Forstå driftssyklus i halvlederlasere: Den store betydningen bak en liten parameter

Innen moderne optoelektronisk teknologi skiller halvlederlasere seg ut med sin kompakte struktur, høye effektivitet og raske respons. De spiller en viktig rolle innen felt som kommunikasjon, helsevesen, industriell prosessering og sensing/avstandsmåling. Når man diskuterer ytelsen til halvlederlasere, overses imidlertid ofte én tilsynelatende enkel, men ekstremt viktig parameter – driftssyklusen. Denne artikkelen dykker ned i konseptet, beregningen, implikasjonene og den praktiske betydningen av driftssyklus i halvlederlasersystemer.

1. Hva er driftssyklus?

Driftssyklus er et dimensjonsløst forhold som brukes til å beskrive andelen tid en laser er i "på"-tilstand innenfor én periode med et repeterende signal. Det uttrykkes vanligvis som en prosentandel. Formelen er: Driftssyklus = (Pulsbredde/Pulsperiode)×100 %. Hvis for eksempel en laser sender ut en puls på 1 mikrosekund hvert 10. mikrosekund, er arbeidssyklusen: (1 μs/10 μs) × 100 % = 10 %.

2. Hvorfor er driftssyklus viktig?

Selv om det bare er et forhold, påvirker driftssyklusen direkte laserens termiske styring, levetid, utgangseffekt og generelle systemdesign. La oss bryte ned betydningen av den:

① Termisk styring og enhetens levetid

I høyfrekvente pulsoperasjoner betyr en lavere driftssyklus lengre «av»-tider mellom pulsene, noe som hjelper laseren med å kjøle seg ned. Dette er spesielt fordelaktig i høyeffektsapplikasjoner, der kontroll av driftssyklusen kan redusere termisk stress og forlenge enhetens levetid.

② Utgangseffekt og optisk intensitetskontroll

En høyere driftssyklus resulterer i større gjennomsnittlig optisk utgang, mens en lavere driftssyklus reduserer gjennomsnittseffekten. Justering av driftssyklusen muliggjør finjustering av utgangsenergien uten å endre toppstrømstyrken.

③ Systemrespons og signalmodulering

I optisk kommunikasjon og LiDAR-systemer påvirker driftssyklusen direkte responstid og modulasjonsskjemaer. For eksempel, i pulset laseravstandsmåling, forbedrer riktig driftssyklus deteksjon av ekkosignaler, noe som forbedrer både målenøyaktighet og frekvens.

3. Eksempler på bruksområder for driftssyklus

① LiDAR (laserdeteksjon og avstandsmåling)

I 1535 nm laseravstandsmoduler brukes vanligvis en konfigurasjon med lav driftssyklus og høy topppuls for å sikre både langdistansedeteksjon og øyesikkerhet. Driftssyklusene kontrolleres ofte mellom 0,1 % og 1 %, og balanserer høy toppeffekt med sikker og kjølig drift.

② Medisinske lasere

I applikasjoner som dermatologiske behandlinger eller laserkirurgi, resulterer forskjellige driftssykluser i forskjellige termiske effekter og terapeutiske resultater. En høy driftssyklus forårsaker vedvarende oppvarming, mens en lav driftssyklus støtter umiddelbar pulsablasjon.

③ Industriell materialbehandling

Ved lasermerking og sveising påvirker driftssyklusen hvordan energi avsettes i materialer. Justering av driftssyklusen er nøkkelen til å kontrollere graveringsdybde og sveiseinntrengning.

4. Hvordan velge riktig driftssyklus?

Den optimale driftssyklusen avhenger av den spesifikke applikasjonen og laserens egenskaper:

①Lav driftssyklus (<10 %)

Ideell for applikasjoner med høye topper og korte pulser, som avstandsmåling eller presisjonsmerking.

②Middels driftssyklus (10 %–50 %)

Egnet for pulserende lasersystemer med høy repetisjon.

③Høy driftssyklus (>50 %)

Nærmer seg kontinuerlig bølge (CW) drift, brukt i applikasjoner som optisk pumping og kommunikasjon.

Andre faktorer å vurdere inkluderer termisk spredningsevne, driverkretsens ytelse og laserens termiske stabilitet.

5. Konklusjon

Selv om den er liten, er driftssyklusen en viktig designparameter i halvlederlasersystemer. Den påvirker ikke bare ytelsen, men også systemets langsiktige stabilitet og pålitelighet. I fremtidig laserutvikling og -anvendelse vil presis kontroll og fleksibel bruk av driftssyklusen være avgjørende for å forbedre systemeffektiviteten og muliggjøre innovasjon.

Hvis du har flere spørsmål om laserparameterdesign eller -applikasjoner, kan du gjerne ta kontakt eller legge igjen en kommentar. Vi er her for å hjelpe!