W napędach DVD-RW montowane są diody laserowe o mocy impulsowej nawet do 250mW. Emitują one światło o długości fali około 650nm, czyli widzialne światło czerwone. Poniżej opisałem krok po kroku jak wymontować i wykorzystać taką diodę laserową :) Tekst jest tak długi, że podzieliłem go na cztery części:
Pierwsze co trzeba zrobić, to skołować sobie popsutą nagrywarkę DVD (lub cały karton jak ja :D). Może być to dowolna nagrywarka DVD, choć podobno im jest szybsza tym większa jest moc zamontowanej w niej diody laserowej. Zaprezentowana tutaj dioda pochodzi z nagrywarki o prędkości zapisu 8x. Niestety dioda z nagrywarki CD się nie nadaje, bo emituje niewidzialne światło podczerwone (780nm). Przez to jest dodatkowo bardziej niebezpieczna.
No to zaczynamy :] Mamy nagrywarkę (zdjęcie po lewej). Po zdjęciu obudowy naszym oczom ukazuje się przepiękny moduł lasera. Jest on zamocowany na prowadnicach i podłączony do głównej płytki tasiemką. Teraz trzeba odłączyć moduł oraz znaleźć i odkręcić śrubkę mocującą jedną z prowadnic (zdjęcie po prawej). W ten sposób wyjmujemy cały moduł lasera z nagrywarki.
Następnie trzeba zlokalizować diodę laserową. Może być to jedna dioda, lub dwie oddzielne do zapisu CD i DVD. U mnie była jedna. Diodę można poznać po tym, że ma trzy nóżki ułożone w trójkąt (dwie z nich będą prawdopodobnie zwarte ze sobą) i jest zamontowana z brzegu modułu. Na powyższych zdjęciach dioda jest zaznaczona strzałką.
Jak już wiadomo gdzie dioda siedzi, trzeba zdemontować jak najwięcej elementów w jej okolicy. Następnie trzeba ostrożnie odlutować diodę (pamiętając które nóżki były zwarte) i od razu przylutować do niej mały kondensator lub kawałek drucika jako zworkę, zabezpieczającą przed uszkodzeniem elektrostatycznym (ESD). Diody laserowe są bardzo podatne na tego typu uszkodzenia, więc należy bardzo uważać.
Następnym krokiem jest wydobycie diody z modułu. U mnie dioda była wbita w małą tulejkę a tulejka mocno przyklejona do konstrukcji modułu, więc najlepszy pomysł jaki przyszedł mi do głowy to ostrożnie rozłamać moduł, uwalniając w ten sposób diodę z tulejką. Na powyższych zdjęciach moduł tuż przed i po rozłamaniu.
No i tym sposobem mamy samą diodę laserową wbitą w aluminiową tulejkę. Teraz można sprawdzić czy dioda działa (używając źródła prądowego opisanego w części 3), katoda jest na obudowie i środkowej nóżce diody laserowej. Od tego momentu należy bardzo uważać na oczy, oraz na to żeby nie zabrudzić "wyjścia" diody, bo potem bardzo trudno je wyczyścić. Sama dioda wymaga chłodzenia, więc kiedy nie jest zamocowana do czegoś odprowadzającego ciepło można ją zaświecić tylko na moment żeby sprawdzić czy działa.
Zależnie od tego, jaką chcemy zastosować optykę, dioda może pozostać w tulejce albo będzie trzeba ją z tej tulejki wyjąć. Jeśli trzeba ją wyjąć, będzie to prawdopodobnie najtrudniejsza z do tej pory wykonywanych czynności. Tulejkę trzeba rozciąć, więc wiąże się to z użyciem "ciężkiego sprzętu". Można zastosować do tego pilnik lub małą szlifierkę szybkoobrotową, przydaje się też imadło. Trzeba bardzo uważać, żeby nie naciąć tulejki za daleko, nie złamać przypadkowo nóżki diody ani jej nie zabrudzić. Powyżej zdjęcia modułu laserowego wraz z samą diodą laserową pozbawioną aluminiowej tulejki.
Dioda laserowa nie emituje równoległej wiązki światła, świeci podobnie do zwykłej diody LED. Żeby uzyskać równoległą wiązkę trzeba zastosować tzw. kolimator, czyli po prostu odpowiednią soczewkę i mechanizm regulacyjny, do którego można ją zamontować. Najłatwiej i najlepiej jest wykorzystać kolimator ze zwykłego wskaźnika laserowego. Trzeba po prostu wypatroszyć wskaźnik, odlutować płytkę i wyjąć diodę laserową z kolimatora (niestety najczęściej wiąże się to z jej zniszczeniem). W jej miejsce należy delikatnie wcisnąć lub wbić diodę laserową z nagrywarki i gotowe. Taki właśnie laser prezentują trzy poniższe zdjęcia.
Kolimator można też, przy niewielkim nakładzie pracy, wykonać samemu od podstaw. Tutaj przyda się jeszcze jeden element nagrywarki - soczewka (ta znajdująca się bezpośrednio pod płytą podczas odczytu). Soczewka ta ma bardzo małą ogniskową, więc uda się uzyskać dzięki niej równoległą wiązkę światła o małej średnicy (im mniejsza ogniskowa, tym mniejsza średnica równoległej wiązki). Największe możliwości regulacji zapewnia zamocowanie soczewki w metalowym lub innym kółku, przymocowanym do reszty konstrukcji trzema śrubami. Takie rozwiązanie pozwala precyzyjnie regulować odległość soczewki od diody laserowej jak również ustawić ją równolegle do diody. Taką konstrukcję przedstawiają poniższe zdjęcia.
Zarówno soczewkę jak i diodę można przykleić klejem szybkoschnącym typu "kropelka" czy "super glue", przy czym trzeba uważać żeby opary kleju nie zabrudziły ani soczewki ani diody laserowej. Jeśli wywierci się za dużą dziurę na diodę (tak jak ja :P ) warto napchać w szczelinę pasty silikonowej, co poprawi chłodzenie diody (pastę widać na środkowym zdjęciu powyżej).
Poniżej gotowy laser wykonany w ten właśnie sposób:
W trakcie pracy dioda laserowa grzeje się. Wraz ze wzrostem temperatury diody maleje spadek napięcia na niej. Przez to, przy zasilaniu diody napięciem stałym przez opornik (tak jak się to robi z diodą LED), podczas nagrzewania się diody laserowej rośnie prąd przez nią płynący. Wzrost prądu powoduje z kolei wzrost temperatury itd, aż do przekroczenia dopuszczalnego prądu i uszkodzenia diody. Dlatego do zasilania należy użyć źródła prądowego, które stabilizuje prąd płynący przez diodę. Tutaj schemat takiego właśnie, regulowanego źródła prądowego:
Elementy C1, D2, R5 mają charakter zabezpieczający i nie są konieczne (ale zalecane :) ).
Tak ten układ wygląda zmontowany:
W profesjonalnych zasilaczach nie jest stabilizowany prąd diody, tylko moc emitowanego przez nią światła. Pomiar natężenia światła jest zrobiony z wykorzystaniem specjalnie do tego służącej fotodiody zintegrowanej w obudowie diody laserowej (stąd trzy nóżki). Niestety w diodach laserowych z nagrywarek zazwyczaj nie ma tej fotodiody (tak jest pewnie taniej :P ), więc trzeba się zadowolić stabilizacją prądu :)
Jeśli nie jest potrzebna regulacja prądu to można zastosować prostsze w budowie źródło prądowe bazujące na stabilizatorze napięcia. Stabilizator jest podłączony tak, że stabilizuje napięcie na rezystorze, więc zgodnie z prawem Ohma stabilizuje wartość prądu płynącego przez ten rezystor. Poniżej schemat takiego źródła prądowego. Elementy C2 i R2 mają charakter zabezpieczający i powinny być przylutowane bezpośrednio do wyprowadzeń diody laserowej.
Prąd progowy tej diody wynosi niecałe 50mA. Poniżej tego prądu dioda laserowa zachowuje się podobnie do diody LED, a po jego przekroczeniu zaczyna zachodzić efekt laserowy. Skutkuje to gwałtownym wzrostem jasności świecenia przy tym prądzie. Przy dalszym zwiększaniu prądu emitowana moc rośnie w miarę liniowo do 200mA, później zaczynają się dziać jakieś dziwne rzeczy. Wygląda to tak, jakby niektóre obszary struktury diody przestawały pracować (widać to na powiększonej plamce lasera). Po zmniejszeniu prądu wszystko wraca do normy, ale możliwe, że ma to zły wpływ na diodę laserową. Poniżej poglądowa charakterystyka tej diody laserowej:
Zmierzyłem tą charakterystykę przy użyciu zwykłej fotodiody przyłożonej do wyjścia lasera. Zwiększając prąd zasilania diody laserowej mierzyłem prąd zwarciowy fotodiody.
No i nareszcie, jakieś zdjęcia z diodą w działaniu :) Taki laser świeci bardzo mocnym światłem, więc nie ma tutaj żartów, trzeba bardzo uważać na oczy, nie tylko na swoje. Na zdjęciu poniżej trzy lasery jakie zrobiłem, dwa z kolimatorem ze wskaźników laserowych i jeden z kolimatorem zrobionym samodzielnie z soczewką z nagrywarki.
Przy odrobinie kurzu lub dymu z lutownicy wiązka światła staje się bardzo ładnie widoczna :) Jak widać na zdjęciu i filmiku poniżej przy maksymalnym skupieniu światła laser bez problemu zapala zapałki. Prąd zasilania diody był w tym przypadku ustawiony na 200mA.
Skupiona wiązka przepala bez problemu czarny plastik. Na zdjęciach i filmiku poniżej przepalanie połowy dyskietki. Dziura pojawia się po kilkunastu sekundach. Przy wykorzystaniu tego lasera i małego plotera CNC można wypalać różne wzory i napisy w plastiku.
Na koniec prosty efekt laserowy przy wykorzystaniu pojedynczego wirującego lusterka (stożek światła) i dymu z lutownicy :) Trudno oddać ten efekt na zdjęciach, "na żywo" wygląda to o wiele lepiej.
W zakupionych przeze mnie ostatnio zielonych wskaźnikach laserowych znalazłem driver diody laserowej oparty na wzmacniaczu operacyjnym LM358. Nie był to jak w większości przypadków driver wykorzystujący sprzężenie optyczne przez fotodiodę, a zwykłe źródło prądowe. Taka metoda zasilania nadaje się do zasilania diody laserowej z nagrywarki DVD. Dlatego też postanowiłem podjąć próbę przerobienia jednego z tych wskaźników na wskaźnik czerwony dużej mocy. Moduł zielony wydobyty ze wskaźnika i pozbawiony drivera wykorzystałem do budowy lasera RGB który kiedyś zapewne na tej stronie opiszę :P
Na pierwszym zdjęciu poniżej widać ten właśnie driver diody laserowej podłączony już do diody z DVD, która została zamontowana z kolimatorze pochodzącym z przemysłowego modułu laserowego 5mW. Średnica modułu pasowała idealnie do rurki stanowiącej obudowę wskaźnika laserowego.
Na następnym zdjęciu kolimator jest oklejony taśmą klejącą w celu izolacji od obudowy. Diody laserowe 808nm montowane w zielonych wskaźnikach mają na obudowie anodę, dlatego tutaj obudowa stanowi dodatni biegun zasilania. Diody laserowe z DVD na obudowie mają katodę, a obudowa łączy się elektrycznie z aluminiowym kolimatorem, więc izolacja jest konieczna. Na kolimator założona jest końcówka obudowy wskaźnika.
Ostatnie zdjęcie przedstawia złożony już wskaźnik.
Napięcie zasilania wynoszące 3V (2xAAA) to trochę za mało do zasilenia diody z DVD wraz z driverem, dlatego plan jest taki żeby przedłużyć obudowę tak, aby zmieściły się trzy baterie. Wtedy taki laserek będzie mógł oddawać nawet do 200mW mocy.
Bez przedłużenia rurki przy zasilaniu z dwóch baterii AAA laser działa na obniżonej mocy, ale i tak ma 100mW co widać na ostatnim zdjęciu (pomiar na zakresie do 0.2W).
Dwa pierwsze zdjęcia powyżej przedstawiają porównanie opisywanego wskaźnika z wskaźnikiem zielonym 5mW. Nie wiem skąd przy czerwonej plamce bierze się na zdjęciach ta poświata, w rzeczywistości nic takiego nie widać ...
