15W pulsed laser experiments

 

LASERS A SEMI-CONDUCTEUR EN MODE IMPULSIONS

 
 

LASERS A SEMI-CONDUCTEURS :

LASERS A IMPULSIONS.                                                                                                                                            warning

 

Apres avoir décrit des émetteurs laser simples destinés à des essais de communication sous faible lumière, nous allons maintenant détailler la réalisation d’un émetteur un peu plus complexe permettant des expérimentations passionnantes comme la réalisation de QSO par échos sur les nuages et les essais de communication en plein jour.

Le composant essentiel qui devra être approvisionné est une diode laser infrarouge "Pulsed Wave Mode" de plus de 12 watts crête fonctionnant sur 900 nm. (fournisseur «Information Unlimited» aux USA).

Pour survivre, la LD650 doit toujours fonctionner en dessous des limites suivantes :

- Intensité d’impulsion maximale 40 Ampères crête

- Durée maximale de l’impulsion à mi-hauteur : 200 nS

- Fréquence de répétition maximale pour ces valeurs : 400 Hz

La mise au point de ce montage nécessite un oscilloscope possédant une synchro correcte et capable de monter au minimum vers 20 MHz.

 

 

ph9          fig2

Essais Tx et RX                                                         Diode laser pulsée         

 

Principe de fonctionnement.

Le principe de fonctionnement consiste à décharger cycliquement dans la diode laser un condensateur pré chargé sous plusieurs centaines de volts. Des impulsions extrêmement brèves et intenses peuvent ainsi être créées.

Le montage électronique doit assurer les fonctions suivantes :

A) Charger rapidement le condensateur sous plus de 350 V entre chaque impulsion.

B) Décharger ce condensateur au moyen d’un thyristor ultra rapide possédant un temps de monté en courant supérieur à 300 A par microseconde

D) Couper la charge du condensateur pendant la durée de l’impulsion pour assurer le désamorçage du thyristor.

E) Commander la gâchette du thyristor suivant une fréquence synchrone avec celle fournie par la carte son d’un PC. (Codage du signal pour traitement FFTDSP en réception).

Les fonctions A et D sont assurées par un transistor haute tension 2N3439. Pendant le temps off du thyristor son gain libère un courant assez important à travers une résistance de 4,7 K 2W permettant une charge rapide du condensateur. Ce condensateur qui ne doit jamais dépasser 33 nF doit avoir une résistance interne la plus basse possible et tenir au moins 400 V. Des condensateurs céramiques ne conviennent pas. Pour réduire la résistance interne on peut grouper 3 condensateurs de 10 nF en parallèle. Des condensateurs MKP ( polypropylène ) ou mieux  MKS ( polystyrène ) sont recommandés. Les connexions de la boucle : masse - condensateurs - diodes 1N914 - thyristor - diode laser - résistance de mesure (1 ohm) - masse, doivent être courtes et de section suffisante. Lorsque le thyristor conduit, le courant traversant les 3 diodes 1N914 connectées en parallèle créé une chute de tension qui bloque le transistor HT. Il ne faut surtout pas les remplacer par d’autres types. Leurs temps Tq Tr permet une commutation propre du transistor HT sans risque de réamorçage du thyristor.

La fonction B, décharge du condensateur, est assurée par un thyristor ultra rapide BTW27–600R. Ce modèle est assez ancien mais d’autres comme le moderne S6A13 de TOSHIBA avec son temps de monté de 750 A par microseconde devrait être bien plus performant ?

La fonction D, commande de gâchette, est assurée par un simple multivibrateur extrêmement asymétrique dont les courtes impulsions de sortie sont amplifiées. L’objectif consiste à fournir des impulsions de quelques microsecondes sur la gâchette du thyristor avec une fréquence de répétition de quelques centaines de Hz asservie par la sortie carte son d’un PC. Ces impulsions doivent être très courtes et d’intensité juste suffisante pour un bon déclenchement car elles traversent la diode laser. La diode 1N4007 placée en inverse assure la protection contre des tensions transitoires dangereuses. Le transfo d’impulsion est bobiné sur un tore en ferrite de 18 mm de diamètre récupéré dans une alimentation de PC hors d’usage mais ce n’est pas un élément critique. Le choix du vieux transistor tourelle VHF 2N3375 utilisé comme driver a été dicté par la présence de composants traînant au fond du tiroir… Bien d’autres transistors rapides de quelques Watts devraient convenir. En injectant dans l’entrée du multivibrateur, avec un niveau convenable, le signal de sortie de la carte son d’un PC (ex : programme « JASON » de I2PHD en mode Tx sous 330 Hz) on peut « accrocher » sa fréquence d’oscillation. « JASON » n’a alors aucune difficulté à piloter le multivibrateur suivant les très faibles excursions de fréquences de son codage. Pour ceux qui ne souhaiteraient pas utiliser un PC pour piloter la modulation, le montage de la figure 6 utilisant un simple UJT suffit. Le photo coupleur de commande peut être remplacé par un simple contact de relais. En liaison laser, un changement de note en FSK lent est bien plus facile à extraire du bruit qu’un simple découpage d’une tonalité fixe en CW car la scintillation atmosphérique a tendance à hacher le signal en une multitude de faux caractères.

 

fig4b

 

Les essais sont d'abord réalisés en remplaçant la diode laser par une simple diode 1N4007. On vérifira ensuite à l'oscilloscope l'amplitude et la durée des pulses au bornes de la résistance de 1 ohm. La valeur de HT et la valeur du condensateur de décharge déterminent ces caractéristiques. On montera ensuite la vraie diode laser sur son petit radiateur de refroidissement et la lentille de focalisation. Ensuite... mise à feu… On tourne la diode laser dans une direction sécurisée et hors de vue. A ce stade le port d’une paire de lunette de protection est obligatoire.

 

 

fig6

 

     Variante du déclencheur de thyristor

 

 

 photo7

  

Mesure du pulse aux bornes de la résistance de 1 ohm.

 

 

 

photo6

  

Aspect d'une impulsion correcte

 

 

 




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