レーザー通信のためレーザーポインターを利用する実験

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• 通常のレーザーポインターが100マイルの空気中で音を伝えることができると思いますか？ 私たちはそれをやりました。

  DIYer:Clint，Ron
  制作時間：1週間
  制作難易度：★★★
  GEEK Index：★★★☆☆

  1、半導体レーザー

  一般に、光ファイバ通信の光源はレーザーであるが、大気中で通信する場合、ダイオードによって生成されるインコヒーレントな光は、レーザーよりも優れていることがある。 主な理由は、大気密度の変化がレーザーの位相依存性を破壊し、輝度のランダムな変動を引き起こし、ビームに含まれる情報を潜在的に損なう可能性があるということです。第2に、長距離通信には大口径ビームが必要ですが、コヒーレント光を拡大することは容易ではありません。非常に精密なレンズを使用する必要があり、重量とコストがかかります。
  
  これらの欠点があっても、一般的なレーザポインタとの光通信は依然として非常に魅力的であり、安価であり、容易に利用でき、低電力で、より安全で、PWM技術によって容易に変調することができる。 最後に、レーザーコミュニケーションはいかにクールです。
  
  最も安価な赤色レーザポインターは理想的です。直径がわずか数ミリメートルのコリメートされたビームを生成しますが、かなりの距離で肉眼で見ることができます。可視距離は100キロメートルまでになります。

  2、レーザー変調ー回路復調

  オーディオ信号を送信する簡単な方法は、振幅変調+パルス幅変調です。Ron（K7RJ）が設計したレーザーベースの振幅変調パルス幅変調回路は、シンプルな市販部品とレーザーポインターでできるだけ音を伝えるために設計されています。この回路は、フォトダイオードベースの光受信器を含む。 しかし、回路の主目的は、感度に焦点を当てることなく、また焦点レンズなしで変調回路を例示することであるので、通信距離は非常に短く、わずか約100メートルである。
  
  
  
  通信性能を向上させるには、以下の回路と光学系を検討してください。
  
  音声帯域幅に最適化された高感度光レシーバ。
  
  
  
  これは、2〜3kHzで高感度であり、音声と低速デジタル通信に適しております。
  
  
  
  これはボールペンとフレネルレンズで組み立てたレンズシステムですが、シンプルですが性能は優れており、172キロメートルの光信号を受信するために使用しました。

  3、レーザー配線の設置

  低出力レーザーは多くの場所で容易に見つけることができますが、それらを取り外すことは必ずしも容易ではありません。レーザーポインターは、おそらく最も簡単に変更できます。レーザーポインターは、レーザー器とバッテリとの間の単純な直列接続ではなく、通常、単純な電流制限回路を有することに留意されたい。この回路には通常いくつかのトランジスタが含まれていますが、最も安価なレーザポインタの中には単純な電流制限抵抗があります。高価なレーザーポインターはここには必ずしも適していませんが、複雑な保護定電流回路があります。これらの回路はレーザーの応答速度に重大な影響を与えますので、安価で簡単な赤色のレーザーポインターを見つけてください。
  
  
  
  残念ながら、レーザーポインターからレーザーモジュールを取り外すことは容易ではないので、内部に「偽バッテリー」を入れて電源コードを抜き取る予定です。レーザーペンの元のAAAバッテリーと同じ直径の丸い棒を見つけ、長さに沿って長さを切断し、長さに沿って浅い溝を切り、ワイヤを埋め込み、両端に電極を作り、最後に偽電池をレーザーポインタに入れました。 内部では、レーザーポインターのボタンをテープで開いた位置に固定し、ダミーバッテリーの電源コードをドライブモジュール回路付きプラスチックボックスに接続します。

  4、短距離レーザー通信

  これをプレイし始めたばかりの場合は、自分の庭や数百メートルといった短距離通信から始めることをお勧めします。実験中にレーザーの方向に注意してください非常に低消費電力であっても、遠方の道路や空港に照射されると「無害」に見えるレーザーは、依然として危険です。
  
  短距離テストの大きな利点の1つは、レーザーとレーザーの露光点を直接見ることができ、照準プロセスを大幅に簡素化することです。 試運転中に双方向のウォーキートーキーを用意することをお勧めします。また、送信側と受信側の間で携帯電話を使用す
  
  実用的な提案は、反射テープ、自転車のテールライト、リフレクタなど、簡単に識別できるターゲットを準備することです。これらのデバイスには、レーザーで照らされたときに非常に明るいコーナーリフレクターがあり、暗い場所で遠くのターゲットを見つけるのに役立ちます。
  
  この時点で、レーザーの指向性は短距離でも非常に目立ち、送信端でのわずかな動きは受信端でのスポットの大きなシフトを引き起こすことに注意してください。

  5、長距離レーザー通信

  距離をさらに長くすると、ビームの照射点を直接見ることができず、受信端のフィードバックに依存してレーザの方向を調整する必要がある。 このような距離は、アラインメント方向の正確な調整に依存しなければならない。さもなければ、その差は数千マイルである（この点に関して、LED光源は利点がある。
  
  
  レーザーをターゲットに正確に向けるには、複雑な問題があります。簡単にするため、アマチュアに適した2つの方法を紹介します。

  5.1望遠鏡を使う
  
  調整した後、望遠鏡の光軸をレーザービームと平行に調整することができます。望遠鏡を使用して受信場所を見つけておおよその向きにし、レーザーポインティングの不確実性を減らすことができます。星を自動的に見つけることができる赤道マウントを備えた望遠鏡の場合、特定の修正によって、フィードバック信号の強さに応じて自動的に配置することもできます。
  望遠鏡の欠点は、風上に大きな領域があり、わずかな外乱によって遠方の場所が急速に移動し、通信が中断されることです。

  
  

  
  
  この図では、以前に完成したレーザー変調回路とレーザーモードを8インチの反射望遠鏡に組み込みました。それはそれ自体安定した調整可能な荷重プラットフォームを提供します。

   

  5.2三脚を使用する
  
  一番早く標準的な三脚を使用しようとしましたが、調節の際にオーバーシュートやバウンスがしばしばありました。 最後に、ロンと私は、長距離照準に必要な高精度と再現性を提供する調整機構を作った。
  
  
  この調整機構は主に、高密度ポリエチレンでできていて、台所用の裁断板にあります。 この材料は、動摩擦および静摩擦がほとんどなく、可動部品への使用に適しています。スライダは、高精度のねじとねじ込みで正確に直交方向に調整されています。 糸がかみ合っているときのガタを減らすために、弾性バンドでスライダに一定の張力をかけ始め、金属製のスプリングに変更しました。

  6、サンプルオーディオ

  100キロ以上の通信を完了するためにレーザーポインタを使用しました。最大の記録は172マイルでした。
  
  2007年9月3日の通信記録、107マイル離れたところ：
  
  http://www.modulatedlight.org/optical_comms/revisiting_the_107_mile_path.html
  
  
  
  通信ルート
  
  
  
  著者Clintは、実験現場で受信場所を観察します
  
  http://www.modulatedlight.org/optical_comms/optical_insipiration_20070903_laser_pointer1b.mp3
  
  このオーディオクリップは、標準的なレーザーポインターを使用して送信され、8インチ反射望遠鏡と位置合わせされます。 左のチャンネルはオリジナルのオーディオで、右のチャンネルは受信した信号です。
  
  0：00-0：29：1khzのオーディオ信号がレーザビーム上で変調される。 望遠鏡でレーザービームを照準しようとしています。 最初の数秒で、調整された信号がピークに達するまでレシーバーの表面を横切ってレーザービームが聞こえます。
  
  0：29-0：58：ロバート・マイヤーズの音楽「Children」
  
  0：58-2：20：音声通話は、空気密度によって引き起こされる信号のちらつきがかなり深刻だと感じることができますが、音声の明瞭さは悪くありません。 これは主に、声を認識するときに脳が自動的に欠けている部分を埋めるためです。

  7、愛好家のためのアドバイス

  初心者は短距離通信から始まり、徐々に通信距離を伸ばすことが推奨されています。これは、初心者が通常は手元の機器を過大評価または過小評価するため、スキルを磨き、機器の機能と限界を理解するのに役立ちます。

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