Галерея голограмм

О голографии

Студии голографии

Голография - виртуальная галерея
Главная страницаСвязьФорумАрхивEnglishПоиск

Запись голограмм лазером из DVD: тернистый путь

Автор: В. В. Войтенко.

Статья "Запись голограмм полупроводниковым лазером HL6501MG" однозначно показывает: полупроводниковые лазеры использовать для голографии можно и должно. Однако на современном этапе у желающих реально применить для записи голограмм лазер из DVD, возникает ряд трудностей. Первая проблема связана с труднодоступностью указанного в статье диода, который вообще нельзя купить, например, на Российском рынке. Кроме того, отдельные диоды для DVD в Россию поставляются сравнительно редко, опять же в связи с отсутствием спроса. Возникает справедливый вопрос – нельзя ли извлечь диод, например из неисправного пишущего DVD привода, которых на нашем рынке много и нет таких проблем с приобретением. После решения вопроса с приобретением, нас поджидает вторая трудность – обеспечение требуемых параметров работы диода с целью получения характеристик пригодных для голографической съемки. И, наконец, третья проблема – получение относительно однородного пучка света без пятен и других дефектов, влияющих на эстетическое качество снимка. В настоящей статье приведены способы преодоления указанных трудностей.

Приобретение диода
Итак, мы приобрели неисправный DVD привод. Конечно, необходимо взять привод с функцией записи DVD, так как именно в них используются мощные лазерные диод видимого красного спектра. Как извлечь из него диод? Для начала убедимся, что диод стоит извлекать. Для этого можно, вынув начинку привода из корпуса, подать на нее питание, и выдвинуть-задвинуть трей кнопкой (если она работает, конечно). После задвигания трея на линзе мы увидим хорошо заметную красную точку, которая светится несколько секунд. Обычно в современных приводах определение наличия диска в приводе производится видимым красным лазером, свечение которого нас и интересует. Как правило, это тот самый красный лазер, который мы и хотим извлечь. В режиме чтения он работает на малых токах, и для зрения неопасен. Так что если свечение хорошо заметно, можно быть уверенным, что лазер не поврежден.
ОСТОРОЖНО! Встречаются неисправности привода, когда сразу после включения диод запитывается на полную мощность и так светит. Старайтесь при включении не смотреть фронтально в линзу – в таком случае Вы не получите ощутимого ослепления при указанной неисправности.

Вообще, если привод считывает хотя бы один диск, то нужный нам лазер исправен. Если даже диод не светит – не отчаивайтесь, неисправность может быть, например, в плате электроники, и можно все равно его извлечь. Анализ нескольких десятков неисправных приводов показал, что неисправность красного диода составляет не более 5% от общего количества, инфракрасный диод выходит из строя гораздо чаще, а он нам не нужен. Процедуру извлечения диода из головки мы не станем детально описывать, так как конструкции головок могут существенно отличаться. В основном это сводится к следующим процедурам:
а) определение какой из диодов красный – в принципе можно извлечь оба и затем включить. Также он может быть помечен, например зеленой точкой поблизости или надписью,
б) отпайка от диода шлейфа и припайка проводов. Естественно, это удобно делать после извлечения головки из привода. Хорошо припаять провода к диоду, и подключить параллельно обычный диод встречно и керамический конденсатор небольшой емкости – это позволит избежать проблем связанных со статическим электричеством, и лучше это сделать с обоими диодами, не извлекая их из головки. Минус диода чаще всего на корпусе, а плюс определяется по наличию пропускания тока в режиме проверки диодов на тестере – обычно показывает в районе 1400 ом, в то время как на втором крайнем контакте либо обрыв, либо 600 ом (это фотодиод). От цифрового тестера диоды не выходят из строя,
в) тестовое включение диода. Блок питания описан в статье. Следует подавать ток 70-80 мА. Определяется исправный красный диод по хорошему свечению,
г) собственно извлечение диода. В процессе извлечения диода старайтесь оставить его с той пластиной, в которую он обычно вставлен (небольшой радиатор).

Проверка диода
Теперь у нас есть диод. Можно ли его использовать для голографии? Приведенный в вышеупомянутой статье тип диода изначально одночастотный. Однако для работы DVD привода такой режим не является обязательным. В современных 16-скоростных приводах используются диоды мощностью 240 мВт в импульсном режиме, при питании постоянным током они могут отдать не менее 100 мВт мощности. Одночастотные диоды на такую мощность на момент написания статьи слишком дороги и в простых серийных приводах не применяются. Так что же, мы зря извлекали диод? Оказывается, существуют экземпляры диодов, которые при определенных условиях выдают вполне узкий спектр, пригодный для целей голографии (с глубиной когерентности более 15 см). Как часто встречается такой экземпляр? Исследования около 50 диодов показали, что лишь не более трети диодов совсем непригодны для голографии. Из оставшихся диодов не менее половины будут иметь выходную мощность для голографии не более 40 мВт. И лишь одна треть из общей массы даст нам экземпляр с мощностью 50 мВт и более, пригодный для профессиональной работы. Исследования и теория показывают, что спектр диода зависит от температуры и тока через диод. Авторами были проведены детальные исследования этой зависимости для «удачных» диодов. Результаты показывают, что на каждые примерно 10 градусов, обычно есть диапазон температур шириной в 1-2 градуса, при котором спектр пригоден для голографии в некотором диапазоне токов через диод. Вариации тока производились в диапазоне от 60 до 180 мА. Температура менялась в пределах от -15 до +50 градусов Цельсия. Диапазон пригодных токов обычно не превышает 15-30 мА и также сильно меняется внутри трубки 1-2 градусов. Также, есть диоды, которые допускают больший ток при повышенных температурах, а есть которые работают при пониженных. Кроме того, возможно существование двух непересекающихся диапазонов токов одночастотного режима при некоторой температуре. Таким образом, конкретные параметры заданного экземпляра диода можно узнать только экспериментально, например авторы задавали температуру при помощи элемента Пельтье, а спектр проверялся интерферометром Фабри-Перро. Также, проверять и градуировать диод имеет смысл окончательно только в готовой собранной установке, иначе изменение температурных градиентов приведет к большой температурной погрешности. Предварительную же проверку можно провести и не монтируя диод, при любой произвольной температуре. Зажав диод (с минирадиатором) в тиски, автор проверял спектр, варьируя ток, затем подносил близко работающий паяльник для нагрева, устанавливая ток примерно 100-110 мА. В процессе постоянного изменения токов или температур можно заметить временное улучшение спектра (см. статью, упомянутую выше), и тогда можно диод исследовать более тщательно. Если спектр плохой, то такой диод лучше отложить (если есть другой), хотя возможно он просто требует охлаждения, а не нагрева.

Установка диода
Мы нашли диод, в принципе имеющий необходимые нам параметры. Для выяснения численных значений оптимальных токов и температур, необходимо иметь возможность менять произвольно температуру диода. Кроме того, надо позаботиться об отводе (или подводе) тепла от диода, измерении температуры, механической защите диода при сохранении вывода излучения наружу. Для работы в условиях пониженных (на диоде) температур, он должен быть защищен от выпадения росы. В процессе съемки, температура диода не должна меняться более чем на 0,01 градус. Выходное оптическое окно не должно портить спектр. Достижение требуемых параметров вероятно, возможно различными способами, поэтому приведем конструкцию авторской установки, успешно реализующей заданные условия, в которой температуру регулируем элементом Пельтье. Для установки в прибор, диод после первичного обследования извлекается полностью из радиатора, защитное стекло пока цело.

Конструкция модуля
Диод впаивается в медную конструкцию, примерный вид которой приведен на фотографии. Конструкция состоит из двух спаянных припоем ПОС-61 медных пластин, одна из которых с вырезом другая с отверстием под диод и позволяет вывести токоподвод с нижней стороны блока, прилегающей к элементу Пельтье, а излучение с торца. Сбоку просверлено отверстие для датчика температуры (он слева). Сверху видна срезанная медная трубка, закрытая на клею стеклом под углом, и также припаянная. Скос позволяет уменьшить помехи от переотражений. В качестве стекла можно применить кусочек голографической пластинки, отмытый от эмульсии. Так называемые «покровные» стекла (толщина 0,1-0,2 мм, как на фото) использовать нельзя, поскольку из-за малой толщины в них сильные переотражения в виде полос, и много дефектов. Сначала диод впаивается легкоплавким припоем, например сплавом Розе (плавится при 95 градусах). Отверстие под диод залуживается этим припоем, и затем блок нагревается до 100-110 градусов паяльником (удобно контролировать уже вставленной на термопасте термопарой). Диод вставляется в отверстие и блок остывает. Затем из диода выбивается стекло (оно могло загрязниться при установке), и сразу наклеивается внешнее стекло на скошенную трубку. Конечно, желательно как можно более тщательно очистить поверхность стекла от пыли, и избегать попадания ее вовнутрь. В любом случае, пылинки могут сесть. Избавиться от них можно небольшим сдвигом стекла на чистую область, пока клей не застыл. В принципе, таки трудности нужны чтобы не использовать пинхол для последующей очистки пучка, и конечно на 100% мы не избавимся от пятен. Хотя практика показывает, что источник достаточно чистый для реального применения. Затем собранный блок прикрепляется прижимом к элементу Пельтье и радиатору. Элемент Пельтье можно использовать любой, желательно не очень мощный (холодопроизводительность достаточна 10 Вт), но лучше, чтобы он был с герметизацией. Работающий блок показан на фото сверху. В качестве прижимной пластины использована компонента разобранного привода дисков. После этого термоблок необходимо обклеить термоизоляцией. Для того чтобы уменьшить расстояние от установки до объекта, после стекла ставится еще одна линза. Автор использовал «рассеивающую» линзу из средней части фотообъектива. Пространство между стеклом и линзой герметизируется, осушается силикагелем, и служит для того, чтобы передняя поверхность линзы не потела при низких температурах диода. Результат приведен на фотографиях. На передней части приклеена бленда от объектива с крышкой, играет защитную роль при хранении. В результате, конструкция позволяет получить спектр неплохой чистоты и равномерности, снизу приведена фотография листа А4, освещенного с расстояния 60 см. Как видим, нашим источником можно будет вполне снимать голограммы размером 18х24, а если отодвинуть дальше то и большего размера.

Сборка установки и съемка
Теперь, когда у нас получился работающий лазер, его можно окончательно исследовать, и собрать установку. Температурные испытания показали, что очень хороший спектр у данного диода получается в диапазоне температур 4-6 градусов, при токе не ниже 117 мА. Питание элемента Пельтье, конечно, лучше было бы осуществлять от регулятора температуры. Однако его у авторов не было, и элемент питался просто от источника тока 12 В через переменный резистор 47 Ом 25 Вт. Рекомендуем использовать не менее 50 Вт, поскольку при длительной работе наш нагревался до 70 градусов и выше.
Внешний вид установки для съемки по методу Денисюка приведен на фото. Вся конструкция была испытана в кладовке.

Съемка
Ну вот, наконец, можно делать снимок. Для того чтобы достичь заданного режима диода, подбиралось вручную сопротивление резистора, до достижения нужной температуры. Требовалось не более 15 минут на поиск нужного положения. Однако за последующие два часа ток приходилось периодически увеличивать, ввиду нагрева радиатора. После 10 минутной выдержки, можно экспонировать. Экспозиция длилась 5сек, получены снимки очень приличного качества (на снимке внизу – первый результат). Пятен и полос практически не заметны, видимые дефекты на фотографии происходят от отражения на стекле и пыли. Снимок яркий и четкий, без полос интерференции. Проводилась съемка объектов глубиной до 9 см, на пластинки формата до 18х24 см, получены устойчиво повторяющиеся хорошие результаты.

Выводы
В результате проведенных исследований, доказана возможность использования диодов, извлеченных из неисправного привода DVD, для профессиональной голографии. Были опробованы четыре разных конструкции лазерного блока, но блок, описанный выше, показал наилучшие результаты. Решен ряд основных задач. Выяснено, что для работы вполне достаточно измерителя температуры не точнее 0,5 градусов, с шагом 0,1 градус. Точность измерения тока составляла 1%. После градуировки, достаточно поддерживать температуру в заданном диапазоне, и ток, что позволяет отказаться от непрерывного контроля спектра. В дальнейшем, предполагается переход к автоматическому регулированию температуры, автоматической экспозиции и измерению освещенности, что позволит довести показатели установки до профессионального уровня, и использовать ее в качестве альтернативы гелий-неоновому лазеру.
Автор выражает благодарность Сергей Петровичу Воробьеву за неоценимую помощь в написании статьи, техническое руководство в проведении экспериментов и предоставление для работы интерферометра Фабри-Перо.