În tehnologia optoelectronică modernă, laserele semiconductoare se remarcă prin structura lor compactă, eficiența ridicată și răspunsul rapid. Acestea joacă un rol esențial în domenii precum comunicațiile, asistența medicală, procesarea industrială și detectarea/telemetria. Cu toate acestea, atunci când se discută despre performanța laserelor semiconductoare, un parametru aparent simplu, dar extrem de important - ciclul de funcționare - este adesea trecut cu vederea. Acest articol analizează conceptul, calculul, implicațiile și semnificația practică a ciclului de funcționare în sistemele laser cu semiconductoare.
1. Ce este ciclul de funcționare?
Ciclul de funcționare este un raport adimensional utilizat pentru a descrie proporția de timp în care un laser se află în starea „pornit” într-o perioadă a unui semnal repetitiv. De obicei, este exprimat ca procent. Formula este: Ciclul de funcționare = (Lățimea impulsului/Perioada impulsului)×100%. De exemplu, dacă un laser emite un impuls de 1 microsecundă la fiecare 10 microsecunde, ciclul de funcționare este: (1 μs/10 μs)×100%=10%.
2. De ce este important ciclul de funcționare?
Deși este doar un raport, ciclul de funcționare afectează direct gestionarea termică a laserului, durata de viață, puterea de ieșire și designul general al sistemului. Să analizăm importanța sa:
① Management termic și durata de viață a dispozitivului
În operațiunile cu impulsuri de înaltă frecvență, un ciclu de funcționare mai mic înseamnă timpi de „oprire” mai lungi între impulsuri, ceea ce ajută la răcirea laserului. Acest lucru este benefic în special în aplicațiile de mare putere, unde controlul ciclului de funcționare poate reduce stresul termic și poate prelungi durata de viață a dispozitivului.
② Controlul puterii de ieșire și al intensității optice
Un ciclu de funcționare mai mare are ca rezultat o putere optică medie mai mare, în timp ce un ciclu de funcționare mai mic reduce puterea medie. Ajustarea ciclului de funcționare permite reglarea fină a energiei de ieșire fără a modifica curentul de vârf.
③ Răspunsul sistemului și modulația semnalului
În sistemele de comunicații optice și LiDAR, ciclul de funcționare influențează direct timpul de răspuns și schemele de modulație. De exemplu, în măsurarea distanței cu laser pulsat, setarea corectă a ciclului de funcționare îmbunătățește detectarea semnalului ecou, sporind atât precizia măsurării, cât și frecvența.
3. Exemple de aplicații ale ciclului de funcționare
① LiDAR (Detecție și măsurare a distanței cu laser)
În modulele de măsurare a distanței cu laser de 1535 nm, se utilizează de obicei o configurație cu ciclu de funcționare redus și impulsuri de vârf ridicate pentru a asigura atât detectarea pe distanțe lungi, cât și siguranța ochilor. Ciclurile de funcționare sunt adesea controlate între 0,1% și 1%, echilibrând puterea de vârf ridicată cu o funcționare sigură și rece.
② Lasere medicale
În aplicații precum tratamentele dermatologice sau chirurgia cu laser, diferite cicluri de funcționare au ca rezultat efecte termice și rezultate terapeutice diferite. Un ciclu de funcționare ridicat provoacă o încălzire susținută, în timp ce un ciclu de funcționare scăzut permite ablația pulsată instantanee.
③ Prelucrarea materialelor industriale
În marcarea și sudarea cu laser, ciclul de funcționare afectează modul în care energia este depusă în materiale. Reglarea ciclului de funcționare este esențială pentru controlul adâncimii de gravare și al penetrării sudurii.
4. Cum se selectează ciclul de funcționare potrivit?
Ciclul de funcționare optim depinde de aplicația specifică și de caracteristicile laserului:
1.Ciclu de funcționare redus (<10%)
Ideal pentru aplicații cu vârfuri mari și impulsuri scurte, cum ar fi măsurarea distanței sau marcarea de precizie.
2.Ciclu de funcționare mediu (10%–50%)
Potrivit pentru sisteme laser pulsate cu repetiție ridicată.
③Ciclu de funcționare ridicat (>50%)
Apropierea funcționării în undă continuă (CW), utilizată în aplicații precum pomparea optică și comunicațiile.
Alți factori de luat în considerare includ capacitatea de disipare termică, performanța circuitului de driver și stabilitatea termică a laserului.
5. Concluzie
Deși mic, ciclul de funcționare este un parametru cheie de proiectare în sistemele laser cu semiconductori. Acesta afectează nu numai performanța, ci și stabilitatea pe termen lung și fiabilitatea sistemului. În dezvoltarea și aplicațiile laserelor viitoare, controlul precis și utilizarea flexibilă a ciclului de funcționare vor fi cruciale pentru creșterea eficienței sistemului și permiterea inovației.
Dacă aveți mai multe întrebări despre proiectarea parametrilor laser sau aplicații, nu ezitați să ne contactați sau să lăsați un comentariu. Suntem aici pentru a vă ajuta!
Data publicării: 09 iulie 2025