1 半導(dǎo)體激光器

一般光纖通信的光源都是激光，但在大氣中通信時(shí)，二極管產(chǎn)生的非相干光有時(shí)比激光好用。主要的原因是大氣密度的變化會(huì)破壞激光的相位相關(guān)性，并導(dǎo)致亮度的隨機(jī)波動(dòng)，有可能破壞光束中包含的信息。其次，遠(yuǎn)距離通信時(shí)需要大直徑的光束但是將相干光擴(kuò)束并不容易，這需要使用非常精密的鏡頭并增加重量和成本。

即使有這些缺點(diǎn)，用常見(jiàn)的激光筆進(jìn)行光通信仍然是很有吸引力的事情，它們價(jià)格便宜，現(xiàn)成易得，功耗低，較為安全，并且容易靠pwm技術(shù)調(diào)制。最后也是最重要的一點(diǎn)，激光通信多酷??！

價(jià)格最低廉的紅色激光筆非常理想，它們產(chǎn)生的準(zhǔn)直光束即使只有幾毫米的直徑，但也能在相當(dāng)遠(yuǎn)的距離用肉眼觀察到，氣候良好時(shí)可視距離可以遠(yuǎn)達(dá)100公里。

2 激光調(diào)制-解調(diào)電路

傳輸音頻信號(hào)的簡(jiǎn)易方法是調(diào)幅加上脈寬調(diào)制。在圖中可以看到一個(gè)基于激光器的調(diào)幅-脈寬調(diào)制電路，它由Ron(K7RJ)設(shè)計(jì)，目的是盡可能用簡(jiǎn)單現(xiàn)成的零件加上一個(gè)激光筆傳輸聲音。這個(gè)電路包含一個(gè)基于光電二極管的光接收機(jī)。但是由于電路的主要目的是示范調(diào)制電路，而沒(méi)有在靈敏度上下功夫，也沒(méi)有聚焦鏡頭，所以通信距離很短，只有大約100米。

大圖請(qǐng)看： http:///optical_comms/LASER_COMM_simple.gif

想要獲得更為優(yōu)越的通信性能的話，可以考慮下面的電路和光學(xué)部件。

為語(yǔ)音帶寬優(yōu)化的高靈敏度光接收機(jī)。

大圖請(qǐng)看： http://www./optical_comms/ka7oei_optical_rx_ver310a.gif

這是個(gè)久經(jīng)考驗(yàn)并被多次復(fù)制的電路，在2~3kHz上有很高的靈敏度，適合語(yǔ)音和低速數(shù)字通信，可做參考：

http://www./optical_comms/Optical_enclosure_cheap_version.html

這是個(gè)紙板和菲涅爾透鏡組裝的鏡頭系統(tǒng)，簡(jiǎn)單但是性能優(yōu)越，我們用它接收過(guò)172公里遠(yuǎn)的光信號(hào)。

3 激光器布線安裝

低功率的激光器容易在很多地方找到，但是要將它拆出來(lái)安裝不一定容易。激光筆或者激光教鞭可能是其中最容易改裝的一種。需要注意的是激光筆并不是激光器與電池的簡(jiǎn)單串聯(lián)，通常會(huì)有簡(jiǎn)單的限流電路。該電路通常包括幾個(gè)晶體管，但是一些最便宜的激光筆只有一個(gè)簡(jiǎn)單的限流電阻。有趣的是，昂貴的激光筆在這里不一定適用，它們有復(fù)雜的保護(hù)恒流電路，這些電路將會(huì)嚴(yán)重影響激光器的響應(yīng)速度，所以請(qǐng)盡可能找足夠便宜簡(jiǎn)易的紅色激光筆。

更多關(guān)于激光器的知識(shí)，參看：

http://www./sam/lasersam.htm

很遺憾從我這個(gè)激光筆里不容易拆出激光模塊，所以打算在里面裝進(jìn)個(gè)“假電池”然后引出電源線。我找個(gè)一根直徑和激光筆原先用的AAA電池一樣的圓木棍，然后按長(zhǎng)度切下一段，沿長(zhǎng)度方向切割淺槽并嵌入電線，兩端制作電極,最后將假電池裝入激光筆里，將激光筆的按鈕用膠帶固定在開(kāi)啟的位置，并將假電池引出的電源線接到旁邊裝有驅(qū)動(dòng)-調(diào)制電路的塑料小盒里。

4 短距離激光通信

剛開(kāi)始玩這個(gè)的話，建議從短距離通信開(kāi)始嘗試，比如說(shuō)自家院子，或者幾百米的范圍。實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意激光的去向，即使是非常低功耗，看起來(lái)“無(wú)害”的激光，如果照射到遠(yuǎn)方的道路或者機(jī)場(chǎng)上，一瞬間的分心仍然有嚴(yán)重的危險(xiǎn)。

短距離測(cè)試的一大好處就是可以直接看到激光器和激光的照射點(diǎn)，極大的簡(jiǎn)化了瞄準(zhǔn)過(guò)程。建議在調(diào)試時(shí)準(zhǔn)備雙向?qū)χv機(jī)，或者也可以在發(fā)射和接收端之間用手機(jī)聯(lián)系，只要不在意話費(fèi)！

一個(gè)實(shí)用的建議是準(zhǔn)備一些容易辨認(rèn)的目標(biāo)，比如反光膠帶，自行車(chē)尾燈，反光板之類(lèi)，這些裝置上帶有角反射器，被激光照射時(shí)非常明亮，能夠幫助你在黑暗中找到遠(yuǎn)處的目標(biāo)。

這時(shí)你應(yīng)該可以注意到激光的定向性即使在短距離也非常明顯，發(fā)射端的一點(diǎn)挪動(dòng)就會(huì)造成接收端光斑的巨大偏移。

5 長(zhǎng)距離激光通信

距離進(jìn)一步增加時(shí)，沒(méi)法直接看到光束的照射點(diǎn)，從而需要依靠接收端的反饋調(diào)整激光方向。這樣的距離上必須依靠精密的調(diào)整對(duì)準(zhǔn)方向，否則差之毫厘，就謬以千里了（LED光源在這方面有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵谶h(yuǎn)處的光斑很大）。

怎樣將激光精確指向目標(biāo)是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，簡(jiǎn)單起見(jiàn)這里將介紹兩種適于業(yè)余者的方法：

5.1 使用望遠(yuǎn)鏡

將激光筆捆在望遠(yuǎn)鏡上，經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)整之后可以將望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)軸線與激光束調(diào)整平行，這樣就可以用望遠(yuǎn)鏡尋找接收地點(diǎn)提供近似的指向，減少激光指向的不確定性。對(duì)于帶有赤道儀，能夠自動(dòng)尋星的望遠(yuǎn)鏡，還可以通過(guò)一定的改造讓它依據(jù)反饋信號(hào)的強(qiáng)度自動(dòng)定位。

望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)是有很大的迎風(fēng)面積，即使輕微的擾動(dòng)也可能引起遠(yuǎn)處的光斑迅速移動(dòng)，從而中斷通信。

圖中我們把之前做好的激光調(diào)制電路和激光模組裝到了一架8英寸反射望遠(yuǎn)鏡上，望遠(yuǎn)鏡本身提供了一個(gè)穩(wěn)定可調(diào)節(jié)的負(fù)載平臺(tái)。

5.2 使用三腳架

最早的時(shí)候我們?cè)噲D使用標(biāo)準(zhǔn)三腳架，但是它們往往存在調(diào)節(jié)時(shí)的過(guò)沖或反彈。最后我和Ron自制了一個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以提供遠(yuǎn)距離瞄準(zhǔn)所需的高精度和可重復(fù)性。

這個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)大部分由高密度聚乙烯制成，它可以在廚房砧板上找到。這種材料具有很小的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)摩擦，用在移動(dòng)部件上很合適。滑塊通過(guò)高精度的螺桿和螺紋連接，可以在正交方向上獨(dú)立做細(xì)微的調(diào)整。為了減小螺紋咬合時(shí)的回差，開(kāi)始我們用松緊帶對(duì)滑塊預(yù)先施加一定的拉力，后來(lái)改用了金屬?gòu)椈伞?/P>

6 示例音頻

我們多次用激光筆完成了超過(guò)100公里距離的通信，最大的紀(jì)錄是172英里。

2007年9月3日的通信紀(jì)錄，距離107英里：

http://www./optical_comms/revisiting_the_107_mile_path.html

通信路線

作者Clint在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀察接收地點(diǎn)

http://www./optical_comms/optical_insipiration_20070903_laser_pointer1b.mp3

• 0:00-0:29：激光束上調(diào)制了1khz的音頻信號(hào)。試圖借助望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)激光束。最初幾秒可以聽(tīng)到激光束在接收器表面掠過(guò)，直到調(diào)整后信號(hào)達(dá)到峰值。
• 0:29-0:58：羅伯特?邁爾斯的音樂(lè)"Children"
• 0:58-2:20：語(yǔ)音通話，可以感到空氣密度導(dǎo)致的信號(hào)閃爍相當(dāng)嚴(yán)重，但是語(yǔ)音的清晰度還不錯(cuò)。這主要是我們的大大腦在識(shí)別語(yǔ)音的時(shí)候會(huì)自動(dòng)補(bǔ)全缺失部分。

7 給愛(ài)好者的建議

建議新手從短距離通信開(kāi)始并逐漸增大通信距離，這可以磨練技能并且?guī)椭私庾约涸O(shè)備的能力和限制，因?yàn)樾率滞ǔ?huì)高估或者低估了自己手頭的器材。

如果剛開(kāi)始的時(shí)候沒(méi)有成功，不要放棄。失敗是成功之母，即使是一次失敗的實(shí)驗(yàn)，它提供的收益和成功的實(shí)驗(yàn)一樣多。

最后，既然我們能實(shí)現(xiàn)，那么你也可以。