Разумевање радног циклуса у полупроводничким ласерима: велико значење иза малог параметра

У савременој оптоелектронској технологији, полупроводнички ласери се истичу својом компактном структуром, високом ефикасношћу и брзим одзивом. Они играју суштинску улогу у областима као што су комуникације, здравство, индустријска обрада и сензори/мерење домета. Међутим, када се говори о перформансама полупроводничких ласера, често се занемарује један наизглед једноставан, али изузетно важан параметар – радни циклус. Овај чланак се бави концептом, прорачуном, импликацијама и практичним значајем радног циклуса у полупроводничким ласерским системима.

1. Шта је радни циклус?

Радни циклус је бездимензионални однос који се користи за описивање удела времена које је ласер у „укљученом“ стању унутар једног периода понављајућег сигнала. Обично се изражава као проценат. Формула је: Радни циклус = (Ширина импулса/Период импулса)×100%. На пример, ако ласер емитује импулс од 1 микросекунде сваких 10 микросекунди, радни циклус је: (1 μs / 10 μs) × 100% = 10%.

2. Зашто је радни циклус важан?

Иако је то само однос, радни циклус директно утиче на управљање топлотом ласера, век трајања, излазну снагу и целокупни дизајн система. Хајде да анализирамо његов значај:

① Управљање температуром и век трајања уређаја

У високофреквентним импулсним операцијама, краћи радни циклус значи дуже време „искључености“ између импулса, што помаже ласеру да се охлади. Ово је посебно корисно у применама велике снаге, где контролисање радног циклуса може смањити термичко напрезање и продужити век трајања уређаја.

② Контрола излазне снаге и оптичког интензитета

Већи радни циклус резултира већим просечним оптичким излазом, док нижи радни циклус смањује просечну снагу. Подешавање радног циклуса омогућава фино подешавање излазне енергије без промене вршне струје погона.

③ Одговор система и модулација сигнала

У оптичким комуникационим и LiDAR системима, радни циклус директно утиче на време одзива и шеме модулације. На пример, код импулсног ласерског мерења удаљености, подешавање правог радног циклуса побољшава детекцију ехо сигнала, повећавајући и тачност мерења и фреквенцију.

3. Примери примене радног циклуса

① LiDAR (ласерска детекција и мерење удаљености)

У ласерским модулима за мерење удаљености од 1535 nm, обично се користи конфигурација импулса са ниским циклусом рада и високим вршним вредностима како би се осигурала детекција на великим даљинама и безбедност за очи. Циклови рада се често контролишу између 0,1% и 1%, уравнотежујући високу вршну снагу са безбедним и хладним радом.

② Медицински ласери

У применама попут дерматолошких третмана или ласерске хирургије, различити радни циклуси резултирају различитим термичким ефектима и терапеутским исходима. Висок радни циклус изазива континуирано загревање, док низак радни циклус подржава тренутну пулсирајућу аблацију.

③ Индустријска обрада материјала

Код ласерског обележавања и заваривања, радни циклус утиче на то како се енергија преноси у материјале. Подешавање радног циклуса је кључно за контролу дубине гравирања и продирања заваривања.

4. Како одабрати прави радни циклус?

Оптимални радни циклус зависи од специфичне примене и карактеристика ласера:

①Низак радни циклус (<10%)

Идеално за примене са високим вршним оптерећењем и кратким импулсима, као што су мерење домета или прецизно обележавање.

2Средњи радни циклус (10%–50%)

Погодно за ласерске системе са високим понављањем импулса.

3Висок радни циклус (>50%)

Приближава се раду у континуираном таласу (CW), који се користи у апликацијама као што су оптичко пумпање и комуникације.

Други фактори које треба узети у обзир укључују могућност топлотне дисипације, перформансе кола управљачког програма и термичку стабилност ласера.

5. Закључак

Иако мали, радни циклус је кључни параметар дизајна у полупроводничким ласерским системима. Он утиче не само на перформансе, већ и на дугорочну стабилност и поузданост система. У будућем развоју и примени ласера, прецизна контрола и флексибилно коришћење радног циклуса биће кључни за побољшање ефикасности система и омогућавање иновација.

Ако имате још питања о дизајну параметара ласера ​​или њиховој примени, слободно нас контактирајте или оставите коментар. Ту смо да вам помогнемо!