In de moderne opto-elektronische technologie vallen halfgeleiderlasers op door hun compacte structuur, hoge efficiëntie en snelle respons. Ze spelen een essentiële rol in sectoren zoals communicatie, gezondheidszorg, industriële verwerking en detectie/afstandsmeting. Bij de bespreking van de prestaties van halfgeleiderlasers wordt echter vaak één ogenschijnlijk eenvoudige maar uiterst belangrijke parameter over het hoofd gezien: de duty cycle. Dit artikel verdiept zich in het concept, de berekening, de implicaties en de praktische betekenis van de duty cycle in halfgeleiderlasersystemen.
1. Wat is de duty cycle?
De duty cycle is een dimensieloze verhouding die wordt gebruikt om de tijd te beschrijven dat een laser in de "aan"-stand staat binnen één periode van een herhalend signaal. Deze wordt meestal uitgedrukt als percentage. De formule is: Duty Cycle = (Pulse Width)/Pulsperiode)×100%. Als een laser bijvoorbeeld elke 10 microseconden een puls van 1 microseconde uitzendt, is de duty cycle: (1 μs/10 μs)×100%=10%.
2. Waarom is de inschakelduur belangrijk?
Hoewel het slechts een verhouding is, heeft de inschakelduur direct invloed op het thermische beheer, de levensduur, het uitgangsvermogen en het algehele systeemontwerp van de laser. Laten we de betekenis ervan eens nader bekijken:
① Thermisch beheer en levensduur van het apparaat
Bij hoogfrequente pulsbewerkingen betekent een lagere duty cycle langere "off"-tijden tussen pulsen, wat de laser helpt afkoelen. Dit is vooral gunstig bij toepassingen met een hoog vermogen, waar het regelen van de duty cycle thermische belasting kan verminderen en de levensduur van het apparaat kan verlengen.
② Uitgangsvermogen en optische intensiteitsregeling
Een hogere duty cycle resulteert in een hogere gemiddelde optische output, terwijl een lagere duty cycle het gemiddelde vermogen verlaagt. Door de duty cycle aan te passen, kunt u de output-energie nauwkeurig afstemmen zonder de piekstroom te wijzigen.
③ Systeemrespons en signaalmodulatie
In optische communicatie- en LiDAR-systemen heeft de duty cycle een directe invloed op de responstijd en modulatieschema's. Bij gepulste lasermetingen verbetert het instellen van de juiste duty cycle bijvoorbeeld de detectie van echosignalen, wat zowel de meetnauwkeurigheid als de frequentie verbetert.
3. Toepassingsvoorbeelden van de werkcyclus
① LiDAR (Laserdetectie en afstandsbepaling)
In 1535nm lasermeetmodules wordt doorgaans een configuratie met een lage duty cycle en hoge piekpuls gebruikt om zowel detectie over lange afstanden als oogveiligheid te garanderen. De duty cycles worden vaak geregeld tussen 0,1% en 1%, waardoor een hoog piekvermogen in balans is met een veilige, koele werking.
② Medische lasers
Bij toepassingen zoals dermatologische behandelingen of laserchirurgie resulteren verschillende inschakelcycli in verschillende thermische effecten en therapeutische resultaten. Een hoge inschakelcyclus zorgt voor aanhoudende verhitting, terwijl een lage inschakelcyclus onmiddellijke gepulste ablatie ondersteunt.
③ Industriële materiaalverwerking
Bij lasermarkeren en -lassen beïnvloedt de inschakelduur hoe energie in materialen wordt overgebracht. Het aanpassen van de inschakelduur is essentieel voor het regelen van de graveerdiepte en laspenetratie.
4. Hoe selecteert u de juiste werkcyclus?
De optimale werkcyclus is afhankelijk van de specifieke toepassing en de lasereigenschappen:
①Lage inschakelduur (<10%)
Ideaal voor toepassingen met hoge pieken en korte pulsen, zoals afstandsbepaling of precisiemarkering.
②Gemiddelde inschakelduur (10%–50%)
Geschikt voor gepulste lasersystemen met een hoge repetitiviteit.
③Hoge inschakelduur (>50%)
Benadert continue golf (CW)-werking, gebruikt in toepassingen zoals optisch pompen en communicatie.
Andere factoren waarmee rekening moet worden gehouden, zijn onder meer de thermische afvoercapaciteit, de prestaties van het drivercircuit en de thermische stabiliteit van de laser.
5. Conclusie
Hoewel klein, is de duty cycle een belangrijke ontwerpparameter voor halfgeleiderlasersystemen. Deze beïnvloedt niet alleen de prestaties, maar ook de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem op lange termijn. Bij toekomstige laserontwikkeling en -toepassingen zullen nauwkeurige controle en flexibel gebruik van de duty cycle cruciaal zijn om de systeemefficiëntie te verbeteren en innovatie mogelijk te maken.
Heeft u nog vragen over het ontwerp of de toepassingen van laserparameters? Neem dan gerust contact met ons op of laat een reactie achter. We helpen u graag!
Plaatsingstijd: 09-07-2025