Розуміння робочого циклу в напівпровідникових лазерах: важливе значення малого параметра

У сучасній оптоелектронній технології напівпровідникові лазери вирізняються своєю компактною структурою, високою ефективністю та швидким відгуком. Вони відіграють важливу роль у таких галузях, як зв'язок, охорона здоров'я, промислова обробка та вимірювання/вимірювання дальності. Однак, обговорюючи продуктивність напівпровідникових лазерів, часто не враховується один, здавалося б, простий, але надзвичайно важливий параметр — робочий цикл. У цій статті розглядається концепція, розрахунок, наслідки та практичне значення робочого циклу в напівпровідникових лазерних системах.

1. Що таке робочий цикл?

Штучність імпульсу – це безрозмірне співвідношення, яке використовується для опису частки часу, протягом якого лазер перебуває у «увімкненому» стані протягом одного періоду повторюваного сигналу. Зазвичай його виражають у відсотках. Формула така: Штучність імпульсу = (Ширина імпульсу/Період імпульсу)×100%. Наприклад, якщо лазер випромінює 1-мікросекундний імпульс кожні 10 мікросекунд, то робочий цикл становить: (1 мкс/10 мкс)×100%=10%.

2. Чому важливий робочий цикл?

Хоча це лише коефіцієнт, робочий цикл безпосередньо впливає на терморегуляцію лазера, термін служби, вихідну потужність та загальну конструкцію системи. Давайте розглянемо його значення:

① Термічний контроль та термін служби пристрою

У високочастотних імпульсних операціях менший робочий цикл означає довший час «вимкнення» між імпульсами, що допомагає лазеру охолоджуватися. Це особливо корисно у високопотужних застосуваннях, де контроль робочого циклу може зменшити теплове навантаження та подовжити термін служби пристрою.

② Контроль вихідної потужності та оптичної інтенсивності

Вищий робочий цикл призводить до більшого середнього оптичного вихідного сигналу, тоді як нижчий робочий цикл зменшує середню потужність. Регулювання робочого циклу дозволяє точно налаштувати вихідну енергію без зміни пікового струму керування.

③ Відгук системи та модуляція сигналу

В системах оптичного зв'язку та LiDAR робочий цикл безпосередньо впливає на час відгуку та схеми модуляції. Наприклад, в імпульсному лазерному локаторі встановлення правильного робочого циклу покращує виявлення луни, підвищуючи як точність вимірювання, так і частоту.

3. Приклади застосування робочого циклу

① LiDAR (лазерне виявлення та визначення відстані)

У лазерних локаційних модулях 1535 нм зазвичай використовується конфігурація імпульсів з низьким скважністю та високим піковим числом, щоб забезпечити як виявлення на великій відстані, так і безпеку для очей. Шкважність часто контролюється в межах від 0,1% до 1%, балансуючи високу пікову потужність з безпечною та холодною роботою.

② Медичні лазери

У таких застосуваннях, як дерматологічне лікування або лазерна хірургія, різні робочі цикли призводять до різних теплових ефектів та терапевтичних результатів. Високий робочий цикл викликає тривале нагрівання, тоді як низький робочий цикл підтримує миттєву імпульсну абляцію.

③ Промислова обробка матеріалів

У лазерному маркуванні та зварюванні робочий цикл впливає на те, як енергія потрапляє в матеріали. Регулювання робочого циклу є ключовим для контролю глибини гравіювання та проникнення зварювання.

4. Як вибрати правильний робочий цикл?

Оптимальний робочий цикл залежить від конкретного застосування та характеристик лазера:

①Низький робочий цикл (<10%)

Ідеально підходить для застосувань з високими піковими значеннями та короткими імпульсами, таких як вимірювання дальності або точне маркування.

②Середній робочий цикл (10%–50%)

Підходить для лазерних систем з високою частотою повторення імпульсів.

③Високий робочий цикл (>50%)

Наближається до роботи в режимі безперервної хвилі (CW), що використовується в таких застосуваннях, як оптичне накачування та зв'язок.

Інші фактори, які слід враховувати, включають здатність до розсіювання тепла, характеристики схеми драйвера та термостабільність лазера.

5. Висновок

Хоча робочий цикл і невеликий, він є ключовим параметром конструкції напівпровідникових лазерних систем. Він впливає не лише на вихідну продуктивність, але й на довгострокову стабільність і надійність системи. У майбутньому розвитку та застосуванні лазерів точне керування та гнучке використання робочого циклу матимуть вирішальне значення для підвищення ефективності системи та сприяння інноваціям.

Якщо у вас є додаткові запитання щодо розробки параметрів лазера або його застосування, звертайтеся до нас або залишайте коментар. Ми тут, щоб допомогти!