В съвременните оптоелектронни технологии полупроводниковите лазери се открояват със своята компактна структура, висока ефективност и бърза реакция. Те играят съществена роля в области като комуникациите, здравеопазването, промишлената обработка и сензорите/определянето на обхвата. Въпреки това, когато се обсъжда производителността на полупроводниковите лазери, един привидно прост, но изключително важен параметър – работен цикъл – често се пренебрегва. Тази статия разглежда концепцията, изчисленията, последиците и практическото значение на работния цикъл в полупроводниковите лазерни системи.
1. Какво е работен цикъл?
Коефициентът на запълване е безразмерно съотношение, използвано за описание на пропорцията от времето, през което лазерът е във включено състояние в рамките на един период от повтарящ се сигнал. Обикновено се изразява като процент. Формулата е: Коефициент на запълване = (Ширина на импулса/Период на импулса)×100%. Например, ако лазер излъчва импулс от 1 микросекунда на всеки 10 микросекунди, работен цикъл е: (1 μs / 10 μs) × 100% = 10%.
2. Защо е важен работният цикъл?
Въпреки че е само съотношение, работният цикъл влияе пряко върху управлението на температурата на лазера, живота му, изходната мощност и цялостния дизайн на системата. Нека разгледаме неговото значение:
① Термично управление и живот на устройството
При високочестотни импулсни операции, по-ниският работен цикъл означава по-дълги времена на „изключване“ между импулсите, което помага на лазера да се охлади. Това е особено полезно при приложения с висока мощност, където контролирането на работния цикъл може да намали термичното напрежение и да удължи живота на устройството.
② Контрол на изходната мощност и оптичния интензитет
По-високият работен цикъл води до по-голяма средна оптична мощност, докато по-ниският работен цикъл намалява средната мощност. Регулирането на работния цикъл позволява фина настройка на изходната енергия, без да се променя пиковият ток на задвижване.
③ Системен отговор и модулация на сигнала
В оптичните комуникационни и LiDAR системи, работният цикъл влияе пряко върху времето за реакция и схемите за модулация. Например, при импулсно лазерно измерване на разстоянието, задаването на правилния работен цикъл подобрява откриването на ехо сигнала, повишавайки както точността на измерването, така и честотата.
3. Примери за приложение на работен цикъл
① LiDAR (лазерно откриване и измерване на разстояние)
В лазерните модули за определяне на разстоянието 1535 nm обикновено се използва конфигурация с нисък работен цикъл и високи пикови импулси, за да се осигури както откриване на дълги разстояния, така и безопасност за очите. Коефициентите на запълване често се контролират между 0,1% и 1%, балансирайки високата пикова мощност с безопасна и хладна работа.
② Медицински лазери
В приложения като дерматологични лечения или лазерна хирургия, различните работни цикли водят до различни термични ефекти и терапевтични резултати. Високият работен цикъл причинява продължително нагряване, докато ниският работен цикъл поддържа мигновена импулсна аблация.
③ Индустриална обработка на материали
При лазерното маркиране и заваряване, работният цикъл влияе върху начина, по който енергията се отдава в материалите. Регулирането на работния цикъл е ключово за контролиране на дълбочината на гравиране и проникването на заваряването.
4. Как да изберем правилния работен цикъл?
Оптималният работен цикъл зависи от конкретното приложение и характеристиките на лазера:
①Нисък работен цикъл (<10%)
Идеален за приложения с високи пикови стойности и къси импулси, като например измерване на обхват или прецизно маркиране.
2Среден работен цикъл (10%–50%)
Подходящ за лазерни системи с висока честота на повторение на импулси.
③Висок работен цикъл (>50%)
Приближаващ се към работа с непрекъсната вълна (CW), използван в приложения като оптично изпомпване и комуникации.
Други фактори, които трябва да се вземат предвид, включват способността за разсейване на топлина, производителността на драйверната верига и термичната стабилност на лазера.
5. Заключение
Макар и малък, работен цикъл е ключов конструктивен параметър в полупроводниковите лазерни системи. Той влияе не само върху производителността, но и върху дългосрочната стабилност и надеждност на системата. В бъдещото разработване и приложение на лазери, прецизният контрол и гъвкавото използване на работен цикъл ще бъдат от решаващо значение за повишаване на ефективността на системата и за създаване на възможности за иновации.
Ако имате още въпроси относно проектирането на параметри или приложенията на лазера, не се колебайте да се свържете с нас или да оставите коментар. Тук сме, за да помогнем!
Време на публикуване: 09 юли 2025 г.