V sodobni optoelektronski tehnologiji polprevodniški laserji izstopajo s svojo kompaktno strukturo, visoko učinkovitostjo in hitrim odzivom. Igrajo bistveno vlogo na področjih, kot so komunikacije, zdravstvo, industrijska obdelava in zaznavanje/merjenje razdalje. Vendar pa se pri razpravi o delovanju polprevodniških laserjev pogosto spregleda en na videz preprost, a izjemno pomemben parameter – delovni cikel. Ta članek se poglobi v koncept, izračun, posledice in praktični pomen delovnega cikla v polprevodniških laserskih sistemih.
1. Kaj je delovni cikel?
Delovni cikel je brezdimenzijski količnik, ki opisuje delež časa, ko je laser v stanju »vklop« znotraj enega obdobja ponavljajočega se signala. Običajno je izražen v odstotkih. Formula je: Delovni cikel = (širina impulza/Perioda impulza) × 100 %. Na primer, če laser oddaja 1-mikrosekundni impulz vsakih 10 mikrosekund, je delovni cikel: (1 μs/10 μs) × 100 % = 10 %.
2. Zakaj je delovni cikel pomemben?
Čeprav gre le za razmerje, delovni cikel neposredno vpliva na toplotno upravljanje laserja, življenjsko dobo, izhodno moč in celotno zasnovo sistema. Poglejmo si njegov pomen:
① Upravljanje temperature in življenjska doba naprave
Pri visokofrekvenčnem impulznem delovanju krajši delovni cikel pomeni daljše čase izklopa med impulzi, kar pomaga pri ohlajanju laserja. To je še posebej koristno pri aplikacijah z visoko močjo, kjer lahko nadzor delovnega cikla zmanjša toplotne obremenitve in podaljša življenjsko dobo naprave.
② Nadzor izhodne moči in optične intenzivnosti
Višji delovni cikel pomeni večji povprečni optični izhod, nižji delovni cikel pa zmanjša povprečno moč. Prilagajanje delovnega cikla omogoča natančno nastavitev izhodne energije brez spreminjanja največjega pogonskega toka.
③ Odziv sistema in modulacija signala
V optičnih komunikacijskih in LiDAR sistemih delovni cikel neposredno vpliva na odzivni čas in modulacijske sheme. Na primer, pri impulznem laserskem merjenju razdalje nastavitev pravega delovnega cikla izboljša zaznavanje odmevnega signala, s čimer se povečata tako natančnost meritev kot frekvenca.
3. Primeri uporabe delovnega cikla
① LiDAR (lasersko zaznavanje in merjenje razdalje)
V modulih za lasersko merjenje razdalje z valovno dolžino 1535 nm se običajno uporablja konfiguracija impulzov z nizkim delovnim ciklom in visokimi vrhovi, ki zagotavlja tako zaznavanje na dolge razdalje kot varnost oči. Delovni cikli so pogosto nadzorovani med 0,1 % in 1 %, kar uravnoteži visoko konično moč z varnim in hladnim delovanjem.
② Medicinski laserji
Pri aplikacijah, kot so dermatološki tretmaji ali laserska kirurgija, različni delovni cikli povzročijo različne toplotne učinke in terapevtske rezultate. Visok delovni cikel povzroči dolgotrajno segrevanje, medtem ko nizek delovni cikel podpira takojšnjo pulzno ablacijo.
③ Industrijska predelava materialov
Pri laserskem označevanju in varjenju delovni cikel vpliva na to, kako se energija prenaša v materiale. Prilagajanje delovnega cikla je ključnega pomena za nadzor globine graviranja in penetracije varjenja.
4. Kako izbrati pravi delovni cikel?
Optimalni delovni cikel je odvisen od specifične uporabe in lastnosti laserja:
①Nizek delovni cikel (<10 %)
Idealno za aplikacije z visokimi konicami in kratkimi impulzi, kot so merjenje razdalje ali natančno označevanje.
2Srednji delovni cikel (10 %–50 %)
Primerno za laserske sisteme z veliko ponavljajočimi se impulzi.
3Visok delovni cikel (>50 %)
Približuje se delovanju z neprekinjenim valovanjem (CW), ki se uporablja v aplikacijah, kot sta optično črpanje in komunikacije.
Drugi dejavniki, ki jih je treba upoštevati, vključujejo zmogljivost toplotnega odvajanja, delovanje gonilnega vezja in toplotno stabilnost laserja.
5. Zaključek
Čeprav je majhen, je delovni cikel ključni parameter zasnove v polprevodniških laserskih sistemih. Vpliva ne le na zmogljivost, temveč tudi na dolgoročno stabilnost in zanesljivost sistema. V prihodnjem razvoju in uporabi laserjev bosta natančen nadzor in prilagodljiva uporaba delovnega cikla ključnega pomena za povečanje učinkovitosti sistema in omogočanje inovacij.
Če imate še kakšna vprašanja o načrtovanju parametrov laserja ali uporabi, nas kontaktirajte ali pustite komentar. Tukaj smo, da vam pomagamo!
Čas objave: 9. julij 2025