In de moderne opto-elektronische technologie onderscheiden halfgeleiderlasers zich door hun compacte structuur, hoge efficiëntie en snelle respons. Ze spelen een essentiële rol in gebieden zoals communicatie, gezondheidszorg, industriële processen en detectie/afstandsmeting. Bij het bespreken van de prestaties van halfgeleiderlasers wordt echter vaak een ogenschijnlijk eenvoudige, maar uiterst belangrijke parameter over het hoofd gezien: de duty cycle. Dit artikel gaat dieper in op 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 aangeeft hoe lang een laser aan staat binnen één periode van een herhalend signaal. Deze wordt doorgaans uitgedrukt als een percentage. De formule is: Duty Cycle = (Pulsbreedte)/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 duty cycle belangrijk?
Hoewel het slechts een verhouding is, heeft de duty cycle directe invloed op het thermisch beheer, de levensduur, het uitgangsvermogen en het algehele systeemontwerp van de laser. Laten we het belang ervan eens nader bekijken:
① Thermisch beheer en levensduur van het apparaat
Bij hoogfrequente pulswerking betekent een lagere duty cycle langere "uit"-tijden tussen de pulsen, wat de laser helpt afkoelen. Dit is vooral gunstig bij toepassingen met hoog vermogen, waar het regelen van de duty cycle de thermische belasting kan verminderen en de levensduur van het apparaat kan verlengen.
② Regeling van uitgangsvermogen en optische intensiteit
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, kan de outputenergie nauwkeurig worden afgesteld zonder de piekstroom te veranderen.
③ Systeemrespons en signaalmodulatie
In optische communicatie- en LiDAR-systemen heeft de duty cycle een directe invloed op de responstijd en de modulatieschema's. Bijvoorbeeld, bij pulslaser-afstandsmeting verbetert het instellen van de juiste duty cycle de detectie van het echsignaal, waardoor zowel de meetnauwkeurigheid als de frequentie worden verhoogd.
3. Toepassingsvoorbeelden van de werkcyclus
① LiDAR (Laser Detection and Ranging)
Bij laser-afstandsmeetmodules met een golflengte van 1535 nm wordt doorgaans een pulsconfiguratie met een lage duty cycle en een hoge piekvermogen gebruikt om zowel detectie over lange afstand als oogveiligheid te garanderen. De duty cycle wordt vaak geregeld tussen 0,1% en 1%, waarbij een balans wordt gevonden tussen een hoog piekvermogen en een veilige, koele werking.
② Medische lasers
Bij toepassingen zoals dermatologische behandelingen of laserchirurgie leiden verschillende duty cycles tot verschillende thermische effecten en therapeutische resultaten. Een hoge duty cycle zorgt voor aanhoudende verwarming, terwijl een lage duty cycle zorgt voor onmiddellijke, gepulseerde ablatie.
③ Industriële materiaalverwerking
Bij lasermarkering en -lassen heeft de inschakelduur invloed op de hoeveelheid energie die in het materiaal wordt overgebracht. Het aanpassen van de inschakelduur is essentieel voor het beheersen van de graveerdiepte en de laspenetratie.
4. Hoe kies je de juiste inschakelduur?
De optimale inschakelduur is afhankelijk van de specifieke toepassing en de kenmerken van de laser:
①Lage inschakelduur (<10%)
Ideaal voor toepassingen met hoge pieken en korte pulsen, zoals afstandsmeting of precisiemarkering.
②Gemiddelde inschakelduur (10%–50%)
Geschikt voor lasersystemen met een hoge herhalingsfrequentie.
③Hoge inschakelduur (>50%)
Het bedrijf benadert continue golfwerking (CW), zoals gebruikt in toepassingen als optische pomping en communicatie.
Andere factoren om rekening mee te houden zijn het warmteafvoerend vermogen, de prestaties van het aansturingscircuit en de thermische stabiliteit van de laser.
5. Conclusie
Hoewel klein, is de duty cycle een belangrijke ontwerpparameter in halfgeleiderlasersystemen. Het beïnvloedt niet alleen de prestaties, maar ook de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem op de lange termijn. Bij toekomstige laserontwikkeling en -toepassingen zullen nauwkeurige controle en flexibel gebruik van de duty cycle cruciaal zijn voor het verbeteren van de systeemefficiëntie en het mogelijk maken van innovatie.
Als u nog vragen heeft over het ontwerpen van laserparameters of toepassingen, neem dan gerust contact met ons op of laat een reactie achter. We helpen u graag!
Geplaatst op: 9 juli 2025