Láser como generador de microondas

Pruebas experimentales con modulador láser‭ ‬ como‭ ‬posible‭ ‬generador de‭ ‬armónicos de‭ ‬microondas‭

De los Micrometros a los Thz‭… EA1HBX‭ –‬L.Javier Fitera Paz.‭(‬c‭) ‬2015‭

Seguimos cacharreando con las‭ ‬nanowaves y avanzando‭ ‬cada día un paso adelante.

Este modulador de nanowaves es un circuíto muy sencillo,‭ ‬pero me ha llamado la atención el efecto conseguido por casualidad al efectuar su ajuste,‭ ‬que comento posteriormente.‭ ‬La prueba se ha efectuado en una habitación simple de paredes blancas y a una temperatura de‭ ‬14º.‭

El sistema prototipo‭ ‬consta de un emisor láser de baja potencia y un receptor de fotodiodo separados a unos‭ ‬5‭ ‬metros,‭ ‬éste es el‭ “‬testigo‭” ‬que recibe el audio,el ruído ó los pulsos de nuestro experimento.‭

‬El receptor,‭ ‬un demodulador digital,lleva en su salida unos altavoces alimentados para escuchar amplificadas las señales provenientes del emisor.‭ ‬Éste,‭ ‬es un simple modulador digital de audio a‭ ‬48‭ ‬khz con unos potenciómetro un ajuste fino de tensión y corriente a través del láser,‭ ‬para conseguir ver en un osciloscopio,‭ ‬la señal de salida modulada,‭ ‬sin distorsiones.‭

La primera foto,una pequeña comprobación como la del experimento de la‭ ‬web de Anilandro‭ ‬para detección de microondas o fuentes de ruído como tal,‭ ‬con un detector que consta de un‭ LNB satelital‭ ‬,una‭ ‬aguja de‭ “‬s-meter‭”‬,‭ ‬y un simple láser rojo frontal.‭ ‬Ésta es la preliminar primera prueba,‭ ‬aquí es muy difícil apreciar señales procedentes del láser,‭ ‬a pesar de la alta sensibilidad y ganancia del lnb‭ –‬sobre‭ ‬50dB-‭ ‬y comprobando a ver si por casualidad nos‭ “‬cae algún armónico‭” ‬en el margen de recepción entre los‭ ‬10‭ ‬a‭ ‬14‭ ‬Ghz.‭Ruído, ‬Pero poco o inapreciable a simple vista.Lógicamente, el láser se alimenta con DC y no se modula,se presupone que no aparecerán en este caso.‭‬Veamos.‭

El receptor,‭ ‬situado a unos‭ ‬5‭ ‬mt de distancia,‭ ‬es un simple convertidor DAC acoplado a una antena de bocina de nanowaves,‭ ‬con fibra óptica de guiaonda,‭ ‬y altavoces para la reproducción del sonido demodulado,‭ ‬orientado al Tx,‭ ‬ya comentado en otro artículo en microbandas.‭

El circuito prototipo de prueba de Tx.‭

El circuito consta de un modulador TTL con puertas lógicas a través de un hex-inverter‭ ‬74hc04‭ ‬trabajando con cinco puertas en paralelo atacando un mosfet de salida con control de corriente y tensión para darle la especificación de alimentación más correcta al láser verde de‭ ‬5‭ ‬mW.‭ ‬La entrada de señal es digital procedente de un convertidor ADC spdif modulado analógicamente con una señal de prueba stéreo y música reproducida desde un lector de Mp3.‭ ‬Podemos constatar que estos diodos láser,‭ ‬quizás se comportan como cualquier otro al ser atacado con señales variables analógicas o digitales,‭ ‬generan armónicos en un gran espectro de frecuencias:‭

El circuito emisor‭

El montaje de las puertas lógicas para el modulador nanowaves‭ ‬,‭ ‬por dentro:‭ Vemos a la izquierda un láser verde de‭ ‬5mW común de los chinos como emisor de luz,‭ ‬y el resto de los componentes,‭ ‬a la derecha,‭ ‬la entrada de señal digital y alimentación de‭ ‬5‭ ‬volts:‭ Encendiendo motores.‭ ‬He añadido convertidor DC DC‭ ‬para uso con baterías Li-ion de‭ ‬3,7‭ ‬volts a‭ ‬5‭ ‬volts‭ ‬:‭

Arrancando el sistema:‭

Y a toda máquina,‭ ‬ajustada tensión a lo máximo,‭ ‬primer estado,‭ ‬“full power‭” ‬,aquí con las luces apagadas para apreciar mejor el efecto‭ (‬3.3‭ ‬volts a través del láser y sobre los‭ ‬198‭ ‬mA de consumo de corriente‭)‬:‭

En la siguiente foto,vemos el‭ ‬“segundo estado‭” ‬ajustando el láser emisor,‭ ‬ajustando el valor de los potenciómetros‭ ‬,con una regulación decreciente de la corriente a través del diodo láser.‭ ‬Éste se apaga…o parece.‭ ‬A simple vista no se percibe emisión de luz verde.‭ ‬Sólo la cámara de fotos percibe la emisión de un haz infrarrojo de fondo‭ ‬por la característica de incorporar un filtro de entrada de su ccd‭ ‬.En plena transmisión,‭ ‬el receptor todavía recibe el ruído del emisor‭ ‬distorsionado,‭ ‬con apunte muy crítico:‭ En la siguiente,‭ ‬el estado‭ “‬3‭” ‬ajustando los potenciómetros con corriente reducida a través del láser‭ ‬.‭ ‬Se puede ver en la foto‭ ‬un emisor láser rojo auxiliar superior para conseguir mejor apuntado al receptor,‭ ‬ya que el infrarrojo de nuestro prototipo no es posible el apuntado a simple vista.‭ ‬Nuestros ojos‭ “‬ya no ven‭” ‬a dónde se dirige el haz.‭

Sorpresa‭! ‬Casualmente‭ ‬,‭ ‬al moverme mientras hacía los ajustes,‭ ‬se escuchaban sobre el altavoz del receptor,‭ ‬una‭ ‬señal de pulsos como un rádar,‭ ‬variando de velocidad según me moviera al lado del emisor.‭ En éste, casi no se percibe el haz infrarrojo a través de la cámara de fotos,‭ ‬a simple vista nada de nada.‭ ‬Pero algo se está transmitiendo desde el láser,‭ ‬o en una longitud de onda armónica todavía más baja que el infrarrojo.‭

Me dije‭ ‬..será‭ ‬algún tipo de luz residual armónica‭?? ‬Estamos trabajando el diodo láser en su zona de‭ ‬resistencia diferencial negativa‭? ‬.‭ ‬Intentemos Identificar el efecto.‭ ‬Por lo que cogí una‭ ‬hoja de papel A3‭ ‬blanca‭ ‬y la moví cerca del emisor a modo de‭ ‬“espejo reflector de luz‭” ‬,‭ ‬buscando posibles reflexiones de esa radiación del láser lumínicas sobre el receptor,‭ ‬y asombrosamente,‭ ‬el receptor no acusaba el movimiento y no se apreciaba señal de pulsos de ningún tipo.‭ ‬Se seguía recibiendo señal distorsionada sobre el receptor.‭ ‬En el momento que me levanté de la silla‭…‬.ahí se escuchaban los pulsos de frecuencia variable sobre el receptor según me movía por la habitación,‭ ‬me detectaba como un rádar de tráfico,‭ ‬y‭ ‬fuera del margen‭ ‬del posible haz de luz‭…‬serán microondas‭??? ‬Posiblemente sea afirmativo.‭ ‬En qué frecuencias‭? ‬Quizás en los THz,Ghz‭…?? ‬Desde la frecuencia de la luz no sería complicado una serie de armónicos por esas bandas‭ “‬más bajas‭”‬.‭ ‬No tengo medidores profesionales que en las que puedan verse en bandas tan altas,‭ ‬pero sí notar su presencia en cuanto uno se mueve‭…‬Algo,‭ ‬hay ahí.‭

Recordemos que los diodos semiconductores,‭ ‬a una cierta polarización crítica dentro de su curva de trabajo,‭ ‬entran en un dominio de‭ ‬resistencia de conducción negativa,‭ ‬lo que es aplicable para creación de osciladores sencillos.‭

En el video del experimento que subí a youtube‭ “ ‬oscilador ZNR con un clavo oxidado‭” ‬puedes apreciar este efecto:‭

Si estos diodos son‭ “‬salpicados‭” ‬con señales de pulsos digitales…armónicos asegurados.‭ ‬Hemos llegado a este punto de trabajo para tal fín‭?

Nuestro láser,‭ ‬originalmente transmite en una de las bandas‭ “‬altas”del infrarrojo‭ “‬A‭”‬,‭ ‬antes de pasar por el filtro óptico que lo convierte en verde.‭ ‬La región infrarroja‭ ‬ “C‭” ‬empieza a partir de los‭ ‬0,3‭ ‬a‭ ‬1‭ ‬Thz‭ (‬300‭ ‬a‭ ‬1000Ghz‭)‬.‭ Desde el láser,‭ ‬los armónicos superiores viajan por esta zona del espectro de microondas,‭ ‬y los inferiores posiblemente.‭ ‬Podrían llegar a transmitirse peligrosas frecuencias ionizantes como los‭ ‬rayos x‭? ‬No tengo cómo comprobarlo… pero ojo al dato.‭ ‬Sobre todo si utilizáramos láseres azules o ultravioletas…las frecuencias más altas de la banda de la luz.‭

Cómo un receptor que consta de un fotodiodo podría recibir señales electromagnéticas de esas frecuencias tan altas‭ ? ‬Por el efecto de detección como cualquier diodo.‭ ‬Y el micro-hilo que une el ánodo y cátodo..es esa la antena dentro de una‭ “‬cavidad guiaonda‭” ‬láser‭ ?

En la práctica, un día de Diciembre del 2016,hemos hecho un portable en nanowaves en 564 Thz con un transmisor de señal láser modulada en 1 khz en CW, junto el compañero Javier eb1hbk en otra montaña distante 10 Km de mi posición. Pude observar que mientras él me transmitía por la banda de dos metros en fonía el estado del apunte de su receptor para recibir la señal transmisora de la baliza láser, se podía escuchar las dos señales (fonía+cw) intermoduladas “mezcladas” como si fueran “barbas” sobre el receptor del talky Kenwood th-f7 utilizado, al acercarse al haz de luz del transmisor. Nada más y nada menos que armónicos en 145 mhz..desde los Thz de allá arriba!!… seguro que hemos “estrenado” por armónicos todas las bandas posibles de aficionado (270Ghz hacia abajo..). Generación de Microondas? Ahí están!!! Puedes ver la prueba en:

https://www.youtube.com/watch?v=FajDUDBK8ao

Queda en el aire el experimento para quien quiera curiosear sobre el tema‭ ‬.Y si con este sistema tan sencillo y económico podemos generar fácilmente microondas de frecuencias tan altas como las‭ ‬“Top Band‭” ‬de los‭ ‬Ghz seleccionando la guia de onda adecuada en la salida ‭? ‬Podremos realizar un‭ ‬“Máser‭” ‬con este sistema‭? ‬Esta vez…de‭ “‬arriba hacia abajo‭”… ‬con conseguir unos microvatios…suficente‭!! A cacharrear‭!!

Pruebas efectuadas en Noviembre del‭ ‬2015‭ ‬en Ourense

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microperlas/ensayos/nanowaves_1707.txt · Última modificación: 2017/08/14 10:59 por ea1hbx
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