Puslaidininkinių lazerių darbo ciklo supratimas: mažo parametro reikšmė

Šiuolaikinėse optoelektronikos technologijose puslaidininkiniai lazeriai išsiskiria savo kompaktiška struktūra, dideliu efektyvumu ir greitu reagavimu. Jie atlieka esminį vaidmenį tokiose srityse kaip ryšiai, sveikatos apsauga, pramoninis apdorojimas ir jutimas / diapazono nustatymas. Tačiau aptariant puslaidininkinių lazerių veikimą, dažnai pamirštamas vienas, atrodytų, paprastas, bet itin svarbus parametras – darbo ciklas. Šiame straipsnyje gilinamasi į darbo ciklo koncepciją, skaičiavimą, implikacijas ir praktinę reikšmę puslaidininkinių lazerių sistemose.

1. Kas yra darbo ciklas?

Darbo ciklas yra bematis santykis, naudojamas apibūdinti lazerio įjungimo būsenos dalį per vieną pasikartojančio signalo periodą. Paprastai jis išreiškiamas procentais. Formulė yra tokia: Darbo ciklas = (impulso plotis)/Impulso periodas)×100%. Pavyzdžiui, jei lazeris skleidžia 1 mikrosekundės trukmės impulsą kas 10 mikrosekundžių, darbo ciklas yra: (1 μs/10 μs)×100%=10%.

2. Kodėl svarbus darbo ciklas?

Nors tai tik santykis, darbo ciklas tiesiogiai veikia lazerio šilumos valdymą, tarnavimo laiką, išėjimo galią ir bendrą sistemos konstrukciją. Panagrinėkime jo reikšmę:

① Šilumos valdymas ir įrenginio tarnavimo laikas

Aukšto dažnio impulsinėse operacijose mažesnis darbo ciklas reiškia ilgesnį išjungimo laiką tarp impulsų, o tai padeda lazeriui atvėsti. Tai ypač naudinga didelės galios taikymuose, kur darbo ciklo valdymas gali sumažinti terminį įtempį ir pailginti įrenginio tarnavimo laiką.

② Išėjimo galios ir optinio intensyvumo valdymas

Didesnis darbo ciklas lemia didesnę vidutinę optinę išvestį, o mažesnis darbo ciklas sumažina vidutinę galią. Darbo ciklo reguliavimas leidžia tiksliai sureguliuoti išvesties energiją nekeičiant didžiausios pavaros srovės.

③ Sistemos atsakas ir signalo moduliacija

Optinio ryšio ir LiDAR sistemose darbo ciklas tiesiogiai veikia atsako laiką ir moduliacijos schemas. Pavyzdžiui, impulsinio lazerio diapazono matavimo sistemoje tinkamo darbo ciklo nustatymas pagerina aido signalo aptikimą, padidindamas matavimo tikslumą ir dažnį.

3. Darbo ciklo taikymo pavyzdžiai

① LiDAR (lazerinis aptikimas ir diapazono nustatymas)

1535 nm bangos ilgio lazeriniuose moduliuose paprastai naudojama mažo veikimo ciklo ir didelio piko impulsų konfigūracija, siekiant užtikrinti tiek didelio nuotolio aptikimą, tiek akių saugumą. Darbo ciklai dažnai kontroliuojami nuo 0,1 % iki 1 %, subalansuojant didelę piko galią su saugiu ir vėsiu veikimu.

② Medicininiai lazeriai

Tokiose srityse kaip dermatologinis gydymas ar lazerinė chirurgija, skirtingi darbo ciklai lemia skirtingą terminį poveikį ir terapinius rezultatus. Didelis darbo ciklas sukelia nuolatinį kaitinimą, o mažas darbo ciklas palaiko momentinę impulsinę abliaciją.

③ Pramoninis medžiagų apdorojimas

Lazerinio žymėjimo ir suvirinimo metu darbo ciklas turi įtakos tam, kaip energija perduodama į medžiagas. Darbo ciklo reguliavimas yra labai svarbus norint kontroliuoti graviravimo gylį ir suvirinimo skvarbą.

4. Kaip pasirinkti tinkamą darbo ciklą?

Optimalus darbo ciklas priklauso nuo konkretaus taikymo ir lazerio charakteristikų:

①Mažas darbo ciklas (<10%)

Idealiai tinka didelių pikų ir trumpų impulsų taikymams, pavyzdžiui, matavimui ar tiksliam žymėjimui.

②Vidutinio našumo ciklas (10–50 %)

Tinka didelio pasikartojimo impulsinėms lazerinėms sistemoms.

③Didelis darbo ciklas (>50%)

Artėjant prie nuolatinės bangos (CW) veikimo, naudojamas tokiose srityse kaip optinis pumpavimas ir ryšiai.

Kiti veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti, yra šilumos išsklaidymo galimybė, vairuotojo grandinės veikimas ir lazerio terminis stabilumas.

5. Išvada

Nors ir mažas, darbo ciklas yra pagrindinis puslaidininkinių lazerių sistemų projektavimo parametras. Jis turi įtakos ne tik našumui, bet ir ilgalaikiam sistemos stabilumui bei patikimumui. Ateityje kuriant ir taikant lazerius, tikslus darbo ciklo valdymas ir lankstus naudojimas bus labai svarbūs siekiant padidinti sistemos efektyvumą ir sudaryti sąlygas inovacijoms.

Jei turite daugiau klausimų apie lazerio parametrų projektavimą ar pritaikymą, susisiekite su mumis arba palikite komentarą. Mes pasiruošę padėti!