hier aber max. Nanosekunden Bereich erwartet, wenn die Temperatur passt.

[Jogi]

Danke für die Hilfe und Anregungen. Ja, die trägheit der DPSS könnte die ganze Sache zum scheitern verurteilen. Ein Funkfreund der sich ebenfalls damit beschäftigt hat mir auch nahegelegt meinen 100 mW Rotlaser zu verwenden. goamarty, danke für die Info mit dem Zündholz. Es ist wie bei Dir, wenn ich das Streichholz an die Lippe halte ist eine leichte erwärmung zu spüren. Vielleicht macht die LD doch das was draufsteht. Ich habe vorhin gemessen. Der Diodenstrom (hinter der Regeplatine) beträgt 350 mA bei 2 Volt, also 700 mW
Eingangsleistung. Wie groß ist im allgemeinen der Wirkungsgrad einer solchen Diode? Ist es realistisch von 30 mW out auszugehen? Also im Kopf schwirrt mir immer 3 % herum. Aber ich bin mir nicht sicher wie ich darauf komme. Muss ich vermutlich mal irgendwo aufgeschnappt haben. Das wären dann natürlich 21 mW. Mit dem dimmen leuchtet mir schon ein. Die Sache hat aber einen Haken. Durch Luftverwirbelungen ensteht eine Amplitudenmodulation die sich im Empfänger als brodelndes Geräusch bemerkbar macht. Das kann man umgehen indem man ein ausreichend starkes FM-Signal im Empfänger begrenzt und somit die Amplitudenmodulationsanteile eliminiert. Also ich werde mal auf die hören die es besser wissen müssen und mit dem roten Laser weitermachen.
Übrigens, der momentane Rekord für eine Sprechverbindung liegt bei 27,5 Km. Das will ich knacken
Also bis bald Gruß Jogi

[guido]

Jogi,

vergisss die "Pauschal-Wirkungsgrad-Angaben"
Mt 350mA Diodenstrom bekommt man 5-75mW
Obs nun 30 oder 50mW sind ist eh egal. Interessanter ist der Einbruch beim modulieren.
Und ich denke nicht das du einen doppelt TEC stabilisierten Laborlaser gekauft hast sondern
ein Von-der-Stange-TTL-Chinaböller

[Jogi]

Ja Guido,
das ist in der Tat so ein Chinaböller ! Deshalb hab ich ja auch die Spektrumüberprüfung
wegen unerwünschter IR strahlung gemacht. Diese Wahl ist aber nicht von ungefähr. Es rechnet sich nicht einen hochwertigen Laser zu kaufen um dann vielleicht einmal im Jahr beim Treffen der Lichtfreaks 3 Verbindungen aufzubauen. Die Sache mit der Leistung ist
schon wichtig. Derart außergewöhnliche Verbindungen werden natürlich genau dokumentiert.
Wenn ich da angebe : Sendeleistung 30 - 50 mW ist das ein Unterschied von 2,2 dB. Das entspricht einem Faktor von 1,7. Genauso werden auch Öffnungswinkel (bei Euch Strahldurchmesser und Divergenz) berücksichtigt. Genauso Modulationsgrad und Index.
Mit der Bastelei gehe ich natürlich vorsichtig vor um die LD nicht in den Himmel zu schicken.
War zwar knapp unter 100 € , aber bei mehreren zerschossenen LD kommt dann auch was zusammen. Ich spiele aber auch noch mit dem Gedanken mir von Media... einen DLR 350
zu holen. Da wäre das Modulationsproblem gelöst. Aber ich will ja selberbauen ...
http://df1jsf.npage.de
Momentan bin ich dabei die Leiterplatte für das Empfangsmodul zu machen. Wenn das dann läuft kann ich dann abhören ab wann die aufgeprägte Modulation ausreichend ist.
Die braucht eigentlich nur so schwach sein das optisch kaum eine Helligkeitsveränderung
warnehmbar ist.
Jogi

[Jogi]

Hallo Leute,
nun habe ich es geschafft den grünen Laser zu modulieren. Ich kopple das Signal über eine Wiederstads-Kondensator-Kombination direkt am Eingang des Regeltransistors ein.Dafür benutze ich einen selbstregelnden Verstärker um den Pegel annähernd konstant zu halten. Die Modulation ist so schwach das der Laser nichtmal flackert.Die Ausgangsleistung bricht auch nicht ein.Im Emfänger ist das Signal laut und glasklar zu hören. Wenn ich LD dimme, (von 350 auf 200 mA) verschlechtert sich der Signal-Rauschabstand beträchtlich. Nun kommen aber schon die nächsten Probleme. Das Gerät ist in einem Wetterfesten Gehäuse
draussen fest an der Hauswand montiert. Bei niedrigen Temperaturen braucht der Laser ne ganze Weile um auf seine Leistung zu kommen. In überlegung ist eine Gehäuseheizung mit Thermostat mit der alles auf 17° C gehalten wird. Wie sieht es mit der LD aus. Kann sie Schaden nehmen wenn ich sie bei z.B. 4° C kaltstarte? Und ich nehme mal an das sie auf keinen Fall Minusgrade bekommen darf. Liege ich da richtig? Und um den Laser geleichzeitig in zwei Richtungen strahlen zu lassen um zwei Empfangsstellen zu erreichen dürfte auch recht schwierig sein. Nach den in meinem Fall geltenden Vorschriften ist ein schwenken des Beams absolut tabu. Ein Richtungswechsel ist mir nur alle 100 Sekunden erlaubt. Nun dachte ich mir durch eine Glasscheibe durch, in die eine Richtung und mit Spiegel die Reflexion der Scheibe in die andere. Aber ob die Leistung dann noch reicht...
Oder eben gleich 2 LD`s verwenden. Was meint Ihr?
Gruss Jogi

[goamarty]

Du kannst ja einen 50% Strahlteiler verwenden, der die halbe Leistung reflektiv auskoppelt. Direkt, oder über einen weiteren 100% Spiegel kannst du dann ein zweites Ziel ansteuern, wenn es wirklich dieselbe Information bekommen soll. Die Minusgrade sind jetzt kein so großes Problem, aber Kondensation mußt du ausschließen. Deshalb ist eine Gehäuseheizung sicher eine gute Wahl. Für einen schnellen Start des Lasers kannst du ihn auch dirket auf 20° temperieren.

[Dr.Ulli]

Übrigens, der momentane Rekord für eine Sprechverbindung liegt bei 27,5 Km. Das will ich knacken

Das wirst du mit 100mW wohl sicher nicht schaffen!
Überleg mal: bei 1mRad Divergenz ist der Strahl dann schon fast 30m im Durchmesser...ausser man hat eine gute Aufweitung...aber selbst dann wohl nicht.
Mit einem 4W Argon und Aufweitung von 1: 100 habe ich mal geschafft ca. 20km zu überbrücken...bei ganz klarem Wetter....sobald ein wenig Dunst in der Luft ist, geht die mögliche Distanz exponentiell zurück. Bei dichtem Nebel ist sogar der NdYAG mit 100mJ Pulsen (ca. 20.000.000W in 5ns - siehe Avatar) schon nach etwa 500m "verpufft" gewesen...ringsrum war aber alles schön grün...

[Jogi]

Hallo goamarty und Dr.Ulli,
danke für die Antworten. Erstmal, die Sache mit 27,5 Km ist schon wieder Schnee von gestern. Dr.Ulli, die Sache liegt in meinem Fall anders. Ich muss keine Schatten werfen am Empfangsort. Das von Dir erwähnte schöne grüne leuchten hätte in dem Fall ausgereicht um eine stabile Verbindung zu erhalten. Zudem wir nur Laser bis Klasse 3b verwenden dürfen. Mit einer beantragten und entsprechend Kostenintensiven Sondergenehmigung auch Klasse 4. Aber die dann damit verbundenen Auflagen machen jegliche Flexibilität unmöglich.
Momentan habe ich eine Teststrecke von 3,4 Km und der 2. ist Teilnehmer 350 m entfernt.
Die Technik samt Nezteil u.s.w. ist, wie erwähnt, fest montiert. Ein Transportables System kommt dann noch. Zur Zeit arbeite ich "nackig" wie wir sagen. Also von LD zu Fotodiode ohne Optik u.s.w. Der Empfänger : BPW21, +40 dB Zwischenverstärker, +26 dB Begrenzerverstärker. Im Ausbau kommt noch ein rauscharmer +160 dB Fet-Vorverstärker und ein Lichtstarkes 10 cm Objektiv aus einem alten Nachtsichtgerät hinzu. Damit liege ich dann in der Empfindlichkeit über den im Video verwendeten Empfängern.Aber da hab ich noch zu tun. Bei der hohen Verstärkung müssen die einzelnen Stufen in separate Gehäusekammern eingebaut werden und die Stromversorgung gut entkoppelt sein.Dann mal zu dem Video unserer "Lichtfreaks". Es gibt regelmässig Treffen um zu fachsimpeln und natürlich die Technik auszuprobieren.
http://www.youtube.com/watch?v=TFRKcDHVC5w
Ja goamarty, werde ich noch eine Heizung einbauen. Und mit dem 50% Teiler, die 350 meter zu dem anderen (nur Zuhörer) Teinehmer würden eigentlich mit einer schwachen Reflexion zu überbrücken sein. Na momentan hab ich ja noch den grünen Laser am Wickel , aber der rote soll dann ja die aufgerüstete Transportabel-Version werden. Zur not sende ich dann mit beiden, zweifarbig , den Kids aus der Nachbarschaft wirds gefallen
Die gehen offenbar mehrmals Abends ans Fenster um zu sehen ob wieder eine leuchtende "Strippe" gezogen wurde!
So das wars dann erstmal. Ich danke Euch nochmal für Eure Unterstützung, zudem diese Anwendung ja nun garnicht in Eurem Interessengebiet entspricht.
Gruss Jogi

[ekkard]

Wie sieht es mit der LD aus. Kann sie Schaden nehmen wenn ich sie bei z.B. 4° C kaltstarte? Und ich nehme mal an das sie auf keinen Fall Minusgrade bekommen darf. Liege ich da richtig?

Nein. Nun kenne ich nicht alle Arten von Laserdioden. Meine Erfahrungen erstrecken sich auf Glasfasertreiber im IR zwischen 1400 und 2500 nm. Aber sei's drum. Die Dioden ohne Peltierelemente(!) werden alle deutlich effektiver, wenn die Temperatur abnimmt. Ich habe sie bis -40°C geprüft - no problem!

[Jogi]

Hallo Ekkard,
danke für die Antwort. Ich experimentiere ja mit zwei unterschiedlichen LD. Also diese Erfahrung mit dem warmlaufen habe ich mit der grünen LD gemacht. Es kann auch sein das es vom Regelteil kommt. Das ist das Problem bei gekauften Kram. Die Firmen wollen sich nicht in die Karten schauen lassen, deshalb ist in den seltensten Fällen ein Schaltplan aufzutreiben. Da aber mir bekannte Bauteile benutzt werden weiss ich ja was die so in etwa machen. Beide LD sind ohne Peltierelemente. Die grüne hat einen NTC Ausgang der zu einem Schwellwertschalter führt. Ich nehme an, das bei einer zu hohen Innentemperatur alles aus geht. Zusätzlich verfügt die LD noch über einen Monitordiodenanschluss zum regeln der Ausgangsleistung. Die rote hat ganz plump nur den Anschluss zur Stromversorgung, funktioniert aber stabiler. Beide sind von Beijing-Syntony Co. und haben nur einen Aufdruck wie z.B. bei der roten - RL 1001133 - sogenannte Chinaböller eben.
Leider habe ich keine Technischen Daten für die Dinger. Das einzige was in erfahrung zu bringen ist, ist die Wellenlänge, Ausgangsleistung und Strahleigenschaften. Keine Angaben zum Strom, was mich am meisten interessiert. Der rote Laser soll nun 100 mW bringen, da ich keine genauen Messmittel habe, kann ich nur Rätseln. Beim gestrigen Test über die lange Strecke (3,4 Km) habe ich aber festgestellt, das der rote gegenüber dem grünen (angebl. 30 mW) ganz schön garstig ist. Der Empfänger auf der anderen Seite war hoffnugslos "überfahren" ! Ein Papiertaschentuch vor den Sensor gehängt brachte dann Abhilfe. Na jedenfalls gehe ich momentan nach der "Fingermessmethode" , wenn nichts mehr als Handwarm wird, denke ich, ist alles in Ordnung.
Gruss Jogi

[goamarty]

Die rote ist eine einzelne LD. Für grün wird das Licht einer Infrarot LD mit speziellen Kristallen in grün umgewandelt. Diese Kristalle funktionieren nur wenn sie die richtige Temperatur haben. Da sie sich durch die Energie der IR-LD aufheizen stellt sich der richtige Arbeitspunkt erst nach eienr gewissen Zeit ein. Das hängt erstmal nicht mit der Treiberschaltung zusammen. Wenn er ein Peltier hätte und der Treiber besonders gut wäre, sodaß er nicht nur kühlen sondern auch heizen kann, dann ginge es schneller und der Laser wäre stabiler.
Eine normale Empfängerfotodiode wie die BPW34 ist für rot (650nm) um fast einen Faktor 2 empfindlicher als für grün (532nm), das hängt mit den Eigenschaften des Siliziums zusammen. Da würden vielleicht 10mW reichen. Die BPW21 ist speziell gefiltert, damit ihre Empfindlichkeitskurve mehr der des menschlichen Auges entspricht, die erreicht bei rot nur 80% der Empfindlichkeit für grün und ist laut Datenblatt bei 1000lux nur 1/7 so empfindlich wie die BPW34.
Ist es eigentlich wichtig, daß der Strahl "schön" und gleichmässig sichtbar ist? Wenn du ihn mit einem FM modulierten 30kHz Hilfsträger modulierst, dann würde der Strahl fürs Auge auch bei großem Modulationshub immer noch gleichmässig aussehen, weil das Auge ja viel zu träge ist, um die 30kHz wahrzunehmen.

[Jogi]

Hallo goamarty
Die Reglerplatinen sind ganz einfach gestrickt. Na und beide Laser verfügen auch nicht über
Peltier-Elemente. Lediglich die grüne hat einen NTC genannten Anschluss der auf einen Schwellwertschalter geht. Ich vermute zum Schutz vor Übertemperatur. Das ist schon klar das bei 30 KHz kein flimmern mehr zu sehen ist. Das könnte aber entstehen bei Interferenzen innerhalb der LD wenn sie nicht im linearen Bereich betrieben wird und wäre natürlich unerwünscht. Die Helligkeit geht beim anschluss der Modulation geringfügig zurück.
Aber man muss schon genau hinsehen um das mitzubekommen. Gleichzeitig kann ich auch mit Amplitudenmaodulation arbeiten. Da flackerts dann logischerweise auch. Besonders überrascht bin ich von der sehr guten Tonqualität der Übertragung. Ja die BPW34 ist besser,
hatte ich aber auf die schnelle nicht vorrätig (aber schon auf dem Postweg)
Momentan fummel ich mit den mechanischen Komponenten, Gehäuse, Halterung fürs Empfangsobjektiv und Fokushalterung für die Fotodiode. Ich bin noch am grübeln womit ich eine möglichst gleichmäßige Strahlaufweitung hinbekomme. Würde es reichen einfach eine Linse vorzusetzen? Und wenn ja welche? Ich brauchte so 4 - 6 mRad .
Gruss Jogi

[fuzna]

Hier mal eine kleine Anregung, falls nicht schon bekannt:

http://www.mydarc.de/dj1wf/

Dort lese ich etwas von > 82 Km mit 40mW



olli

[Jogi]

Hallo Olli,
die Site ist mir bekannt. Naja gestern wurde mir schon wieder was berichtet von 88,5 Km.
Wie dem auch sei. Auf der Site geht es aber um ATV über einen Ortsfesten Umsetzer. Zudem
benötigt man dafür dann auch noch nen Fernseher, TV-tauglichen Laptop o.ä. Kamera, Basisbandaufbereitung u.s.w. Die aktivitäten sind zudem doch recht spärlich.Die Leute die sowas machen auch sehr dünn gesät, sicher auch wegen des doch etwas komplizierteren technischen Aufwands. Ich habe zwar auch einen ATV-Sender,im GHz-Bereich, aus dem ich das Basisbandsignal nutzen könnte....
Dahingehend liegt aber mein Interesse erstmal nicht. Sieh mal weiter oben. Da hab ich auch einen Link zu nem Video eigefügt. Das entspricht in erster Linie meinen Bemühungen.
Gruss Jogi