转自EEPW论坛--国外牛人超强DIY:一支激光笔实现千里传音
原帖地址http://forum.eepw.com.cn/thread/224641/1你相信一根普通的激光笔能够在空气中将声音传输100英里之遥吗?我们做到了，并且相信你也能做到。
1 半导体激光器
一般光纤通信的光源都是激光，但在大气中通信时，二极管产生的非相干光有时比激光好用。主要的原因是大气密度的变化会破坏激光的相位相关性，并导致亮度的随机波动，有可能破坏光束中包含的信息。其次，远距离通信时需要大直径的光束但是将相干光扩束并不容易，这需要使用非常精密的镜头并增加重量和成本。
即使有这些缺点，用常见的激光笔进行光通信仍然是很有吸引力的事情，它们价格便宜，现成易得，功耗低，较为安全，并且容易靠pwm技术调制。最后也是最重要的一点，激光通信多酷啊!
价格最低廉的红色激光笔非常理想，它们产生的准直光束即使只有几毫米的直径，但也能在相当远的距离用肉眼观察到，气候良好时可视距离可以远达100公里。
2 激光调制-解调电路
传输音频信号的简易方法是调幅加上脉宽调制。在图中可以看到一个基于激光器的调幅-脉宽调制电路，它由Ron(K7RJ)设计，目的是尽可能用简单现成的零件加上一个激光笔传输声音。这个电路包含一个基于光电二极管的光接收机。但是由于电路的主要目的是示范调制电路，而没有在灵敏度上下功夫，也没有聚焦镜头，所以通信距离很短，只有大约100米。
想要获得更为优越的通信性能的话，可以考虑下面的电路和光学部件。
为语音带宽优化的高灵敏度光接收机。
3 激光器布线安装
低功率的激光器容易在很多地方找到，但是要将它拆出来安装不一定容易。激光笔或者激光教鞭可能是其中最容易改装的一种。需要注意的是激光笔并不是激光器与电池的简单串联，通常会有简单的限流电路。该电路通常包括几个晶体管，但是一些最便宜的激光笔只有一个简单的限流电阻。有趣的是，昂贵的激光笔在这里不一定适用，它们有复杂的保护恒流电路，这些电路将会严重影响激光器的响应速度，所以请尽可能找足够便宜简易的红色激光笔。
很遗憾从我这个激光笔里不容易拆出激光模块，所以打算在里面装进个“假电池”然后引出电源线。我找个一根直径和激光笔原先用的AAA电池一样的圆木棍，然后按长度切下一段，沿长度方向切割浅槽并嵌入电线，两端制作电极,最后将假电池装入激光笔里，将激光笔的按钮用胶带固定在开启的位置，并将假电池引出的电源线接到旁边装有驱动-调制电路的塑料小盒里。
4 短距离激光通信
刚开始玩这个的话，建议从短距离通信开始尝试，比如说自家院子，或者几百米的范围。实验时要注意激光的去向，即使是非常低功耗，看起来“无害”的激光，如果照射到远方的道路或者机场上，一瞬间的分心仍然有严重的危险。
短距离测试的一大好处就是可以直接看到激光器和激光的照射点，极大的简化了瞄准过程。建议在调试时准备双向对讲机，或者也可以在发射和接收端之间用手机联系，只要不在意话费!
一个实用的建议是准备一些容易辨认的目标，比如反光胶带，自行车尾灯，反光板之类，这些装置上带有角反射器，被激光照射时非常明亮，能够帮助你在黑暗中找到远处的目标。
这时你应该可以注意到激光的定向性即使在短距离也非常明显，发射端的一点挪动就会造成接收端光斑的巨大偏移。
5 长距离激光通信
距离进一步增加时，没法直接看到光束的照射点，从而需要依靠接收端的反馈调整激光方向。这样的距离上必须依靠精密的调整对准方向，否则差之毫厘，就谬以千里了(LED光源在这方面有优势，因为在远处的光斑很大)。
怎样将激光精确指向目标是个复杂的问题，简单起见这里将介绍两种适于业余者的方法：
5.1 使用望远镜
将激光笔捆在望远镜上，经过仔细调整之后可以将望远镜的光学轴线与激光束调整平行，这样就可以用望远镜寻找接收地点提供近似的指向，减少激光指向的不确定性。对于带有赤道仪，能够自动寻星的望远镜，还可以通过一定的改造让它依据反馈信号的强度自动定位。
望远镜的缺点是有很大的迎风面积，即使轻微的扰动也可能引起远处的光斑迅速移动，从而中断通信。
图中我们把之前做好的激光调制电路和激光模组装到了一架8英寸反射望远镜上，望远镜本身提供了一个稳定可调节的负载平台。
这是个久经考验并被多次复制的电路，在2~3kHz上有很高的灵敏度，适合语音和低速数字通信，可做参考：
这是个纸板和菲涅尔透镜组装的镜头系统，简单但是性能优越，我们用它接收过172公里远的光信号。
5.2 使用三脚架
最早的时候我们试图使用标准三脚架，但是它们往往存在调节时的过冲或反弹。最后我和Ron自制了一个调节机构，以提供远距离瞄准所需的高精度和可重复性。
这个调节机构大部分由高密度聚乙烯制成，它可以在厨房砧板上找到。这种材料具有很小的动态和静态摩擦，用在移动部件上很合适。滑块通过高精度的螺杆和螺纹连接，可以在正交方向上独立做细微的调整。为了减小螺纹咬合时的回差，开始我们用松紧带对滑块预先施加一定的拉力，后来改用了金属弹簧。
6 示例
我们多次用激光笔完成了超过100公里距离的通信，最大的纪录是172英里。
作者Clint在实验现场观察接收地点
这个片断使用标准的激光笔传输，对准的时候使用了8寸的反射望远镜辅助。左声道是原音频，右声道是接收到的信号。
0:00-0:29：激光束上调制了1khz的音频信号。试图借助望远镜瞄准激光束。最初几秒可以听到激光束在接收器表面掠过，直到调整后信号达到峰值。
0:29-0:58：罗伯特•迈尔斯的音乐"Children"
0:58-2:20：语音通话，可以感到空气密度导致的信号闪烁相当严重，但是语音的清晰度还不错。这主要是我们的大大脑在识别语音的时候会自动补全缺失部分。
7 给爱好者的建议
建议新手从短距离通信开始并逐渐增大通信距离，这可以磨练技能并且帮助了解自己设备的能力和限制，因为新手通常会高估或者低估了自己手头的器材。
如果刚开始的时候没有成功，不要放弃。失败是成功之母，即使是一次失败的实验，它提供的收益和成功的实验一样多。
最后，既然我们能实现，那么你也可以。 真牛的说、、、、、 大一的时候参加设计大赛搞了个激光笔通信的，至少能传个几百米，得了个一等奖。好多年过去了。{:lol:} 几年前试过激光通信，大概2、300米，对准是个大问题 国内有牛人做过激光窃听，在对面楼上用激光照射被窃听房间窗户玻璃，分析反射回来激光信号，将被窃听房间里说话声音对玻璃产生的震动还原出来，最终播放出被窃听房间里的声音。这个多牛啊 yiming988 发表于 2013-6-5 23:56 static/image/common/back.gif
国内有牛人做过激光窃听，在对面楼上用激光照射被窃听房间窗户玻璃，分析反射回来激光信号，将被窃听房间里 ...
我只在电影里看过。。 孤独_求败 发表于 2013-6-6 08:28 static/image/common/back.gif
我只在电影里看过。。
+........... 牛人可不是一般的多啊。{:lol:} 激光窃听做一个吧，有前途 忘传图片了 坛里牛人很多么 关于激光的研究是一种趋势，很值得大家去深深的研究
小舅子毕业于武汉船舶激光专业的，毕业后就开始和激光器打交道，技术津贴很高，因为行业的人不多；
他对行业的陈述是这样的：由于国内的激光器【光源有些部件还不是非常理想，所以发展空间非常大】，
武汉光谷正在壮大，特别是激光应用越来越普及，里面还有非常非常多的课题可以探索，几乎发掘不完，
单单一个专科毕业生都出现人才紧缺，这个行业还是挺有潜力的。专业出来后基本上分为应用和娱乐2个专业方向。
-----------------------------【一则我身边的激光才子故事--悲剧】-----------------------------------------------------------------------------------------
一位远亲当时在也是在激光研究中发现一个特征，据说是行业非常领先的突破，但是当时国内实验环境稀缺，
一直没有办法做出论证实验，时间整整拖了2年，在家喝稀饭要昨天的馒头，结果被国内同行嘲笑，收了很多委屈，
迫于行业嘲讽的压力，忍不下气，就去了国外，用了半年把实验搞出来了，某国的光谷工业园的开头字母就是他的名字冠的噢，
当时生产出来的实验器件被偷偷引回国内做破解研究的时候，同行才知道是他的杰作，后面才动员他回国，并给予保护。
结局是：他看不见自己是回来搞科研，还是是用于生蛋？后面他换了国籍，甚至离开了我们家族，他说自己可以死在科学圈里，但不想再受气。 不错啊 哈哈想搞一个 fuyufu 发表于 2013-6-6 14:17 static/image/common/back.gif
关于激光的研究是一种趋势，很值得大家去深深的研究
小舅子毕业于武汉船舶激光专业的，毕业后就开始和激光 ...
我。。。现在是激光专业研究生、、、、实验室是做半导体、光纤激光器的，据我了解，没有你说的那么牛了，师兄们毕业，在北京工资高的7K，低的5K，前景是不错，但是行业圈子窄，所以整个行业的发展、、、高投资，回报么却。。。。一个单管激光器，就得几千上万，特种光纤，1m也得几千上万的，没有钱就根本搞不起。。。。我们研究生的定位：高级熟练工{:lol:} 中国的空气质量?我不信可以传这么远. 最早的激光通信就是这样的，后来发现这样受环境的干扰太大，不可靠，后来就发明了光纤。。 本帖最后由 fuyufu 于 2013-6-6 16:22 编辑
kpzclxtx 发表于 2013-6-6 14:35 static/image/common/back.gif
我。。。现在是激光专业研究生、、、、实验室是做半导体、光纤激光器的，据我了解，没有你说的那么牛了， ...
按您的学历等级，感觉您将来一定会是激光业的高手，相信我，你会成功的。
感觉您是一个很OPEN的人，有了这个心理素质，成大事很容易。
确实，想做做激光实验还真不是小小的个体捣鼓得起的。
您可以继续往更微观的环节研究研究，
-----------------------------附注故事分享----------------------------------------------
不一定用大项目的案例来撼动整个行业，
通过一个部件的改良，成为全国最棒的解决方案高手也是可以的，
用最简单的事情成为顶尖的人才。
举例：
泉州有个技术员，一直攻克《金属与非金属的激光焊接》，很多时间被说是疯子，
因为作品没有出来之前，谁也不知道他在做啥？
其实经过多年的研究，他的作品成功了，他的作品就是复合焊接技术，
这个技术在中国的高速锯片上应用，很受业内欢迎，
几乎可以和进口刀片比寿命了，而且性价比很高，现在代表中国的复合刀片出口国外。
泉州X地方是石材切割的一个大市场，刀片进口量很大，谁会去在意这个小小的锯片？
这个小小的锯片谁又看到了上面的齿轮？
看到齿轮的时候，谁又去研究用什么工艺？
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我也有曾经给身边的同事鼓励一句话：只要一剂小小的毒针，足以放倒一只大象的。
行业到处都是巨人，但是他们已经无暇再去防御一个小小的毒针。
直线可视距离不是120公里吗？难道激光可以拐弯吗？ qijun 发表于 2013-6-6 20:18 static/image/common/back.gif
直线可视距离不是120公里吗？难道激光可以拐弯吗？
可能是【100英里=160 934.4米】
---100英里和公里有点区别，看支架的精度预计过1公里已经有点吃力
-要做到公里级的时候，需要考虑空气中的漂浮介质、支架的强度、精度。 在制作3公里数传的时候，因为激光传输没有形成的配件，就采用了2.4GWIFI设备（AP网桥）；
我采取的是【（14DB增益的小锅+2.4G双向功放）X2】分别安装于楼顶和堆场岗亭屋顶；
使用1年下来挺稳定，可以达到4M带宽，传输视频和云台控制信号，
第二年的时候问题就开始不断了，因为镀金PCB已经出现老化、接插件生锈、支架抖动变形。
所以我理解上，激光器件和定向天线有几分相似，都是在一个直线上传输载波。 yiming988 发表于 2013-6-5 23:56 static/image/common/back.gif
国内有牛人做过激光窃听，在对面楼上用激光照射被窃听房间窗户玻璃，分析反射回来激光信号，将被窃听房间里 ...
这么牛啊、、、、 听上去，很牛b!! fuyufu 发表于 2013-6-6 16:19 static/image/common/back.gif
按您的学历等级，感觉您将来一定会是激光业的高手，相信我，你会成功的。
感觉您是一个很OPEN的人，有了 ...
呵呵，你高看我了，目前学历水平不代表能力，自己感觉目前还是在实验室打酱油，所以除了实验室工作，闲暇时间就混在论坛里，赶紧提高第二技能，自己也在给实验室做点小东西减小开销、、、 本帖最后由 fuyufu 于 2013-6-7 12:19 编辑
kpzclxtx 发表于 2013-6-7 10:02 static/image/common/back.gif
呵呵，你高看我了，目前学历水平不代表能力，自己感觉目前还是在实验室打酱油，所以除了实验室工作，闲暇 ...
有学历就是一块好的敲门砖，加上专业比较前沿，在特殊行业会被当大仙看待
我就悲剧了，遇到04年教育政策问题
（当时专业课全满贯的破全市纪录，但是英语64分，差1分过控制线，结果就没能上本科，当时的专升本只能应届生参加，06年才有非应届回炉一说），
，都出来闯荡了，怎么还有心思去修学历呢？
所以到09年创业的公司倒闭的时候，才补完自考本科，
现在国企忽悠，因为学历不行，在“空降兵”面前我们永远都是“土八路”。
动手能力就算靠谱一些，但前程已经是固定了。
所以你的机遇很大噢
你我在这个论坛上的相遇，好比“土八路”遇到“正规军”，你的优势绝对在我军之上，
哈哈，我头发早白了，论坛的照片是我念书时候的照片，当时太阳穴两边都泛白了。
08年捞金的时代，我们这波学生创业公司却倒了大半数，
年轻气盛、思维短浅、看事情的角度不够宏观，废了 fuyufu 发表于 2013-6-7 12:07 static/image/common/back.gif
有学历就是一块好的敲门砖，加上专业比较前沿，在特殊行业会被当大仙看待
我就悲剧了，遇到04年教育政策 ...
创业是挺好，但是没有经验确实不靠谱，但是等有经验了，却很少有人再有年轻时候的气魄了；我们学生其实挺羡慕你们工作了有经验的人的；认识你很高兴、、、、{:lol:} 这个东西我早就设想过。。。当年做项目，干扰大过不去，整天瞎想，想过无线，也想过光 kpzclxtx 发表于 2013-6-7 23:55 static/image/common/back.gif
创业是挺好，但是没有经验确实不靠谱，但是等有经验了，却很少有人再有年轻时候的气魄了；我们学生其实挺 ...
有时间加QQ认识，华工激光和院校合作很紧密，你可以到那边认识些朋友，对以后创事业有帮助。 标记一下 fuyufu 发表于 2013-6-8 11:31 static/image/common/back.gif
有时间加QQ认识，华工激光和院校合作很紧密，你可以到那边认识些朋友，对以后创事业有帮助。 ...
恩呢，，，QQ245661196 先標記，感覺很牛 看完全部帖子
很感慨
现在的条件和环境
真的是年轻人的天下
我们老家伙该退出了~~~~~~~~~~~ 请教一下ls各位，有没有搞大功率激光的？欢迎交流！
编辑原因：修改错别字和标点符号
本帖最后由 mubei 于 2013-6-16 22:48 编辑这个目前最大的缺点是发射和接收必须正对窗户玻璃，这对窃听来说带来诸多不便，而且照射窗户玻璃非常容易受干扰。目前最新的研究方向是用某种波长激光穿透玻璃照射到房间内物体上，然后根据物体的振动反射激光来窃听。 youpeng 发表于 2013-6-16 22:17 static/image/common/back.gif
请教一下ls各位，有没有搞大功率激光的？欢迎交流！
看到你消息了，目前200W以上的二氧化碳、固体、半导体、光纤都能实现的，半导体效率相对固体高一些，但应用上其实是就具体问题来说的，但是也不是说某种应用必须是某种激光器，和波长相关，比如激光切割可以用二氧化碳、固体、半导体、光纤；目前光纤激光器发展比较快，优点多，你说的民用我不知道具体哪方面的，大型的加工的话现在半导体用的多，光纤前景好但价格贵一些，建议去美国IPG公司官网了解一下；；
以上是比较贴金的说法，我的理解 这个行业，投资高，但高在原材料上，一般工程师的待遇不是特别好，烧钱的行业，国内光纤实验室研究的还行，至于实际的产品，还有待发展、、、国内状况去中国激光网看看，但官方的不可全信的、、嘿嘿
你也是学生还是？准备入行？
你说的比较泛，具体点吧 呵呵 yiming988 发表于 2013-6-5 23:56 static/image/common/back.gif
国内有牛人做过激光窃听，在对面楼上用激光照射被窃听房间窗户玻璃，分析反射回来激光信号，将被窃听房间里 ...
光电设计大赛的一个题目就是这个 前几天看到个酒吧门前有人穿的象奥特曼一样的衣服在那里表演娱乐用的激光，根据音乐节奏，烟雾，配合手，身体的反光，反射出的绿色，红色激光很是好看，只可惜没当场录下来 mark mark mark mark mark fuyufu 发表于 2013-6-6 14:17
关于激光的研究是一种趋势，很值得大家去深深的研究
小舅子毕业于武汉船舶激光专业的，毕业后就开始和激光 ...
您的这位远亲是谁呀？透露点资料给膜拜下 擦，毕设有过这种类型的课题，不过还是一句话，等我基础打好了，做出来给你们看。 最远记录172英里，那就是超过200公里了。难道这么远的距离竞然不受地球曲率的影响？ 牛牛，盼实现开源
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