Предыстория.

7 мая. Для многих этот день – профессиональный праздник, день радио. Именно 7 мая 1895 года А.С. Поповым на заседании физико-химического общества была передана первая радиотелеграмма,  поэтому этот день считается днем изобретения радио.

В нашем институте этому празднику придается особое значение, и оно сочетается с полувековой традицией ходить организованной колонной к памятнику Попову в этот день, и осуществлять его «омовение»:)

Разумеется, студенты радиофака должны как-то выделяться из толпы – для этого факультетом были сделаны большие позолоченные буквы из пенопласта.  А благодаря особым пляскам правительства с отменой перехода на зимнее время в этом году шествие сместилось на почти темный вечер.  Кто же среди ночи увидит все «прелести» букв? Понятное дело,  потребовалось сделать освещение. Об этом освещении в статье и пойдет речь.

 Всё должно было быть переносным и обеспечивать время автономной непрерывной работы не менее полутора часов. Из экономических соображений было выбрано светодиодное освещение, и навскидку определена необходимая мощность.  По ряду причин в городе не нашлось десятиваттных белых светодиодов за разумную цену, поэтому было решено покупать готовые светодиодные прожекторы. Вот такие http://www.rubilnik.ru/shop/fixtures/svetodiodnye_lampy_svetilniki_i_prozhektora/svetodiodnye_prozhektora/product76543.html

На ибее есть такие же (их, наверное, там и берут, приляпывая свои наклейки) по 20$ с доставкой; там же есть такие прожекторы, но с питанием от 12в. Время не позволило столько ждать и пользоваться крайне непредсказуемой почтой России, поэтому прожекторы купил здесь.

Прожекторы достаточно яркие.

Далее встала задача запитать всё это «счастье» от 12в, то бишь от обычной свинцовой АКБ.

Из прожекторов были беспощадно выдраны «драйверы». Как выяснилось, они намертво залиты компаундом, переделать под простые небольшие БП их не выйдет. Драйверы могут выдавать 6-11в при стабилизированном токе в 900мА.

При тех самых 900мА на светодиодах падало примерно 9,45в. Оптимальным решением было их последовательно соединить в гирлянду, как я и поступил. По этим условиям были выставлены требования к преобразователю:

- диапазон входных напряжений 9..12в

- выходная мощность не менее 60 Вт

- выходное напряжение 40..80в

- подстраиваемый выходной ток 0.5..1.5А

- защита от отсутствия нагрузки, возможность подключать светодиоды к работающему преобразователю

- минимальная себестроимость, минимум выводных компонентов

В качестве ШИМ контроллера используется МК ATtiny261. То, что получилось:

Классический boost converter.   Калькулятор бустера: http://www.ladyada.net/library/diyboostcalc.html

Затвором полевого транзистора управляет драйвер IR4427, половинки запараллелены.  Можно было применить IR4426, генерируя инвертированный ШИМ.

Частота среза ФНЧ в цепи ОС около 17.5кГц.

Описание программы

МК тактируется от внутреннего RC генератора на 8МГц. АЦП контроллера использует внутренний ИОН на 2.56в. Тактовая частота модуля АЦП выбрана максимально возможной при максимальной точности – 250 кГц (делитель на 32). При этом АЦП может давать примерно до 16к значений в секунду. Конфигурация таймера-счетчика 1: Быстрый ШИМ, частота  – 125 кГц, потолок (OCR1C в этом режиме) = 255. Тактирование таймера от PLL на 64 МГц.  Единица на ножке OC1A устанавливается при переполнении, сбрасывается при совпадении со значением регистра OCR1A, т.е. ШИМ не инвертированный.

Таймер-счетчик 0 сконфигурирован на генерацию прерывания по переполнению (Считает до 0xFFFF = 65535), тактирование таймера 31 кГц. Период вызова прерывания около двух секунд.

В прерывании проверяется состояние аккумулятора, при напряжении ниже 9в устанавливается флаг разряда.

В главном цикле программы получаем значения с каналов АЦП, отвечающих за ток и напряжение в нагрузке.

Проверяем флаг разряда аккумулятора.  Если всё нормально, идем дальше.

Если измеренное напряжение выше планки заданного ограничения и измеренный ток (дальше просто ток и напряжение, соответственно) меньше «минимального» (нагрузки нет), сбрасываем тягу в ноль.  Иначе если ток больше максимального или напряжение больше заданной планки (нагрузка всё-таки есть, но ограничение мы пролетели) убавляем заполнение ШИМ на единицу, если оно отлично от нуля.

Если ток меньше максимального и напряжение меньше максимального, то: если заполнение ШИМ меньше максимального значения (чтобы случайно в один прекрасный момент не открыть транзистор на весь период), инкрементируем на 1;   если ток больше минимального (нагрузка есть) и значение ограничителя напряжения равно «среднему» (максимальное напряжение, которое будет на выходе преобразователя без нагрузки) то поднимаем планку ограничителя (присваиваем значение, которое максимально допустимо на выходе при подключенной нагрузке). Иначе, если ток меньше  минимального, опускаем планку ограничителя до «среднего».

Некоторые примечания: при таком алгоритме возможно возникновение «звона», когда пролет заданных напряжения или тока происходит довольно сильный, и происходит перерегулирование. В таком случае имеет смысл увеличить плавность изменения заполнения ШИМ (например, делать задержку или пропускать сколько-то итераций цикла, прежде чем менять заполнение).  Так же важна частота среза RC цепочки. Если она будет слишком высокой, могут просачиваться помехи с выхода, если же слишком низкой – будет сдвиг фазы, сигнал с ОС будет значительно «запаздывать», что способствует возбуждению. Частота среза ФНЧ должна быть минимум в несколько раз выше частоты дискретизации с данного входа АЦП. Осциллографа под рукой у меня не было, самому интересно посмотреть и оценить уровень пульсаций, но значения по мультиметру  держит железно. Внешних признаков «звона» тоже нет, и светодиоды не мерцают.

Скорость ОС такова, что при отключении нагрузки по мультиметру напряжение успевает подскочить на доли вольта, после чего опускается до «среднего» ограничения. Естественно, нужно смотреть осциллограммы.

В перспективе – оптимизация алгоритма и переписывание на ассемблер. В таком виде пока не буду выкладывать исходники, они будут чуть позже.

Отмечу, что мне всё же пришлось увеличить размер радиатора. Стоило применить вместо IRL540 транзистор с меньшим сопротивлением открытого канала,  хоть и с большей емкостью затвора, запас со стороны микросхемы-драйвера есть. Например, можно поставить IRF3710, у него сорпотивление канала почти в два раза меньше.  КПД преобразователя примерно равен 95%.

Скоро будет дополнение фотографиями.

Критика и комментарии приветствуются.

⎝⏠⏝⏠⎠

Пользователь американского лазерного форума выложил небольшой обзор, и вот какая информация теперь у нас есть:

После тестирования, было решено собрать на их основе пару портативных лазеров. Вот и получились DGH-N1 и DGH-N2. Это не настоящее название продукта, это просто наименования, чтобы отличать их.

Заметки при построении:

диоды были в 3.8мм корпусе, и мне всегда нравились медные модули. Собственно диод был впрессован в 12мм коллиматор, и далее в медный радиатор.

Диоды требуют невероятно высокого напряжения, порядка 8В. Это довольно трудная задача. Было решено использовать 3 Li-Ion аккумулятора и понижающий драйвер. В соответствии со спецификацией, диоды не требуют большого тока. оба диода работают на 191мА и выдают 45мВт зеленого цвета!

Однако если пересчитать, то получается что диод потребляет примерно 1500мВт и выдает лишь 45мВт, это около 3% КПД.

В сравнении, у одномодного синего лазера эффективность около 15%, у одномодного красного HL63133DG порядка 20%, ну а 532нм DPSS модуль от FireDragon выдает примерно 7% от входной мощности. Другими словами зеленые диоды пока не очень то эффективны.

Но цвет очень хорош! Его можно описать как темно-зеленый. Фактически складывается ощущение, что в этом цвете больше зеленой составляющей, чем в 532нм цвете.

Ну а теперь непосредственно о диоде! Очень давно мы получили в распоряжение красные лазерные диоды! Лет 5-6 назад стали доступны 405нм фиолетовые диоды.

Ну и конечно же синие 445нм диоды! А теперь зеленые диоды! Лазерная индустрия развивается все быстрее и быстрее!) Это радует!)

Ну и главный вопрос, насколько зеленый диодный лазерзеленый?)

Очень зеленый! Не голубой! Излучение примерно на 22нм отличается от 532нм зеленого и на 22нм от 488 CYAN цвета. В общем цвет примерно между этими двумя цветами.  Субьективно он очень похож на излучение  ArIon 515нм лазера.

Корпус второго лазера примерно такой-же, используется три 10440 аккумулятора для получения 12В и конвертирования их в 8В для диода.

Луч.

Это все еще 50мВт зелени, соответственно видно их почти так же, как и 50мВт 532нм. В комнате луч виден из=за пыли.

Извиняюсь за уличную фотографию, здесь все вхолодных цветах, и естественный цвет луча не передается. Я сфотографировал как лазерный луч попадает на верхушку горы, между деревьев. Я бы сказал, что это благодаря дивительно низкой расходимости, однако это не только заслуга расходимости!  Дело в том, что Ночью зрение людей немного изменяется, и центр чувствительности смещается. Поэтому ночью именно 510нм лазер будет выглядеть ярче 532нм!

Профиль луча:

Это фото расфокусированного луча одномодового лазера. И выглядит он оменно одномодовым, например в сравнении с 445нм касио диодом. Никаких полосочек, ровный элипс.

Сравнение цветов:

На этой фотографии видно небольшой сдвиг 532нм в сторону желтого, и сдвиг 510нм в сторону голубого.

Вот такие сравнения цветов!) Очень красиво!

Измеряем расхождение:

Можно описать расходимость как очень низкую!

BEAM DIAMETER:
—————————————————
Ось………..   APERTURE      8.5м                    12м
Медленная : 5.50mm          7.00mm           7.75mm
быстрая :      3.00mm           5.00mm           6.00mm
Медленная ось:
—————————————————-
на 0 метров,толщина луча  5.50 мм

на 8.5  метров,толщина луча  7.00 мм

на 12 метров,толщина луча  7.75 мм

—————————————————-
Расходимость : 0.1757 (0.18) mRad от 00-8.5м
Расходимость: 0.2050 (0.20) mRadот 8.5-12мft

Рассчитанная расходимость по медленной оси: 0.19 mRad

Быстрая ось:
—————————————————-
на 00м, толщина луча 3.00мм.

на 8.5м, толщина луча 5.00мм.

на 12м, толщина луча 6.00мм.
—————————————————-
Расходимость: 0.2343 (0.23) mRad от 00-8.5м
Расходимость: 0.2734 (0.27) mRad from 8.5-12м

Рассчитанная расходимость по быстрой оси: 0.25 mRad
—————————————————-
0.19+0.25=0.440; 0.44/2.00=0.22

0.22 mRad суммарная расходимость.

Чтож, вот такой обзор! Остается только ждать, когда диоды станут эффективными,низкостоящими и доступными!

Приглашаю обсудить новость на форум: Обсуждение 50мВт зеленого диодного лазера

Аналогично можно сделать модуль и для фиолета.

 Итак, что нам сегодня потребуется:
-какой-нибудь (очень хорошо подойдет почти любой совковый) радиатор, с ровной поверхностью одной из сторон – 1шт;
-собственно, ЛД – 1шт;
-болтики М3 (или другие, при использовании соотвествующих сверел и метчиков) – 5 шт (2 для крепления модуля к основанию, 3 для фокусировки)
-сверло на 4мм – 1шт;
-сверло на 5.5мм – 1шт;
-сверло на 2.5мм (для нарезки резьбы М3);
-дрель;
-термопаста;
-метчики М3;
-3шт укороченных пружинки, наименьго диаметра, свободно надевающиеся на болты М3;
-квадратный, треугольный(можно и прямоугольный или круглый, для особых гурманов) кусочек текстолита (на металлизацию наплевать) – 1шт;
-линза, которой будем фокусировать ЛД, предпочтительнее от китайской указки или от айксиза.
Теперь приступаем к активным действиям.
Отмеряем от нижнего края радиатора нужную высоту(чтобы все модули были на одном уровне), и со стороны ребер (если они есть) керним, сверлим отверстие сверлом 4мм. Далее на глубину 1.2-2мм рассверливаем отверстие до 5.5мм соответствующим сверлом.
Теперь с ровной стороны на равном расстоянии от центрального отверстия для ЛД и на равном расстоянии друг от друга сверлим 3 отверстия 2.5мм, и нарезаем в них резьбу. Так же сверлим аналогичные отверстия в куске текстолита, наклеиваем на кусок текстолита линзу. Теперь сверлим 2 отверстия снизу по краям радиатора на 2.5мм и нарезаем в них резьбу. Теперь мажем термопастой и впрессовываем ЛД в наш радиатор, привинчиваем кусок текстолита, паяем драйвер и радуемся

HHL

Корпус HHL самый большой стандартный корпус для диода. Его размер примерно 3,5 квадратных сантиметра. Предназначен для очень горячих диодов(от 2Вт и выше). Используется восновном в лазерных модулях высокой мощности, а также модифицированная версия данного корпуса используется в оптических каналах связи.
Распиновка
1 “-” микрохолодильника
2 корпус
3 анод лазера (+)
4 терморезистор
5 терморезистор
6 катод лазера (-)
7 анод фотодиода
8 катод фотодиода
9 “+” микрохолодильника

TO3

TO3 это 9ти ножковый корпус. В нем могут использоваться диоды до 5Вт, но обычно дело ограничивается 1Вт и 2Вт диодами.

C-mount

C-mount – это открытый корпус для диодов вплоть до 5Вт(при использовании дополнительного охолаждения).

9ММ

Корпус 9MM используется в лазерах до 2Вт. Это идеальный, дешевый корпус для недорогих лазерных устройтсв.

TO56

TO56 – 5.6мм корпус для очень слабых лазеров(например для лазеров из DVD-RW). Синие 445нм диоды, как не странно, тоже выполнены в нем.

HHLF

Модификация HHL корпуса специально для оптических каналов связи.

T03F

Модификация T03 корпуса специально для оптических каналов связи.

T0259

T0259 – 3х ножный корпус для лазеров вплоть до 5Вт. Используется в недорогих оптических каналах связи.

TO5

T018

Корпус T018 отличается тем, что на него очень легко можно установить охолаждение. В таком корпусе выполнены некоторые отечественные импульсные лазеры с трансформатором внутри.

Open-Cavity(Open Can) Диоды

Open-Cavity(Open Can) Диоды – это открытые и очень мощные диоды. Бывают двух типов – лонг дай – длинный диод, на фото справа,  и шорт дай – короткий диод(на фото слева).

Цоколевка красных ЛД из дисководов:

Общий – минус, он же на корпусе. У 780нм ИК ЛД из дисководов цоколевка совпадает, а у 808нм ИК ЛД  на корпусе  плюс.

В современных моделях фотодиод обычно отсутствует.

Цоколевка фиолетового ЛД из blu-ray кареток и синего 445нм диода:

Чтобы ЛД прослужил долго, ему необходимы стабильные параметры питающего напряжения и/или тока. Именно эти задачи возлагаются на специальную схему – драйвер лазерного диода. Все лазерные диоды рекомендуется питать стабилизированным током, хотя некоторые из них (В частности, красные 650нм из дисководов) ведут себя достаточно стабильно и при питании стабильным напряжением. Вы спросите, зачем применять какие-то стабилизаторы напряжения, если можно просто стабилизировать ток? Дело в том, что стабилизаторы тока немного сложнее стабализаторов напряжения. Например, из-за наличия «датчика тока»(о нем речь пойдет чуть ниже). Также при отстутствии нагрузки и защит по превышению напряжения(что опять-таки ведет к усложнению), на выходе такого драйвера напряжение может достигать больших значений (У идеального стабилизатора тока при отстутствии нагрузки напряжение поднялось бы до бесконечности. Но т.к. воздух имеет некоторое сопротивление, рано или поздно возник бы высоковольтный разряд и продолжил бы гореть, а на практике ничего идеального не существует, и раньше возникновения пробоя воздуха случается выход схемы из строя, или в случае невозможности поднятия напряжения выше входного, как в случае линейных схем, оно останавливается на определенном уровне. Но даже в этом случае диод нельзя подключать к работающему драйверу). Из основной выполняемой функции вытекает необходимость применения т.н. «датчика тока». Как правило, им является включенный в разрыв между лазерным диодом и общим проводом низкоомный резистор. Поддерживая напряжение на нем, схема поддерживает ток. Такое решение обладает некоторыми недостатками – обычно минус питания диода оказывается «оторван» от минуса питания схемы. Второй недостаток – потери мощности на токоизмерительном резисторе. В следствии вышеизложенного обычно находят компромисс между стабилизацией тока и напряжения.

Классификация по  принципу работы

Теперь рассмотрим два основных типа драйверов при классификации по принципу работы – импульсные и линейные. На вход линейным подается всегда большее напряжение, чем нужно диоду. Разница напряжений тут будет гаситься на силовом элементе – транзиcторе – будет выделяться в виде тепла (Выделяемая тепловая мощность – разница входного и выходного напряжений умноженная на ток в цепи). Естественно, ток на диоде будет уменьшаться при падении входного напряжения ниже значения, равного сумме напряжений на  ЛД,  минимальномм падением на транзисторе и токоизмерительном резисторе, если это стабилизатор тока. Это касается и линейных интегральных микросхем-стабилизаторов.  Для полевых транзисторов минимальное падение составляет десятые и сотые доли вольта, для биполярных – может достигать единиц вольт, обычно около 0.7в. КПД линейных драйверов мал и обычно его не измеряют. Импульсный драйвер лазерного диода – частный случай импульсного преобразователя напряжения. Они преобразуют одно напряжение в другое(есть как повышающие,так понижающие и понижающе-повышающие преобразователи), т.е. входная мощность примерно равна выходной: потери энергии в тепло в них малы – тепло выделяется из-за неидеальности компонентов, т.е. падения напряжения на полупроводниковых переходах силовых ключей и диодов.

Импульсные драйверы

Как же работает импульсный драйвер? Посмотрим на упрощенную схему повышающего преобразователя:

 В этом преобразователе ключ установлен после дросселя. Когда ключ замкнут, ток от источника протекает через дроссель L, ток через него увеличивается, в нём накапливается энергия. При размыкании ключа ток от источника течёт через дроссель L, диод D и нагрузку. Напряжение источника и ЭДС самоиндукции дросселя приложены в одном направлении и складываются на нагрузке. Ток постепенно уменьшается, дроссель отдаёт энергию в нагрузку. Пока ключ замкнут, нагрузка питается напряжением конденсатора C. Диод D не даёт ему разрядиться через ключ S.

Диод D может быть заменён на еще один ключ, замыкаемый в противофазе к основному ключу. Во многих случаях, особенно в низковольтных стабилизаторах, это позволяет увеличить КПД. Такую схему называют синхронным выпрямителем.

Дополнительную информацию о повышающем преобразователе можно прочитать по ссылке. Также существуют и другие топологии импульсных преобразователей.

Линейный драйвер

Пример линейного драйвера – источник тока на операционном усилителе (по соображениям наглядности схема упрощена, но иллюстрирует смысл):

Про операционный усилитель и принцип его работы можно прочесть тут. Напряжение на резисторе R будет равно напряжению Vin, следовательно, ток, протекающий через ЛД, транзистор и токоизмерительный резистор будет равен отношению Vin к R при достаточном напряжении питания Vcc.  Если подавать стабильное напряжение на Vin, то, следовательно ток в нагрузке тоже будет стабилен даже при изменении Vcc. Для этой цели обычно применяют либо слаботочный стабилизатор напряжения, либо стабилитрон, либо специальный источник опорного напряжения. Пример полноценной схемы:  http://radiohlam.ru/raznoe/driver_svetodiodov_ou.htm

Пара слов о КПД

Как уже было сказано, КПД линейных драйверов мал и обычно его не измеряют. Рассмотрим измерение КПД импульсного драйвера. Все выглядит очень просто – измерить потребляемые и выходные токи и напряжения, посчитать КПД. Однако, как показывает практика, многие ошибаются уже на этом этапе. Самая частая ошибка новичков – измеряют ток и напряжение поочередно, не придавая значения тому факту, что при измерении тока мультиметром получаются ощутимые потери на проводах и на шунте, обладающих относительно большим сопротивлением. Это вносит значительную погрешность и в ток, и в напряжение (это происходит потому, что на входе драйвера напряжение будет меньше, чем до прибора, или на драйвере при неподключенном в разрыв цепи прибора, а т.к. драйвер импульсный, ток тоже будет отличаться).

Итак, чтобы правильно измерить параметры драйвера, нужно подключить его к источнику питания через низкоомный резистор, порядка 0.1Ом, такой же резистор включить последовательно с диодом. Далее следует все это включить и замерить напряжение на входе драйвера(после резистора), напряжение на резисторе, напряжение на диоде, напряжение на резисторе последовательно с диодом.Теперь найдем потребляемую драйвером мощность:
Pin=Uin * Ures/R,
где Uin- напряжение на входе драйвера, Ures – падение напряжения на резисторе, R – сопротивление резистора. Все напряжения в вольтах, сопротивление – в Омах. Теперь найдем выходную мощность:
Pout= (Uld + Ures)*Ures/R,
где Uld- напряжение на лазерном диоде, Ures – падение напряжения на резисторе, включенном последовательно с ЛД, R – сопротивление этого резистора. Теперь найдем КПД:
КПД= (Pout/Pin)*100%

Измерение тока через диод

Вернемся к измерению тока через диод. Если он питается от стабилизатора тока, достаточно включить в разрыв цепи между диодом и драйвером амперметр. Если же драйвер стабилизирует напряжение – то тут о токе можно судить лишь косвенно, именнов этом заключаетсяеще одначастая ошибка.
Нужно включить в разрыв цепи резистор как можно меньшего сопротивления, померить падение напряжения на нем и разделить на его сопротивление, но ток будет слегка занижен. Чем меньше взять сопротивление резистора – тем точнее результат. Точно можно измерить ток запомнив напряжение на ножках диода, запитав диод от стабилизатора или ограничителя тока и смотреть на ток в цепи, при котором будет то самое падение напряжения на диоде.

• довольно широкая система команд
• большинство команд выполняется за 1 такт
• низкая цена, широкая доступность
• частота этих МК достигает 20 МГц, что соответствует производительности в 20 MIPS
• а так же понты, понты, понты…перечислять можно довольно долго

Думаю, многим надоело тестировать программы на макетках/в эмуляторах, и не всегда это удобно/результативно. Вобщем назрела идея сделать универсальную тестовую плату с возможностью использовать ее как для отладки и тестирования ПО, так и в качестве контроллера для управления различными устройствами по интерфейсу USB(CNC станок, умный дом, и т.п.), тем более появилась необходимость разобраться с HID обменом данными между компьютером и GPS модулем.

Для решения поставленных задач была разработана схема тестовой платы, подобраны детали, сделана печатная плата. В итоге получился довольно неплохой девайс

Основные характеристики отладочной платы:

• Размер памяти 8кб (2кб используется под USB загрузчик,  под программы остается 6кб. Если требуется больше памяти, выход – либо использовать вместо загрузчика обычный SPI программатор, либо использовать МК с большим объемом памяти)
• 18 независимых линий ввода-вывода
• Компактные размеры (меньше 35*35 мм)
• Низкая стоимость и доступность компонентов
• Простота изготовления

Итак, что сегодня нам потребуется:

• Принадлежности для ЛУТа(текстолит, принтер, хлорное железо, и так далее)  ~50 руб
• Микроконтроллер Atmega8-16AU (подойдет любой Atmega8 без индекса L в корпусе TQFP-32)  ~80 руб
• Кварц, желательно SMD, на 12 или 16 МГц (можно выпаять из флешки) , подойдет и обычный кварц   ~20 руб
• Резисторы SMD 0603 на 68 ом – 2шт, 1.5k – 1шт, перемычка в таком же корпусе (0 ом) – 1шт (все это можно выпаять со старых материнских плат)   ~ 20 руб
• Конденсаторы SMD 0805 на 33пф (пойдут и 22пф) – 2шт, 0.1мкф(тоже SMD, 0805 типоразмер) – 1шт, 1vra (все тот же SMD) – 1шт (их уже придется покупать в магазине радиодеталей, продаются ленточками по 10шт)   ~ 30 руб
• Ну а так же понадобятся коннекторы (по-русски, разъем, таких много на материнских платах, на них еще джамперы ставят, можно купить или отпаять газовой горелкой)   ~20 руб
• Mini-USB гнездо на плату (отпаять с телефона / купить) ~ 40руб
• И, разумеется, умение паять SMD (Не надо пугаться, можно потренироваться сначала просто сделав на текстолите площадки, и попаять туда детали (отпаять потом можно, нагревая с другой стороны платы газовой горелкой/зажигалкой/свечкой), за пару часов можно довольно неплохо напрактиковаться. Неплохие видеоуроки были у Di Halt’a (на его сайте «изиэлектроникс», найти, думаю,  несложно) )
• Однократно, обычный SPI программатор, чтобы зашить в МК USB загрузчик

Примечаение: как оказалось позже, все же следует делать плату побольше для удобства экспериментов, печатные платы таких вариантов будут добавлены чуть позже. Также часто бывает полезным вывести +5в с порта USB.

На сборке останавливаться не буду, ибо на печатной плате, сделанной в SL5, все отмечено. После сборки прошиваем микроконтроллер(припаиваем проводки GND(земля), VCC(питание), RESET, MOSI, MISO, SCK программатора к соответствующим пинам микроконтроллера на плате(около RESET’a сделана маленькая площадочка, остальные сигналы припаиваются к соответствующим дорожкам на плате). Заливаем в микроконтроллер прошивку из прикрепленного архива (.hex файл, смотрим по модели микроконтроллера и частоте кварца), затем прошиваем фьюзы:

BODLEVEL=1
BODEN=1
SUT1=1
SUT0=0
CKSEL3=1
CKSEL2=1
CKSEL1=1
CKSEL0=1
RSTDISBL=1
WTDON=1
SPIEN=0
CKOPT=1
EESAVE=1
BOOTSZ1=0
BOOTSZ0=0
BOOTRST=0

(0- запрограммирован, 1 – незапрограммирован)

Т.е. по байтам:

LOW – 0xEF

HIGH – 0xD8

(Желающие могут на всякий случай проверить еще раз, ведь при неправильно запрограммированных фьюзах можно «запороть» контроллер так, что перешить обратно можно будет только с помощью параллельного программатора) . Для рассчета прошиваемых фьюзв можно воспользоваться специальным калькулятором http://avr.roboforum.ru

Топерь можно отпаять программатор, если все прошло хорошо, надеть джампер от 17 ноги (PB5) к земле (на плате отмечено «Jumper-programming»)  и подключить устройство по USB к компьютеру. Устройство должно определиться, дрова должны поставиться сами, теперь можно запускать утилиту HIDBootFlash, нажимать кнопку «Find device», затем «Open .hex-File», и наконец «Flash Device». Теперь можно снимать джампер, будет выполняться только что загруженная программа.

Вместо загрузчика   HIDBootFlash можно использовать USBAsp, гуглится легко.

Итак, что у нас получилось:

Пример использования – как раз платка с GPS:

Все файлы можно найти тут:

bootloadHID.2008-11-26.zip/ bootloadHID.2008-11-26/firmware/hexfiles – прошивки

В старших каталогах исходные коды USB загрузчика bootloadHID.

Программа  HIDBootFlash:

 http://dl.dropbox.com/u/24276637/HIDBootFlash.exe

Все одним архивом:

 http://dl.dropbox.com/u/24276637/Atmega8_test_board.zip

Тема на форуме: http://lasers.org.ru/forum/threads/Универсальная-тестово-отладочная-плата-на-микроконтроллере.2370/

Этот лазер невидимого, инфракрасного диапазона, но так как мощность колоссальная, глаз видит излучение как слабое красное свечение. Лазер собран на основе лазерного диода 5Вт с излучающей площадкой 200мкм. так как диоды подобной мощности имеют минимальную площадку в 200мкм, лазер не способен создать тонкий малорасходящийся пучок. Таким образом, на выходе мы имеем излучени-полоска 1х12мм, которое мы можем сфокусировать на необходимом расстоянии, регулируя фокусировку. минимальное пятно получается 0.5х2мм, на расстоянии 20см. В точке фокуса горит все!!! Все вспыхивает пламенем! Это очень плохой лазер, я им столько предметов в квартире уже испортил((( соблазн просто нереальный!!)) выжигает по дереву даже под водой!!

Драйвер лазерного диода – тут были проблемы.. необходимо было разместить драйвер такой мощности на плате в 20х20мм! Как видите, все удалось) пришлось осваивать новые технологии, но без этого никуда.

Кнопка включения расположена сзади, для безопасности она нефиксируемая. Несмотря на такие маленькие габариты, лазер может работать непрерывно до двух минут!

Лазер питается от Li-ion аккумулятора 3.7В 2500мАч, данного аккумулятора хватает на 40-50 минут работы.. но за это время можно столько дел наворотить)))

Работа лазера. дым.

работа лазера. ОтжиГ)) к слову. если на видео не видно дыма в некоторых моментах, значит горит огонь. на видео плохо видно.

Единственный недостаток этого лазера-цена. она велика. 32000р. срок изготовления 1 месяц. по вопросам заказа обращайтесь на kb_05@bk.ru

Для этого нам понадобится сам лазер и устройство для управления лазерным лучом. Во всем мире как стандарт для анимационного шоу для управления лучом используют сервоприводы или гальво.

Можно их изготовить самостоятельно, но это очень непростое занятие, да и результат далек от ожидаемого..

Основная характеристика сканера – скорость. измеряется в kpps – количество тысяч точек в секунду. Например надпись LASERS.ORG.RU имеет около 800 точек, тогда 20кппс сканер сможет воспроизвести её 20000/800 =25 раз в секунду, то есть 25 FPS, 25 кадров в секунду.

Я поступил проще и приобрел на нашем сайте LASERS.ORG.RU вот такие гальво: 20кппс гальванометры

В комплекте были:

1.) сами гальванометры

2.) плата управления гальванометрами (усилитель с ОС)

3.) плата с DMX управлениям, 30 различными анимационными и лучевыми эффектами

4.) блок питания на +/- 15В

Также я купил зеленый лазерный модуль на 30мВт : Green 30mW

который по замерам оказался 60мВт Честно, я не расстроился))

Рассмотрим подробнее:

Лазерный модуль состоит из двух частей, собственно излучателя охлаждаемого кулером:

и платы управления и модуляции:

Кстати одна такая плата может одновременно рулить и красным и зеленым лазером! но красного модуля у меня к сожалению пока нет..

Так, с лазером разобрались, переходим к гальво!

Собирается все элементарно просто! первым делом подключаем гальванометры к плате управления проводами, далее подключаем к обеим платам питание и включаем в сеть! должны загореться по два светодиода на каждой плате. Также если раньше зеркала спокойно вращались, то теперь зеркала удерживаются в одном положении!

Теперь подключаем лазер. несмотря на то, что на модуле написано «питание 12В» я подключил его к общему БП на 15В. все прекрасно работает! направляем луч лазера на зеркала и касаемся пальцем входов усилителей, если все работает, то лазер нарисует линию.

Теперь все готово к подключению источника сигнала! берем плату:

Питание для платы берем с любой платы усилителей, разъемы позволяют! подключаем канал X и Y.  Так же берем с этой плати сигнал гашения лазера, blanking и подключаем его к плате модуляции лазерного модуля. теперь берем мануал и настраиваем микропереключатели так как указано на фото. первые два вверх, остальные вниз. это лучевые шоу, штук 20 разных эффектов которые автоматически сменяются! включаем все это и наслаждаемся работой! ) переключаем второй переключатель вниз и видим штук 10 разных анимаций :

Ну и пару видео:

В принципе у нас полноценное лазерное шоу! Но мы договаривались что управлять можно будет и с компьютера) поэтому дальше придется купить контроллер ILDA либо браться за паяльник!) Лишних денег у меня нет, но есть паяльник)) Для этого нам понадобится:

Внешняя USB звуковая плата на 6 – 8 каналов.

Плата сопряжения, которую придется изготавливать самостоятельно.

Звуковая плата- отличный источник аналоговой информации! однако есть особенности… например на выходе звуковой платы стоят разделительные конденсаторы, которые все портят, выход сигналов надо брать непосредственно с контроллера звуковой платы. Но вот незадача, по умолчанию выходной сигнал 2.25В и изменяется на 0.5В вверх и вниз. Да и сигнал амплитудой 1В маловат, для управления гальво нужна амплитуда в 10В. Нужно делать плату сопряжения на ОУ.

Плата должна состоять из как минимум трех каналов: X,Y, лазер. Но я сразу сделал на 5 каналов, так как в перспективе это полноцветный RGB проектор.

Схема каждого канала:

Вот что у меня вышло:

Все собиралось на скорую руку, я нетерпелив.

теперь необходимо выставить на выходе «0″ при помощи переменных резисторов и выбрать подходящее усиление.

После подключения звуковухи, нужно правильно её настроить, а именно выставить 6-ти или 8-ми канальный режим работы!

Для проверки используем программу Spaghetti

Скачиваем:  Spaghetti

Это последняя бесплатная версия программы. Далее этот проект стал платным и стоимость 50$

Для работы дату на компьютере переставляем на март 2009 года, и запускаем!

Заходим в Settings -> Scanner settings

Выбираем там Sound Card и делаем необходимые настройки! Лазерный проектор в это время отображает несколько тестовых картинок! Самое время выставить картинку Laser media и покрутив подстроечники на платах усилителя настроить проектор на максимальную скорость и качество!

Ну что же, теперь будем делать лазерное шоу! для этого нам понадобятся файлы *.ILD

Одно из самых классных шоу: Strip

Итак File -> New

Создаем новый проект

Во вкладке Current Folder ищем наши ILD файлы и добавляем в проект (правый щелчок)

Далее переходим в Proect Files и видим там наши ILD. хватаем их и тащим на временную шкалу.

Все! делаем Laser output активным и нажимаем PLAY! Вот и первое лазерное шоу с управлением от компьютера)

Ну вот и все! Далее будет RGB проектор, ну и попробуем разогнать наш 20кппс проектор до 30кппс!

Спасибо за внимание!

Обсуждение статьи на нашем форуме

1. Вступление
Спектроскопия – разделы физики и аналитической химии, посвящённые изучению спектров взаимодействия излучения (в том числе, электромагнитного излучения, акустических волн и др.) с веществом. В физике спектроскопические методы используются для изучения всевозможных свойств этих взаимодействий. В аналитической химии — для обнаружения и определения веществ при помощи измерения их характеристических спектров, то есть методами спектрометрии. К существенным преимуществам спектроскопии можно отнести возможность диагностики непосредственно в «среде обитания» объекта, бесконтактно, дистанционно, без какой-либо специальной подготовки объекта. Поэтому она получила широкое развитие, например, в астрономии.

Задача спектроскопии - предсказание вида спектра вещества исходя из знаний о его строении, составе и т.д.. Но возможна и обратная задача: известный спектр, но неизвестный состав. И по спектру можно определить, что за вещество (химический состав, агрегатное состояние (твердое тело, жидкость, газ, плазма), если газ, то можно примерно определить давление, для плазмы температуру и степень ионизации, также можно определить количественные характеристики)

Различают: спектр излучения и спектр поглощения
Для сравнения:

А) Спектр излучения
В) Спектр поглощения
_________________________________________________________________
Спектры твердых тел (далее: тт), молекул, газов (ионов) существенно различаются.
Спектр тт непрерывный.
Вот, к примеру, спектр излучения тела разогретого до 6 000 градусов:

Вообще по спектру тт невозможно определять химический состав. Потому что там есть температурная зависимость. Пик интенсивности перемещается от красного к фиолетового диапазона.
Вот спектр излучения тела разогретого до 10 000 градусов:

А вот для тела разогретого до 3 000 градусов:

По этим графикам это очень отчетливо видно.
___________________________________________________________________
Спектр молекул полосатый. Но определить хим. состав вполне можно.
Вот, к примеру, спектр парафина:

Молекула парафина большая и поэтому спектр более напоминает непрерывный. Но, обратите внимание на синий диапазон (фиолетового нет)! Вот те 2 линии принадлежат молекулам радикалов CH и C2.
Вот спектр углекислого газа (СО2):

Это спектр излучения от бутановой горелки:

Линии принадлежат молекулам радикалов CH и C2.
Это спектр принадлежит горящему спирту:

Так же видно линии, которые принадлежат молекулам радикалов CH и C2. Но видно также линии, которые им явно не принадлежат (это натриевые линии). Просто натрий был в фитиле, а фитиль тоже горел. И вот появился спектр натрия.

Я думаю, благодаря фотографиям теперь очевидно, что такое полосатый спектр и чем он отличается от других (к примеру, от линейчатого). Линии полосатого спектра намного шире, чем для линейчатого.
___________________________________________________________________
У атомов и ионов спектр линейчатый (или по-другому: дискретный) (в принципе у очень малых молекул типа: СО2, N2 и т.д. спектр тоже напоминает линейчатый, но при более детальном исследовании видно, что он полосатый)
Вот примеру этому:

Это спектр водорода. На переднем фоне спектр атома, а на заднем (слабее и очень много линий) это спектр молекулы водорода H2.

Это спектр кадмия:

Это спектр рубидия:

Это спектр цинка:

___________________________________________________________________
Вот ещё пару спектров:
Спектр излучения белого светодиода:

Спектр излучения лазерного диода (660 нм):

Спектр излучения DPSS лазера (532 нм):

____________________________________________________________________

2. Спектры
Спектр излучения (или поглощения) для каждого вещества уникален (связано с энергетическими уровнями молекул/атомов/ионов)
Но на спектр влияет также условия, в которых находится вещество. Ну, к примеру, есть колба с неоном. При разряде с слабым током возникает излучение со спектром:

Это спектр излучения атома неона

Но, допустим, мы увеличиваем ток. И уже некоторая часть атомов неона начинает ионизироваться. Но у иона неона спектр другой (ну, добавляются новые линии, некоторые линии, в принципе, могут исчезать или менять интенсивность).

Вот спектр неона, но это уже смесь (атомы неона и ионы неона):

p.s. Вот почему необходимо следить за спектром излучения трубки гелий-неонового лазера! Газовая смесь как бы сама говорит, что ей не нравится! Если слишком большой ток, то появляются новые линии (преимущественно это касается неона), если есть течь у трубки и в трубку попадают посторонние газы, то тоже появляются другие линии («левые»). Если гелия в трубке мало, то это тоже можно увидеть (в современных трубках это основная проблема! У старых может ещё и натечь, что-то), т.к. линии гелия слабеют

Кому интересно, почему для каждого атома/молекулы/иона свой уникальный спектр, могу посоветовать почитать в книгах:
1. Пихтин А.Н. – Оптическая и квантовая электроника, 2001
2. Ельяшевич М.А. – Атомная и молекулярная спектроскопия, 2001
Ну, или спросить у меня )
____________________________________________________________________
И ещё одно. Часто в спектроскопии (да и не только) можно встретить такую запись: ArI или ArII или FeV. Теперь я объясню, что означает такая запись. Ну, к примеру, к вам попала фотография спектра ArII. Запись ArII означает, что этот спектр принадлежит иону аргона с зарядом +1(т.е. без одного электрона)
И так:
ArI – нейтральный атом аргона (заряд равен 0)
ArII – ион аргона (заряд равен +1)
ArIII – ион аргона (заряд равен +2)
ArIV – ион аргона (заряд равен +3)
FeV – ион железа (заряд равен +4)
____________________________________________________________________
Вот спектры атомов в видимом диапазоне:

Здесь не все линии. Нет слабых! Здесь только основные (сильные) линии для видимого диапазона (400 нм -700 нм)
Кому надо со всеми линиями и спектры ионов (или с интенсивностями), то обращайтесь, у меня есть.
____________________________________________________________________
Я думаю, вам это не помешает:
Это спектр, который видит человеческий глаз с длинами волн:

____________________________________________________________________

3. Самодельные дифракционные решетки

Для работы любого спектроскопа есть 2 самые главные вещи:
1. Наличие диспергируещего элемента (далее: дэ)(если в роли дэ играют решетка или призма)
2. Диафрагма на входе в прибор.
Остальные элементы не очень важны, но с ними качество изображения и разрешающую способность увеличится.
В роли дэ может служить призма дифракционная решетка или интерферометр (в нашем случае не рассматриваем). Решетка предпочтительней, потому что у неё большая разрешающая способность(по сравнению с призмой) и её легче сделать (по сравнению с интерферометром). Но, правда, с призмой будет ярче изображение. Можно и призмы дома делать. Но это гораздо тяжелее (есть, правда, один фокус с зеркалом и водой, но такая призма будет очень не удобной).Если делать спектроскоп с интерферометром(обычно Фабри-Перо), то диафрагма на входе не обязательна. Но для начала надо хотябы сделать с решеткой.Потому что у призм разрешающая способность ниже, а итерферометр делать не так уж легко, не говоря работать с ним.
Есть 2 варианта:
1. Самый простой, быстрый и дешевый. Решетка получится довольно неплохого качества. Неплохая разрешающая способность. Нормальная яркость. Профиль прямоугольный (или напоминающий его). Но штрихи в виде дуг. И из-за этого будут некоторые «аномалии» при работе такой решетки.
2. Сложный, долгий (4-5 часов и не учитывая подготовки!) и дорогой (ну, 5-15 $ за решетку). Количество штрихов /мм вы контролируйте. Качество достижимо практически идеальное (но, разумеется, зависит от ваших рук!). Профиль синусоидальный. Штрихи прямые. Нужно специальное приспособление (ну, там: лазер, некоторая оптическая схема)
____________________________________________________________________
Метод №1
Не секрет, что оптические диски могут служить как неплохие дифракционные решетки. При использовании разных типов дисков, мы получаем решетки с разными количествами штрихов /мм.
Вот справочные данные:
625 штрихов/мм – CD(700 МБ)
633 штрихов/мм – CD(800 МБ)
1351 штрихов/мм – DVD
3125 штрихов/мм – Blu ray
____________________________________________________________________
Для CD:
1. Находим ненужную болванку (можно пустую, а можно и записанную) и желательно пустую, и относительно новую. Со старыми будут проблемы!

2. С помощью ножниц разрезаем диск на 2 половинки:

В принципе это уже и есть дифракционной решеткой, работающей на отражение. Но если вам интересно сделать решетку на пропускание, то продолжим дальше. Обратите внимание на края. Там где вы разрезали. Пленка алюминиевая начинает отходить. Для решеток, которые будут работать на отражение это плохо. У меня такое произошло, потому что диск старый (ему 2 года). С новыми такое гораздо реже случается.
3. Берем скотч. Отрезаем кусок скотча и наклеиваем на кусок от диска (на ту часть, где этикетка (картинка)!!!). Наклеивать по всей площади этикетки!

4. Отдираем скотч.
Вот как показано здесь:

Всё нормально, фольга и должна со скотчем остаться!
В результате получим такое:

Если остаются остатки пленки на решетке, то не вздумайте её отдирать скотчем. Если вы наклеите на рабочую поверхность (после того как удалили пленку) скотч, то потом будут следы от него, которые уже не возможно будет удалить! Попробуйте её снять аккуратно ногтем. Или чем-то другим, но оно должно быть достаточно мягким, но чтобы можно было счистить остатки пленки и не острым.

Если вы делаете такую решетку на отражения, то могут возникнуть проблема. Когда вы разрезали диск на 2 части, а диск у вас достаточно старый (хотя такое может произойти и на не качественных новых), то на краях, где вы резали, будет отслаиваться алюминиевая пленка.
Вот как показано здесь:


Проблема заключается в том, что если нечего не делать дальше, то пленка может и дальше отслаиваться.
Решение есть такое:
1. Берем скотч, отрезаем кусок примерно такой же, как указано на фотографии ниже. И очень аккуратно наклеивается на диск (на ту же сторону, что и на фотографии)


2. Отрезаем излишки скотча

3. И та часть скотча, которая выступает за край диска (когда вы отрезали излишки скотча, то надо чтобы некоторая часть потом выступала за края диска) прижимаем к самому диску. В результате должно получиться такое:


Это продлит жизнь таких решеток.

Вот теперь у вас есть решетка, работающая на пропускание с периодом:

1.6 мкм для CD(700 МБ)
1.58 мкм для CD(800 МБ)

____________________________________________________________________
Для DVD:
Здесь сложнее. Просто взять и отрезать кусок от диска не прокатит. Потери слишком большие.
И так:
1. Находим ненужную болванку(можно пустую, а можно и записанную). Я предпочитаю брать пустые болванки компании:

Так как с них получаются очень хорошие решетки. И качество этих болванок очень высокое. А пустые потому что, меньше риск, что алюминиевая пленка начнет отслаиваться. Ну, а вы берите какие хотите. Только если болванка плохого качества, то решетки может не выйти. Читайте дальше почему.
2. С помощью хороших ножниц делаем из одной болванке – две болванки! Отрезать лучше всего посередине!

3. Берем одну половинку и в торец и пытаемся просунуть ноготь (я обычно так и делаю) или остриё ножа. Там в реале 2 диска. Они спрессованные в один. А ногтем или ножиком мы их разделяем и у нас получается 2 половинки диска.

И разделяйте эти слои.


В итоге вы должны получить это:

И не переживайте если увидите это:

Всё нормально.

Но если диск плохого качества, то может начать отслаиваться пленка алюминия. Вот как здесь:

То это уже всё – напрасно убили болванку.

Одна часть, в принципе, уже может работать как решетка на пропускание (теоретически её ещё можно помыть спиртом, только спиртом!но на практике яркость изображения потом падает). На этой половинке вполне вероятно, что и вовсе нет решетки. Но за счет, что там остается фоторезист, который повторяет контура дорожек и происходит дифракция. А вторую надо немного доделать.
4. Мы решили сделать решетку с очень низкими потерями. Для этого там нужна та часть, где осталась алюминиевая пленка с основной частью фоторезиста.
Вот эта половинка диска:

Берем ацетон или спирт. Также берем ватку (ну или что-то другое, только оно должно впитывать растворитель и не растворятся в нем). Макаем ватку в растворитель и протираем поверхность. Это необходимо делать крайне осторожно! И сильно не нажимать! Желательно обеспечить минимально трение. Потому что тогда будет отдираться пленка (хотя, если диск хреновый она и так отойдет)! А это очень хреново. Придется всё заново делать!
Вот, что мы в результате должны получить:

Слева 2 пропускающих решетки. А справа 2 отражающие решетки со снятым фоторезистом. Те темные точки на отражающих решеток, это следы влаги. Они легко устраняются.

Кстати, так можно проверять качество дисков. Но посмертно .
Вот теперь у вас есть решетки на пропускание и отражение с периодом 0.74 мкм!
____________________________________________________________________
Для Blu ray:
Про Blu ray я практически ничего не могу сказать. Я их в живую не видел. И поэтому алгоритма как сделать с них решеток я пока не даю. Мне известно только то, что их можно приспособить для наблюдения спектров и есть основание полагать, что они имеют такую же структуру, как и DVD (2 спрессованных диска). Как попадется она мне в руки, я напишу.
____________________________________________________________________
Метод №2

Не задавали ли вы себе вопрос: что такое голограмма? По сути это дифракционная решетка, но это очень хитрая дифракционная решетка!
Вот фотография, голографическая пластинка с записанной голограммой под электронным микроскопом:

Это лишь малый её участок. Как видно по фотографии такая решетка очень сложна. Но нам не требуется, чтобы штрихи на решетки не описывали какие-то сложные узоры. Нам нужно, чтобы они были прямые! Такое можно сделать. Для начала необходимо вообще познать теорию записи голограмм.

Вот рекомендуемые ссылки:
http://www.holography.ru/techrus.htm
http://lasers.org.ru/laser-effects-shows/71-holographypart1.html
http://lasers.org.ru/laser-effects-shows/72-holographypart2.html

Я не буду касаться технологии записи голограмм. Алгоритм записи голографической решетки такой же, как и для голограммы. Только схема установки другая. Метод Денисюка для записи голографических дифракционных решеток не подходит. Там свой метод.
Вот схема установки для записи голографических дифракционных решеток:

Два когерентных пучка получаются после отражения от зеркала 1 при делении излучения лазера на зеркале 2. Затем отражательные зеркала 3, 4, 7, 5 и 8 формируют два сходящихся пучка, которые расширяются с помощью микрообъективов 6 и 9 и коллимируются объективами 10 и 11. Зеркала 3 и 4 необходимые для того, чтобы были одинаковые оптически длины пути. Но идеально уравнять их не получится и здесь в дело вступает длина когерентности. Конструкция должна быть защищенная от вибраций! Голографические пластинки не должны быть сенсибилизированы для одной длины волны. Необходимо, чтобы они были сенсибилизированы для нескольких длин волн или небыли вовсе не сенсибилизированы (это лучше всего!). Для большой эффективности у используемых фотопластинках толщина эмульсионного слоя должна быть побольше (но в меру). Скажем, хорошо подходят те пластинки, которые предназначены для записи методом Денисюка (там эмульсионный слой достаточно толстый). И разрешающая способность должна быть достаточно высокой. И тут появляются проблемы, для обеспечения максимальной эффективности нужны фазовые голограммы (меняется коэффициент преломления), а не амплитудная (меняется коэффициент поглощения). Нужно использовать пластинки на хромированной желатине (БХЖ) (такие как ПФГ-04(ПФГ-04 – фотопластинки для записи отражающих и пропускающих голограмм на хромированной желатине (БХЖ)). Имеют разрешающую способность более 10 000 лин/мм. Рассчитаны на запись голограмм аргоновым лазером в сине-зеленой области спектра)). Не, ну можно использовать и другие, но решетка не очень получится. Такие пластины можно делать дома. В принципе можно делать и галоидно-серебряные фотопластинки дома, но эти гораздо проще. Хотя и их не совсем просто делать. Для них (голографических фотопластинок на БХЖ) будет оптимально будет использовать лазер на 405 нм.
Вам необходимо изучить, как проявлять пластины ПФГ-04 и им подобные. Для этого зайдите на форум сайта:
http://www.holography.ru
Период будущей решетки можно вычислить по формуле:

P.S. Кстати, есть любопытная информация, что можно улучшить спектр полупроводникового лазера с помощью решетки! И решетки, которые делаются по методу №2 вполне годятся для этого.

В принципе, практически все современные дифракционные решетки производят по голографическому методу. Так дешевле и качественнее, чем нарезные. Профиль у таких решеток синусоидальный. Эффективность, у них, очень высокая.
____________________________________________________________________
Для спектроскопов, работающих в видимой области наилучшая будет решетка на 2 000 – 2 500 штрихов на мм. При очень большом количестве штрихов на мм (ну, скажем 6 000) решетка не сможет работать в видимой области. А с решеткой на 3 000 – 3 500 штрихов на мм будет очень неудобно работать. Но если слишком мало, то будет низкая разрешающая способность решетки. По этому для профессионалов оптимально будет 2 000 – 2 500 штрихов на мм. Но для любителей вполне сойдет 600 – 1 500 штрихов на мм.
____________________________________________________________________

4. Самодельные спектроскопы

Немного теории

Для справки:
Спектроскоп – оптический прибор, предназначенный для наблюдения спектра непосредственно глазом.
Спектрограф – оптический прибор, предназначенный для фиксирования изображения спектра на фото. Роль регистрирующего элемента играет фотопластинка или CCD матрица фотоаппарата.
Монохроматор – оптический прибор, предназначенный для выделения одной длины волны в пределах заданного спектрального диапазона.

Теперь немного теории с решетками.
Допустим, у нас есть решетка, работающая на отражение.
Мы знаем:
1. Под каким углом падает свет на решетку
2. Период решетки (он равен 1/N , где N – количество штрихов на мм)
3. Порядок максимума
4. Угол максимума
Нас будет интересовать длина волны соответствующая этим параметрам.
Это можно вычислить по этой формуле:

n – порядок максимума; может принимать только целые положительные или отрицательные значения, n=0,±1,±2,±3,…
D – период решетки; он равен 1/N , где N – количество штрихов на мм
β – угол падения света на решетку
α – угол максимума (угол между нулевым порядком(n=0) и интересующим порядком)
λ – длина волны

p.s. Могут быть проблемы с кодировкой и греческие символы альфа, лямбда и т.д. могут отображаться не корректно. Если это случилось, то, пожалуйста, сообщите мне

А если решетка работает на пропускание:

только здесь:
d тоже, что и D в формуле выше
ϑm тоже, что и α в формуле выше
ϑ0 тоже, что и β в формуле выше
m тоже, что и n в формуле выше

Давайте рассмотрим простейший случай. Когда свет падает на решетку перпендикулярно. Это означает, что ϑ0 или β (для самой первой формуле) будут равными 0 (обратите внимание, на картинках указано откуда отсчитывается углы!).
Тогда мы получим:

Из выше написанного можно сделать выводы:
1. Вот почему оптимально использовать решетки до 2 000 2 500 штрихов на мм
2. Чем меньшая длина волны, тем слабее отклоняется (с призмой иначе).
3. У решетки параметры линейные. Спектр не искажается (сжимается или расширяется). Потому что зависимость длина волны и угол, на который она отклоняется линейная. А у призмы нет! У призмы зависимость коэффициента преломления от длины волны изменяется нелинейно.
Зависимость коэф. преломления от длины волны (энергии фотона) для кварца:

____________________________________________________________________

Теперь немного практики
Возьмите свою дифракционную решетку (или призму) и попытайтесь увидеть спектр от лампы дневного света.
Вы увидите примерно такое:

Если картинка отличается, то ничего. Смысл здесь другой. Обратите внимание на изображение. Линии размытые. Трудно заметить несколько близко расположенных линий, что это отдельные линии, а не одна. Но не страшно. Нужно просто немного ограничить количество света идущего на наш дэ. Нужно добавить диафрагму (по-другому называют оптический нож, или просто щель). Щель не должна быть круглой, а должна быть прямоугольной. А для того, чтобы не было засветки нужно корпус.
Короче говоря, что-то такое должно быть:
Для решеток работающих на пропускание:

Для решеток работающих на отражение:

1. Изучаемый источник света
2. Диафрагма (щель)
3. Диспергирующий элемент (дэ); в нашем случае решетка.
4. Приемник света

Теперь алгоритм:
1. Ищем хорошую коробку (корпус)
2. Достаем дэ или просто делаем его (в случае решетки)
3. Ищем, в роли чего может выступать диафрагмы. Оно должно быть ровным, не прозрачным (бумага не подходит, оно должно быть из пластика или метала). Хорошо подходят ненужные пластиковые карточки или лезвия.
4. Всё это клеим (скотчем или клеем). Учтите! С решетками надо крайне аккуратно! Их легко поцарапать!

Вот что у меня получилось:
Диафрагма(вид сверху)

Диафрагма(вид снизу)

Теперь посмотрим спектр лампы дневного света:
Решетка на 1351 штрихов/мм:

Это уже другая лампа дневного света:
Решетка на 1351 штрихов/мм:

Решетка на 625 штрихов/мм:

Вот теперь другое дело. Только не повторяйте моей ошибки. Корпус должен быть покрашен черной краской и желательно изнутри. Иначе будет засветка. Особенное внимание уделите передней части.

На счет диафрагмы. Возникает вопрос: какую щель установить? С одной стороны, чем она уже, тем лучше. Разрешающая способность возрастает. Но с другой стороны, меньше света попадает в прибор. А значит, яркость будет меньше. Вот такая проблема. Я рекомендую делать диафрагму регулируемой и настраивать её в зависимости от ситуации. Если нет такой возможности, то устанавливайте её в этих пределах:
1. Для большой яркости источника света: толщина 0.5 – 1 мм (ртутная лампа, натриевая лампа, солнце, и т.д.)
2. Для средней яркости источника света: толщина 1 -1.5 мм (лампа дневного света, лампа накаливания на 30-100 ватт, и т.д.)
3. Для малой яркости источника света: толщина 2 и более мм (трубка гелий-неонового лазера, неоновая лампа, и т.д.)
Диафрагма должна быть вдоль нарезки дорожек! Между диафрагмой и решеткой должно быть не менее 5 см (лучше всего около 10-15 см, почему будет в следующей части).

Это у меня была решетка на пропускание. Для решетки на отражение всё тоже самое. Только нужно вычислить угол её наклона относительно нижней стенки корпуса (на рисунке этот угол помечен как: *)
Если в качестве дэ использовать призму, то надо ещё будет придумать, как её закрепить.

Вот попытка заснять спектр солнца:

Если присмотреться, то видно, что спектр солнца не непрерывный(это спектр поглощения, значит искать темные полосы!). Скоро я заменю на более качественную фотографию. Ну, спектроскоп хоть и игрушечный и фотка получилась не очень (просто солнце тогда не было в прямом поле зрения), но некоторые линии я могу рассмотреть и определить чью они(2 линии водорода, магния, железа, ещё нормально видно 2 линии это скорее всего это гелий)
____________________________________________________________________

p.s. В следующей части точно будет: разрешающая способность, как усовершенствовать свой спектроскоп, оцифровка спектра и анализ на компьютере. И также я может ещё что-то добавлю дополнительно про то, что я уже писал (решетки с Blu ray дисков, голографические диф. решетки, и т.д.). И может быть я расскажу про самодельные интерферометры Майкельсона и Фабри-Перо.
Если есть вопросы, то задавайте.
Меня можно найти здесь:
http://www.lasers.org.ru/forum (Ник: Korol)
Или в крайнем случае здесь:
http://vkontakte.ru/id14028736 (Когда будете добавлять в друзья, то пожалуста сделайте пометку, что вы по поводу статьи по спектроскопии!)
Но лучше будет если через форум.

Итак, у нас должны быть готовы:

1. Лазерная установка. Причём лазер должен быть наклонён на угол 56 градусов относительно вертикали (или 34 градуса к горизонту).
2. Микроамперметр и фотодиод. Возможно Придётся переключить микроамперметр в режим милиамперметра, если ток через фотодиод будет очень большим
3. Под рукой табличка (график) зависимости времени экспонирования от тока через фотодиод.
4. Большая коробка из под обуви.
5. Готова вся химия для проявки и закрепления.

Записывать голограмму мы будем по схеме Денисюка.

Подготовка химии.

Как я уже писал, лучше всего расположиться в ванной. Начать стоит с подготовки химии. Необходимо найти пластиковые или стеклянные ёмкости. Лучше всего подходят кюветы для проявки фотографий. Нам понадобится как минимум 4 одинакового размера.

Достаём бутылки с химией из холодильника.
Ждём, пока химия нагреется до температуры порядка 20 градусов. Так как в ванной всегда прохладнее, чем в других комнатах (по крайней мере у меня), то достаточно подождать минут 30-60, пока всё нагреется до температуры окружающего воздуха.

Теперь начинаем всё разливать по кюветам.
В первую заливаем проявитель, предварительно разведя его водой согласно инструкции, которая прилагалась к химии.
Во вторую закрепитель.
В третью – обычную воду, и 1-2 маленьких капли шампуня. Причём мешаем очень медленно и аккуратно, пены не должно быть!!! Пена убийственная для голограммы. Если получилось много пены – сливаем и разводим заново, добавив меньше шампуня.
В четвёртую наливаем обычную воду.
Все растворы должны быть максимальночистыми, кюветы вымыты начисто. Можно даже профильтровать химию через марлю, прежде чем заливать в кюветы.

В шаговой доступности оставляем крышку от коробки из под обуви. Ею мы будем накрывать кювет с проявителем.

Располагаемся по-удобнее.

Собственно нужно реализовать следующую схему расположения элементов:

У меня это выглядит примерно так:

Вверху, на полке стоит лазер.
На столе фигурка, с которой снимаем голограмму.
Над фигуркой фотопластинка.
В бутылках – химия.

Настройка лазера.

Приступим к настройке лазера. Для этого нам понадобится сам лазер и DVD болванка. Если есть интерферометр Фабри-Перо – то вообще замечательно.
Включаем лазер, видим примерно это:

Обратите внимание, как освещён лист бумаги! Никаких кругов и точек, равномерное освещение.
Теперь одной рукой крутим потенциометр R4, а сами смотрим на потолок.
Крутим до тех пор, пока не увидим чёткую интерференционную картинку, похожую на эту:

Такая картинка не приемлема:

Наличие чётких и резких полосок свидетельствует об одномодовом режиме лазерного диода. Именно в этом режиме можно снимать голограмму. В других режимах голограмма либо не получится, либо будет не яркой с «бегающими» полосками.

Ждём минут 5 – 10 и наблюдаем за картинкой. Возможна ситуация, что спустя около минуты работы, картинка изменится. Это нормально. Лазерный диод нагревается и переходит в другие режимы. Нужно прогреть лазерный диод и добиться режима, когда он, в течении нескольких минут, не меняет режима (картинка на потолке не изменяется, видно чередование чётких и резких красных и чёрных полосок).
Также нужно обратить внимание на дрожь картинки. Если картинка дрожит – голограммы вы не получите.

Итак, мы получили нужный режим лазера, больше потенциометр не трогаем, лазер пока выключаем.

Расположение фигурки и фотопластинки.

Фигурка должна располагаться за фотопластинкой. Освещаться должны и фотопластинка и фигурка. Фигурку нужно расположить как можно ближе к фотопластинке. Фотопластинку и фигурку нужно надёжно закрепить, чтобы ничего не шаталось.

На верхний торец фотопластинки перед снятием голограммы надо будет наклеить кусочек изоленты. Делается это для того, чтобы лазер, попав на торец, не начал переотражаться внутри фотопластинки. Если этого не сделать, то появятся чёрные полоски на голограмме, примерно вот такие:

Все вместе под лазерным освещением у меня выглядит так:

Вместо фотопластинки при настройке расположения можно вырезать кусочек бумаги, соответствующий размеру фотопластинки. Размер фотопластинки указан на коробке (в тубусе) с фотопластинками.

Далее нужно всё правильно расположить.
Фотопластинка должна быть одинаково освещена как в центре, так и по краям. Максимальное отклонение интенсивности 30% !
Интенсивность проверяем фотодиодом. Если ток через фотодиод на краях фотопластинки меньше на 30 % или более, чем в центре – нужно расположить лазер подальше от фотопластинки, увеличив площадь, которую освещает лазер. Лучше будет, если вы добьётесь разницы в 10%. Это напрямую связано с качеством голограммы.

Затем по току через фотодиод определяем нужное время экспонирования (время, которое нужно освещать фотопластинку). Замеры проводятся при выключенном свете и включённом лазере естественно.

Все приготовления готовы. За окном тёмная ночь, все спят. Свет везде выключен, никто по дому не ходит, лазер выключен. Лишь зелёный светлячок где-то в дальнем углу светит тусклым зелёным светом. Вся химия готова. Глаза привыкли к темноте.
Тут-то и начинается самое интересное в жизни начинающего голографиста-любителя.

Алгоритм действий.

1. Достаём фотопластинку из тубуса, фотопластинку держим только за края!
2. Дышим на поверхность фотопластинки и «ловим» блики от светлячка. Если не видно, что стекло запотело, то дышим на другую сторону фотопластинки. Запотевшую сторону принимаем за верхнюю сторону фотопластинки. На нижней стороне – желатина, очень нежная. К ней прикасаться нельзя!!! Желатина практически мгновенно впитывает влагу, поэтому эта сторона и не запотевает.
3. Кладём фотопластинку на чистый лист бумаги желатиной вверх!!!
4. Закрываем тубус с фотопластинками.
5. Берём нашу фотопластинку, и на торец верхней стороны фотопластинки наклеиваем кусочек изоленты.
6. Располагаем фотопластинку над фигуркой. Расположение должно быть таким же, как при подготовки. смещения крайне не желательны. Желатиной к фигурке, верхней стороной к лазеру.
7. Накрываем фотопластинку с фигуркой большой плотной коробкой, чтобы случайно не засветить фотопластинку.
8. Ещё раз проверяем, не забыли ли мы закрыть тубус с фотопластинками.
9. Включаем лазер.
10. На коробку кладём DVD болванку.
11. Ждём минут 5-10, пока лазер не прогреется и не войдёт в режим. На потолке в конечном итоге мы должны наблюдать не меняющуюся интерференционную картину (те самые полоски). Крутить потенциометр R4 запрещено!
12. Убираем DVD болванку.

Отсчитывать секунды придётся «про себя», с лазерами от DVD время экспонирования колеблется от 0.5 до 7 секунд. Если меньше секунды, то как повезёт, таймера у меня не было.Если есть электронный сетевой таймер, который отключает блок питания лазера из сети – то вообще супер. У меня такой техники не было. Если Вы передержите фотопластинку под лазером – картинка будет очень тёмной или вообще ничего не будет.Если не додержите – голограмма будет тусклой, не яркой.

13. Медленно приподнимаем коробку, которая закрывает фотопластинку с фигуркой. Приподнимаем и подносим к лазеру так, чтобы не засветить фотопластинку.
14. Аккуратно и быстро убираем коробку и засвечиваем фотопластинку. Отсчитываем секунды (время экспонирования), и так же аккуратно и быстро заслоняем лазер.
15. Так же аккуратно накрываем фотопластинку с фигуркой.
16. Выключаем лазер.

Опять темно

17. Убираем коробку, берём фотопластинку.
18. Аккуратно, желатиной вверх, под очень острым углом к горизонту, кладём фотопластинку в проявитель. Если случайно положили желатиной вниз – голограмма испорчена, хим раствор испорчен. Раствор заменить, голограмму просушить и использовать для настройки расположения в будущих попытка.
19. Держим в проявителе от 6 до 10 минут, покачивая кювет каждые 30-60 секунд. Если передержать – то голограмма будет очень тёмной с пеленой. Если недодержать – голограмма будет тусклой, не яркой. Точное время проявления достигается методом проб и ошибок, я на это убил около 15 фотопластинок. Я в проявителе держу 7 минут 50 секунд. Желательно кювет накрыть крышкой от коробки, вдруг кто-нибудь свет включит?
20. Когда время пришло – аккуратно, под углом, вытаскиваем голограмму из проявителя. На желатиновом слое не допускаются пылинки или пузырьки. Если таковые есть – нужно аккуратно, пошатывая голограмму вверх вниз, смыть эти пылинки. Но шатать медленно, не активно, иначе желатиновый слой испортится и голограмма тоже.
21. Так же аккуратно кладём голограмму в закрепитель, покачиваем кювет каждые 30-60 секунд. Через 3-5 минут достаём.Только теперь наша голограмма не боится света. Аккуратно кладём голограмму в кювет с чистой вводой. Засекаем 10 минут. Включаем свет. Покачиваем кювет каждые 2-3 минуты.
22. Достаём голограмму из воды, пытаемся смыть пылинки, если таковые есть, пошатывая фотопластинку в кювете. Но не в коем случае не пытайтесь убрать пылинки пальцами или кисточкой, это очень сложно. Скорее голограмму испортите.
23. Погружаем голограмму в кювет с мыльной водой (водой с шампунем).
24. Аккуратно, медленно пошатываем фотопластинку в мыльной воде, достаём подуглом. Если увидели пылинку или пузырь – снова погружаем и медленно «вытягиваем», добиваясь смыванияпылинки или пузыря… Если не получается – бог с ним, лучше не трогать…
25. Кладём фотопластинку в вертикальном положении на салфетку, где-нибудь в серванте, где нету сквозняков и пыли.

Ну вот и всё. Через 6-12 часов голограмма высохнет и на неё можно будет посмотреть. Если всё сделано правильно, то под обычной лампой накаливания вы увидите фигурку, с которой снимали голограмму.

Но желатиновый слой всё так же нежен. Его надо защитить. Откладываем голограмму обратно в сервант на 2-3 суток, чтобы подсохла как следует.

Укрепить можно обычной матовой краской из баллончика. первый слой очень тонкий, сразу даём ему высохнуть. потом второй слой, такой же тонкий как первый. Задача состоит в том, чтобы покрасить не дав желатине размякнуть от краски, поэтому первые слои краскиделаем очень тонкими.
3 и 4 слои можно уже потолще делать.

В итоге желатиновая сторона получится такой:

Если всё сделали правильно, то вращая в руках фотопластинки под обычной лампочкой получится следующая красота:

Правда необычная фотография?

Отдельная благодарность сайту Lasers.org.ru, за статьи по лазеростроению (ведь именно с этого всё началось). А именно, спасибо Artemka, nikitas, и всем форумчанам за помощь.