В современных оптоэлектронных технологиях полупроводниковые лазеры выделяются своей компактной структурой, высокой эффективностью и быстрым откликом. Они играют важную роль в таких областях, как связи, здравоохранение, промышленная обработка и зондирование / диапазон. Однако при обсуждении производительности полупроводниковых лазеров часто упускается из виду один, по-видимому, простой, но крайне важный параметр - рабочий цикл. В этой статье рассматриваются концепция, расчеты, последствия и практическое значение рабочего цикла в полупроводниковых лазерных системах.

1. Что такое цикл обязанности?

Рабочий цикл - это безразмерное соотношение, используемое для описания доли времени, в котором лазер находится в состоянии "включенного" в течение одного периода повторяющегося сигнала. Обычно выражается в процентах. Формула: цикл работы = (ширина импульса / период импульса) × 100%. Например, если лазер испускает 1-микросекундный импульс каждые 10 микросекунд, то рабочий цикл составляет: (1 μs/10)   мкс) × 100% = 10%.

2. Почему цикл обязанности важен?

Хотя это только соотношение, рабочий цикл напрямую влияет на тепловое управление лазера, срок службы, выходную мощность и общую конструкцию системы. Давайте разберем его значение:

①  Тепловое управление и срок службы устройства

При высокочастотных импульсных операциях более низкий рабочий цикл означает более длительное время «выключения» между импульсами, что помогает лазеру охладить. Это особенно полезно в высокомощных приложениях, где управление рабочим циклом может уменьшить тепловое напряжение и продлить срок службы устройства.

②  Выходная мощность и оптический контроль интенсивности

Более высокий рабочий цикл приводит к большей средней оптической мощности, в то время как более низкий рабочий цикл снижает среднюю мощность. Регулирование рабочего цикла позволяет тонко настраивать выходную энергию без изменения пикового тока привода.

③  Системная реакция и модуляция сигнала

В системах оптической связи и LiDAR рабочий цикл напрямую влияет на время ответа и схемы модуляции. Например, при импульсном лазерном диапазоне настройка правильного рабочего цикла улучшает обнаружение эхосигнала, повышая как точность измерения, так и частоту.

3. Примеры применения рабочего цикла

①  LiDAR (лазерное обнаружение и диапазон)

В модулях лазерного диапазона 1535 нм обычно используется конфигурация импульса с низким рабочим циклом и высоким пиком для обеспечения как обнаружения на большие расстояния, так и безопасности глаз. Рабочие циклы часто контролируются между 0,1% и 1%, балансируя высокую пиковую мощность с безопасной, холодной работой.

②  Медицинские лазеры

В таких приложениях, как дерматологическое лечение или лазерная хирургия, различные рабочие циклы приводят к различным тепловым эффектам и терапевтическим результатам. Высокий рабочий цикл вызывает постоянное нагревание, в то время как низкий рабочий цикл поддерживает мгновенную импульсную абляцию.

③  Промышленная обработка материалов

При лазерной маркировке и сварке рабочий цикл влияет на то, как энергия осаждается в материалы. Регулирование рабочего цикла является ключом к контролю глубины гравировки и проникновения сварки.

4. Как выбрать правильный цикл работы?

Оптимальный рабочий цикл зависит от конкретного применения и характеристик лазера:

①  Низкий рабочий цикл (<10%)

Идеально подходит для высокопиковых, коротких импульсных приложений, таких как диапазон или точная маркировка.

②  Средний рабочий цикл (10%-50%)

Подходит для импульсных лазерных систем с высоким повторением.

③  Высокий цикл работы (>50%)

Ближение к непрерывной волновой (CW) работе, используемой в таких приложениях, как оптический насос и связи.

Другие факторы, которые следует учитывать, включают способность теплового рассеивания, производительность схемы драйвера и тепловую стабильность лазера.

5. Вывод

Хотя и небольшой, рабочий цикл является ключевым параметром конструкции в полупроводниковых лазерных системах. Это влияет не только на производительность, но и на долгосрочную стабильность и надежность системы. В будущей разработке и применении лазера точное управление и гибкое использование рабочего цикла будут иметь решающее значение для повышения эффективности системы и содействия инновациям.

Если у вас есть дополнительные вопросы о конструкции лазерных параметров или приложениях, не стесняйтесь связаться или оставить комментарий. Мы здесь, чтобы помочь!