Помогите подобрать лазер...

Я схемотехник, в т.ч. МИТ СВЧ, силовая электроника. Разработаю, что угодно, но...
Поставили мне вот такую задачу:
Привязка автоматического измерительного комплекса. Расстояния не ахти, но точность я считаю сумашедшая.
В задачу входит необходимость фиксации цифровых меток (ЦМ) полученных по лазерному каналу, а в лазерах, как по достижениям, так и по ассртименту я лопух, разве что теорию понимаю, что происходит внутри этих квантовых приборов...

В центре круга радиусом от 1 м до 50 м должен стоять лазерный передатчик, который в виде раскрытого в вертикальной плоскости луча (предварительно красный) диаметром не более 2 мм должен передавать ЦМ со скоростью передачи до 150 кбит/с, модуляция амплитудная (от 60% до 100% - как получится).
В любой точке данного круга может находиться приемник ЦМ.
Среда передачи: атмосфера с возможными осадками: дождь/снег.
Ограничения: наличие в круге людей, т.е. решение не должно оказывать вред здоровью.
Прошу предложить не дорогие возможные пары: лазерный диод/фотодиод.
Или по крайней мере вопросы позадавать, чморить тоже можно
Ну и от меня: по схемам и теории могу помочь.
Кстати , а где можно посмотреть ассортимент лазеров и оптики к ним с даташитами?

 

Человече, ты лучше нарисуй, как это видится по ТЗ.А то понять Что есть " раскрытый в вертикальной плоскости луч диаметром не более 2 мм " я не могу себе представить точно так же, как ВИЧ не мог представить себе, что такое квадратный трёхчлен.

 

Вот... Я конечно не художник.

 

Ну вот, уже многое проясняется.
Сначала о принципиально недостижимом.
Во-первых, красный лазер совершенно несовместим с безопасностью для зрения. Даже единицы мВт средней мощности при условии, что в глаз может попасть прямой луч, совершенно недопустимо. Выхода два: вариант первый - на всех, кто внутри "зоны поражения", напяливаем защитные очки. Вариант второй - переход на длину волны примерно 1.5 мкм (ближний ИК, диапазон "айз сейфти"). Но такое решение резко увеличит стоимость проекта.
Во-вторых, диаметр пучка не более 2 мм на 50 м - "сынок, это фантастика" (цэ - реклама сыра hohland). Даже красный пучок, имеющий требуемый диаметр непосредственно на выходе лазера, на 50 м разбежится до 2 см примерно. Дифракцию никто не отменял. Пучок коллиматором следует раздуть по диаметру примерно до этих 2 см и тогда он будет иметь практически постоянный диаметр на всей трассе 50 м.
После того, как Вы определитесь с этими моментами, можно будет продолжить.

 

Хм, спасибо, папочка, поток данных пошел:
Начнем отвечать:
1. Для удобства - эксперементировать будем в красном диапазоне, а потом может все и помрет... посмотрим;
2. То что луч расходится - как то не подумал, а ведь это так... Поэтому вижу два решения:
2.1 Раздвоить луч на два параллельных перекрывающихся луча и "ловить" острый провал между ними, но это наверное тоже из области лабораторных мышей, но ни как не ширпотреб...
2.2 Программным способом каждому цифровому пакету присвоить уникальный номер Ni и эти номера в момент прохода луча накапливать в приемнике ЦМ (...нет луча... 345,346,347,348,349 ...нет луча...), а потом искать среди них тот что в серединке - 347, это и есть нужный результат.

Кстати:
1. в дата шитах пишут: Monitor current - что это за показатель?
2. Где находится информация о временных параметрах лазеров?
Вообще, как я понимаю, ведь надо затратить время при включении на накачку зон, а потом на создание лавины фотонов в структуре, а при выключении на рассасывание накопленных потенциальных пар в зонах, а потом ждать когда фотоны отдолбятся об стенки, правильно понимаю?
3. Если все правильно в п.2, то для быстрой коммутации накачку прекращать нельзя, а только лишь уменьшать её до пограничного режима воспроизводства фотонов, а значит и отслеживать это по интегрированному фотодиоду ОС лазерного диода надо.

 

Кое-что понял, а многое - нет. давайте с конца:

х.з., что это. Дайте ссылку на конкретный datasheet, разберёмся.

лучше сходите вот сюда: http://lazerlink.ru/1/radus/schem.html . Это RONJA, но на русском. IMHO, особого смысла изобретать велосипед не вижу. Поэтому схему включения лазера-передатчика можно взять готовую. Ну, или почти готовую. На Ваших скоростях любая красная говноуказка работать будет. Поэтому рассуждения по п.п. 2 и 3 пока особого значения не имеют. Хотя Вы правы, на реально больших (> 1 Гб) скоростях передачи ток полупроводникового лазера в "0" сбрасывается не до нуля, а до значения чуть менее порога.

Тут я туплю, не понимаю, что же Вам в итоге нужно. Как мне кажется (крещусь!) в Вашем алгоритме должен быть своеобразный handshacke, по которому Вы определяете, что попали в фотоприёмник. Не?

 

Ну с конца, так с конца:
1. Monitor current:
https://www.thorlabs.de/catalogpages/V21/1218.pdf

2. По скорости - поэксперементирую на следующей неделе.
3. Есть много способов определения азимута по углу. Например в навигационных комплексах есть принцип наведения по провалу чувствительности в диаграмме направленности (ДН) антенн, т.е. "идем" на "шумы".
Шумы есть - значит идем туда куда надо, как только начинает появляться сигнал - отклонились.
С первого взгляда кажется абсурдным, но если знать что провал в ДН это "острая" функция, то становится все понятно.
Вот здесь об этом написано, где-то посередине:
http://www.bestreferat.ru/referat-208808.html
В нашем же случае луч раздвоим так что бы они немного перекрывались, как женские сиськи и целить будем меж этих сисек

 

Мирон уже сказал, что дифракция размывает пучок, ваш провал исчезнет на некотором расстояни. Токовый монитор это рбычно фотодиод сзади лазера для отслеживания мощности лазера. Развернуть луч лазера в такую угловую засветку как на вашем риснке можно, спомощью специальных фазовых транспарантов, но огда увеличивается исходная мощность лазера и вопросы безопасности становятся все ощутимее. Что касается модуляции то скорости 150 кб конечно смешные и любая указка справится с этой модуляцией. Таких схем в сети очень много. Остается толко решить как сформировать пучок так как 2 мм на 50 метрах это не реально.

 

О! Еще немного пятен убавилось. Спасибо.
1. дифракция размывает пучок, ваш провал исчезнет на некотором расстоянии.
Да я уже отказался от этой затеи в пользу программного поиска цели;

2. Токовый монитор - блин, не ожидал, что он так называется в DSheet, хотя и логично.

3. Развернуть луч лазера в такую угловую засветку - вы имеете ввиду из точки в вертикальную линию?
Так это как раз не проблема, если я правильно понял. В качестве эксперементов - авито в помощь - покупаю лазерный уровень, а там уже все готово, причем две линии: горизонтальная и вертикальная.

4. Что касается модуляции то скорости 150 кб конечно смешные ... - это обнадеживает, поэтому через неделю... нет! на следующей неделе спаяю драйвер и воткну в уровень...
5. пучек - 2 мм, строительные лазерные уровни это делают... Вот например у меня на столе стоит: ONLINE2 http://redtrace.ru/ru/online/137-nivelir-online2-4607165081675.html
Хотя конечно поймал себя на мысли, что на 50м я его не тестил...

 

Т.е. как я теперь понимаю, изначально положение приёмника внутри круга неизвестно. Передатчик сканирует по азимуту и углу места, пока не "нащупает" один из приёмников. Потом производится точное наведение на фотоприёмник по какому-то алгоритму (для максимизации сигнала) и передаётся эта самая цифровая метка.
Возникает ряд вопросов:
1. требуется ли точное определение положения фотоприёмника (ФП) по измеряемым азимуту и углу места? Или же только точное попадание в морду ФП?
2. не понял, как передатчик "узнаёт", что попали в ФП с заданной точностью?

 

Ну я ж писал:
2.2 Программным способом каждому цифровому пакету присвоить уникальный номер Ni и эти номера в момент прохода луча накапливать в приемнике ЦМ (...нет луча... 345,346,347,348,349 ...нет луча...), а потом искать среди них тот что в серединке - 347, это и есть нужный результат.

Единственное наверно нужно было добавить:
Передатчик дискретно поворачивается и текущий угол всегда знает, и присваивает ему значение Ni, который и пуляет в сторону ЦМ, а там.... уже все расписано.
Все происходит за мс в течении которых можно можно выплюнуть сотни бит, вот и требуется в этот луч замодулировать эти биты...

 

Всё бы хорошо, но Ваше описание относится только к азимуту. А как же угол места? Или все ФП закреплены на строго постоянной высоте, а область внутри круга - это очень хорошая (ведь толкуем про 2 мм) плоскость?
Хотя вопрос риторический. Всё равно задумку Вашу понять не могу.

 

Высоту ловить не требуется.

 

Тут пришла мысль: в лазерной микроскопии есть схемы когда используется вторая мода, для получения "сверхразрешения". Может попробовать этот же трюк для дали? Правда расходимость у второй моды еще хуже , но если ловить пустое место то может и получиться . Ну лазер который будет работать в этом режиме только гелий неон, или другой какой твердотел. может МИРОН что то подскажет?

 

А как выделить 2 моду? Это вроде более затратно, чем основную.
Да и интенсивность у неё вроде намного меньше чем у основной.
Вообщем эксперементировать с этим будем после проверки других, более простых приемов.

 

Не, подсказать что-то хорошее не получается. Ведь переход от полупроводникового лазера на He-Ne или DPSS твердотел очень сильно усложнит и удорожит модуляцию на передачу. Так что CoolerLab прав, надо сначала простые методы пробовать.
IMHO, можно подумать над следующим: возможно, система получится проще, если "разделить переменные", т.е. определение азимута (ох, нелёгкая задача; как я понял, требуется усечь смещение на 2 мм на 50 м, угловое разрешение - 9" примерно) - отдельное измерение при помощи оптики, а передача данных - совсем другая задача, например, по радиоканалу. Хотя ничего ведь неизвестно, м.б. радио для передачи применять нельзя.

 

Все верно, в ЦМ будет стоять радиопередатчик, который будет сообщать принятый целевой Ni от лазерного передатчика обратно лазерному передатчику.

Кстати, еще вопрос, где взять быстро и дешево для экспериментов ИК фильтр...
А вот еще, в вашей терминологии фильтр чего либо например ИК фильтр, имеется ввиду это ИК пропускает или заграждает (ослабляет)?
Или как-то требуется дополнительно указывать какой должен быть фильтр, например полосо... пропускающий или заграждающий?

 

Как я понимаю, хотите перекрыть морду фотодиоду, чтобы излучение передатчика проходило, а всё прочее - нет. Но не понимаю, почему фильтр у Вас зовётся ИК. Ведь лазер вроде как красный, пока по крайней мере. Тут вариантов стопицот. Не самый лучший, но быстрый и дешёвый - это цветное стекло. Ну, как на пультах ДУ. Были ещё во времена советские такие деревянные чемоданы. Назывались "набор цветных стёкол". Если у знакомых/ друзей есть, то это самое то на первое время.
Хороший полосовой интерференционный фильтр - это уже достаточно недёшево. Можете глянуть на уже Вами упомянутом thorlabe: https://www.thorlabs.de/navigation.cfm?guide_id=21
Здесь надо знать довольно точно длину волны своего лазера, ширину его спектра и также то, как этот спектр будет ползать туды-сюди по длине волны в зависимости от температуры диода. Если нет под рукой необходимых спектральных приборов, то даже не знаю, что и посоветовать.

 

1. Как я понимаю, хотите перекрыть морду фотодиоду, чтобы излучение передатчика проходило, а всё прочее - нет. - не понял, что значит перекрыть?
2. Но не понимаю, почему фильтр у Вас зовётся ИК. Ведь лазер вроде как красный, пока по крайней мере.
Я ж пишу: "к примеру", мне важно понять терминологию, а уж потом какой диапазон - это вторично,
3. Здесь надо знать довольно точно длину волны своего лазера, ши...
Тут тоже особо без проблем на первых порах. Никто не говорит, что прямо сейчас требуется узкополосный фильтр! Что нибудь простое на первые эксперименты.

 

Перекрыть - это установить непосредственно перед фотодиодом фильтр так, чтобы на приёмную площадку свет попадал только через этот самый фильтр.
Самое простое, повторюсь ещё раз, это цветные стёкла.
Вот марки стекла: http://www.elektrosteklo.ru/Elektrosteklo_Color_glass_sets_advertising_2015_03_07.pdf
А вот кривые спектрального пропускания: http://www.elektrosteklo.ru/Color_Glass_Spectral_Transmittance.pdf
Если Вы посмотрите на стр. 5 последнего файла, то там есть спектры пропускания для стёкол КС. Под свою указку или свой диод находите наиболее подходящую стекляшку, какой-нибудь КС-10, КС-11. Из графиков видно, что коротковолновая часть давится сравнительно неплохо. К сожалению, отрезать длинноволновый хвост абсорбционными фильтрами в данном случае не получится. Но хоть что-то.
Кстати, если что, купить не весь чемодан, а один-единственный фильтрик 40х40 можно там же, в "Электростекле".