Comment atténuer l'un de ces modules laser de 5 mW bon marché?
J'avais un vieux pointeur laser à pile au lithium 3x LR44 pour les présentations. Les piles s'étant lentement éteintes, le faisceau émis s'est également atténué.
Récemment, j'ai acheté un de ces modules laser 650 nm bon marché sur eBay. Ils semblent être conçus pour fonctionner avec 3 piles AA / AAA connectées car elles sont conçues pour 3-6V. J'ai essayé et connecté 4 batteries et j'ai obtenu un faisceau très lumineux @ ~ 4,68V. J'ai ensuite réduit les piles à 2 et, étonnamment, à mon avis, j'ai obtenu un faisceau tout aussi lumineux à 3,12 V. Ensuite, avec une seule batterie à ~ 1,56 V, je n'ai aucune sortie.
D'après la lecture et ma conjecture, je suppose maintenant que dans ces boîtiers métalliques se trouve une carte de commande, probablement similaire à celle-ci . Ma deuxième hypothèse est que les fabricants chinois construisent (et vendent!) Ces modules de diode laser uniquement avec de tels pilotes, principalement pour s'assurer que la surpuissance de la diode n'entraîne pas une sortie supérieure à 5 mW (même pendant une fraction de seconde, jusqu'à ce que ça brûlerait) pour protéger les utilisateurs comme moi des accidents stupides.
Pour mon application, le faisceau émis est trop brillant à toutes les tensions essayées. J'aimerais avoir le faisceau plus dans la plage de luminosité de 1 mW - je dis 1 mW car je suppose que c'est plus sûr. (Pour info: je suppose que les lasers de 5 mW ne sont "que légèrement dangereux" et les lasers de 1 mW "tout à fait sûrs" - mais corrigez-moi si je me trompe - je ne vais pas non plus les regarder directement.)
Alors, s'il vous plaît, quelqu'un peut-il m'expliquer pourquoi baisser la puissance seule ne fonctionne pas?
Question bonus: j'ai trouvé que l'utilisation de la modulation PWM pourrait être la solution, où je "active et désactive très rapidement une tension fixe" au lieu de "baisser la tension réelle". Cela entraînerait un scintillement très fréquent (donc imperceptible pour l'œil humain). (Utilisation d'un Arduino 3 ou 5 volts pour cela.) Le pilote installé acceptera-t-il cela? (Ce pilote est-il peut-être réellement conçu pour être entraîné par une alimentation PWM? ... ou va-t-il exploser?) Et cela rendra-t-il le faisceau laser moins lumineux? Et être plus en sécurité?
Mise à jour :
En utilisant les connaissances recueillies à partir des réponses, j'ai pu atténuer le module: Mon erreur était: je ne faisais que baisser la tension! Avec deux piles AA connectées (mesurées 3,12 V) et une résistance de 70 Ohm (pour limiter le courant vers le module), le faisceau semble fortement atténué. Aucun PWM requis. Une résistance de 60 Ohm donne la sortie requise (visible, mais pas d'une brillance irritante). Je ne peux pas dire quel est l'équivalent de puissance laser.
AVERTISSEMENT : les lasers de 5 mW (classe IIIR ou IIIa) sont dangereux dans de mauvaises circonstances! Même les lasers de 1 mW (classe 2) avec un faisceau focalisé dans un œil qui ne clignote pas peuvent causer des dommages permanents à plusieurs mètres de distance. Comparez ce graphique ou ce résumé .
La connexion du module laser sans résistance était probablement dangereuse. Une diode laser sans pilote aurait été encore plus. Sans la résistance, le module est capable de tirer un courant élevé ( comparaison ) et peut produire les 5 mW complets, ce qui peut ne pas être ce que vous voulez. Heureusement, aucune réflexion directe ne s'est produite, le faisceau n'est pas très concentré sur le module que je possède et il est étalé en ligne. Alors , procurez - vous un module moins puissant (vous n'avez probablement pas besoin de> 1 mW, malheureusement les vendeurs chinois ne les proposent pas comme ceux de 5 mW) ou diminuez la sortie si vous utilisez ces lasers avec des gens autour! Doit-il être laser? Envisagez de projeter avec des LED et des objectifs courants.
Réponses
Ces modules laser ont généralement une source de courant intégrée qui (dans certaines limites) fournira le même courant au laser à des tensions différentes.
De plus, en dessous d'une certaine tension, rien ne se passe car le laser ne conduit pas, un peu comme vous le voyez avec une LED.
Je suppose que vos batteries épuisées fournissent toujours du courant à une tension suffisamment élevée, mais pas assez de courant pour un faisceau lumineux.
Ainsi, pour atténuer le laser, il vous faudra réguler le courant, ce qui nécessite de modifier le driver ou la sortie driver (réduire le courant tout en restant au dessus de la tension minimum), ou d'utiliser PWM.
Vous pouvez essayer un potentiomètre et voir s'il existe une plage de résistance qui limitera le courant mais ne baissera pas trop de tension. Les calculs nécessiteraient des spécifications.
Vous pouvez essayer PWM à basses fréquences (à partir de, disons 20 Hz) et voir ce qui se passe (cela fonctionne pour certains), mais les fréquences plus élevées ne fonctionnent généralement pas avec ces pilotes; la plupart ont un condensateur à l'entrée et à la sortie qui les fait réagir trop lentement et filtrer ce que vous essayez de faire.
Premièrement, il est difficile de juger de l'intensité de la lumière laser à l'œil nu (plutôt qu'à l'aide d'un wattmètre) car lumineux et très, très lumineux semblent à peu près identiques. Je suppose que vous faites cela indirectement, en projetant le faisceau sur une surface diffusante.
Deux approches pour ces lasers rouges ... un type utilise un module de diode laser qui a trois fils:
- Un fil alimente en courant la diode laser
- Un fil se connecte à une photodiode dont la sortie de courant est proportionnelle à la puissance du laser
- Un fil commun contient à la fois un courant de diode laser et un courant de photodiode.
(dehttps://www.newport.com/t/laser-diode-technology)
Cette approche utilisera des semi-conducteurs externes qui utilisent le courant de la photodiode pour réguler le courant de la diode laser, dans un effort pour maintenir une puissance laser constante, indépendante de la tension d'alimentation. Ce circuit de régulation pourrait subir une surchauffe et / ou une destruction de surtension par une tension d'alimentation trop élevée.
Le circuit du régulateur peut ou non être compatible avec PWM, en fonction de son temps de réponse.
L'autre approche est beaucoup plus simple: une résistance série (valeur approximative de 100 ohms) avec diode laser rouge. Ceux-ci sont souvent marqués d' une puissance laser <1 mW .
- Tension laser mesurée: 2,11 V à température ambiante
- Courant laser mesuré avec résistance série de 68 ohms, alimenté par une alimentation de 4,5 V: ~ 20 mA.
Cet arrangement accepte très bien PWM. Étant donné que le courant laser n'est limité que par la résistance série, une tension d'alimentation supérieure à 4,5 V entraînera un courant laser plus élevé, une dissipation thermique plus élevée et des risques d'épuisement du laser. La photo montre une diode laser presque invisible et un commutateur de série momentané. Le contact à ressort se connecte à l'extrémité négative de la chaîne de 3 batteries (chaque 1,5 V). La résistance série montée en surface est masquée par l'interrupteur momentané.
Une lentille de mise au point en plastique est présente sur cette photo, maintenue dans la coque métallisée.
Sachez que le fonctionnement raisonnablement linéaire du laser nécessite un courant de diode supérieur à un minimum. En dessous de ce seuil, il y a plus de LED que de laser, avec un faible rendement lumineux. PWM devrait basculer entre aucun courant et environ 20 mA pour ces lasers rouges de «1 mW».
Sur la photo ci-dessous, l'interrupteur momentané en série a été retiré et la lentille de collimation a été retirée, mais la résistance série à montage en surface reste. Un fil rouge et un fil noir alimentent une tension CC de 4,5 V.
Notez que le faisceau de sortie laser diverge rapidement, et donne un profil de faisceau très "ovale" (grand et maigre) sans lentille.
Comme @ocrdu le souligne, le contrôleur d'alimentation tente de faire passer le même courant d'entraînement à travers le laser à différentes tensions d'alimentation.
La lumière laser peut être si brillante qu'elle sature les cônes de vos yeux et vous ne pouvez pas estimer la luminosité du laser - la puissance optique change mais semble la même à l'œil. [1]
[1] DC Hood, T Ilves, E Maurer, B Wandell et E Buckingham, "Saturation du cône humain en fonction de l'intensité ambiante: test de modèles de changements dans la plage dynamique", Vision Research , 18 (8) 1978, pages 983-993,https://doi.org/10.1016/0042-6989(78)90026-3