Жартылай өткізгішті лазерлердегі жұмыс циклін түсіну: шағын параметрдің артындағы үлкен мән

Заманауи оптоэлектрондық технологияда жартылай өткізгішті лазерлер ықшам құрылымымен, жоғары тиімділігімен және жылдам әрекетімен ерекшеленеді. Олар байланыс, денсаулық сақтау, өнеркәсіптік өңдеу және зондтау/диспазондау сияқты салаларда маңызды рөл атқарады. Дегенмен, жартылай өткізгіш лазерлердің өнімділігін талқылағанда, бір қарағанда қарапайым, бірақ өте маңызды параметр - жұмыс циклі - жиі назардан тыс қалады. Бұл мақалада жартылай өткізгіш лазерлік жүйелердегі жұмыс циклінің түсінігі, есептеуі, салдары және практикалық маңызы қарастырылады.

1. Жұмыс циклі дегеніміз не?

Жұмыс циклі – қайталанатын сигналдың бір кезеңінде лазердің «қосулы» күйінде болған уақыт аралығын сипаттау үшін қолданылатын өлшемсіз қатынас. Ол әдетте пайызбен көрсетіледі. Формула: Жұмыс циклі=(Импульстік ені/Импульстік кезең)×100%. Мысалы, егер лазер әрбір 10 микросекунд сайын 1 микросекундтық импульс шығарса, жұмыс циклі: (1 мкс/10 мкс)×100%=10%.

2. Жұмыс циклі неліктен маңызды?

Бұл жай ғана қатынас болса да, жұмыс циклі лазердің жылуды басқаруына, қызмет ету мерзіміне, шығыс қуатына және жалпы жүйе дизайнына тікелей әсер етеді. Оның маңыздылығына тоқталайық:

① Жылумен басқару және құрылғының қызмет ету мерзімі

Жоғары жиілікті импульстік операцияларда төмен жұмыс циклі лазердің салқындауына көмектесетін импульстар арасындағы ұзағырақ «өшіру» уақытын білдіреді. Бұл әсіресе жұмыс циклін басқару жылу кернеуін азайтып, құрылғының қызмет ету мерзімін ұзартатын жоғары қуатты қолданбаларда тиімді.

② Шығыс қуаты мен оптикалық қарқындылықты басқару

Жоғары жұмыс циклі үлкен орташа оптикалық шығысқа әкеледі, ал төменгі жұмыс циклі орташа қуатты азайтады. Жұмыс циклін реттеу ең жоғары жетек тогын өзгертпестен шығыс энергиясын дәл реттеуге мүмкіндік береді.

③ Жүйе реакциясы және сигналды модуляциялау

Оптикалық байланыс пен LiDAR жүйелерінде жұмыс циклі жауап беру уақыты мен модуляция схемаларына тікелей әсер етеді. Мысалы, импульстік лазер диапазонында дұрыс жұмыс циклін орнату жаңғырық сигналын анықтауды жақсартады, өлшеу дәлдігі мен жиілігін арттырады.

3. Жұмыс циклінің қолдану мысалдары

① LiDAR (лазерлік анықтау және диапазон)

1535 нм лазер диапазонындағы модульдерде ұзақ қашықтықты анықтау мен көз қауіпсіздігін қамтамасыз ету үшін әдетте төмен жұмыс циклі, жоғары шыңы импульс конфигурациясы қолданылады. Жұмыс циклдері жиі 0,1% және 1% арасында бақыланады, бұл жоғары ең жоғары қуатты қауіпсіз, салқын жұмыспен теңестіреді.

② Медициналық лазерлер

Дерматологиялық емдеу немесе лазерлік хирургия сияқты қолданбаларда әртүрлі жұмыс циклдері әртүрлі термиялық әсерлер мен терапевтік нәтижелерге әкеледі. Жоғары жұмыс циклі тұрақты қыздыруды тудырады, ал төмен жұмыс циклі лезде импульстік абляцияны қолдайды.

③ Өнеркәсіптік материалдарды өңдеу

Лазерлік таңбалау мен дәнекерлеуде жұмыс циклі энергияның материалдарға түсуіне әсер етеді. Жұмыс циклін реттеу гравюра тереңдігі мен дәнекерлеудің енуін бақылаудың кілті болып табылады.

4. Дұрыс жұмыс циклін қалай таңдауға болады?

Оңтайлы жұмыс циклі нақты қолданбаға және лазер сипаттамаларына байланысты:

①Төмен жұмыс циклі (<10%)

Диапазон немесе дәлдік таңбалау сияқты жоғары шыңы, қысқа импульстік қолданбалар үшін өте қолайлы.

②Орташа жұмыс циклі (10%–50%)

Жоғары қайталанатын импульстік лазерлік жүйелер үшін қолайлы.

③Жоғары жұмыс циклі (>50%)

Оптикалық айдау және байланыс сияқты қолданбаларда қолданылатын үздіксіз толқын (CW) жұмысына жақындау.

Қарастырылатын басқа факторларға термиялық диссипация мүмкіндігі, драйвер тізбегінің өнімділігі және лазердің термиялық тұрақтылығы жатады.

5. Қорытынды

Кішігірім болса да, жұмыс циклі жартылай өткізгіш лазерлік жүйелердегі негізгі дизайн параметрі болып табылады. Ол тек өнімділікке ғана емес, сонымен қатар жүйенің ұзақ мерзімді тұрақтылығы мен сенімділігіне де әсер етеді. Болашақта лазерді әзірлеу мен қолдануда нақты бақылау және жұмыс циклін икемді пайдалану жүйенің тиімділігін арттыру және инновацияларға мүмкіндік беру үшін өте маңызды болады.

Егер сізде лазерлік параметрлер дизайны немесе қолданбалар туралы қосымша сұрақтарыңыз болса, хабарласыңыз немесе түсініктеме қалдырыңыз. Біз көмектесуге келдік!