دليل الاختيار

كيفية حساب القدرة القصوى لثنائي ليزر نابض

ابدأ من طاقة النبضة البصرية، ثم تحقق من شكل الموجة والمدخل الكهربائي والحدود الحرارية. قسمة متوسط القدرة على دورة التشغيل ليست سوى الخطوة الأولى.

تم التحديث 2026-10-29 · 6 دقائق قراءة

1. حدد أولاً أي قدرة ذروة تريد

قد تذكر ورقة البيانات قدرة ذروة بصرية أو تياراً أمامياً ذروياً أو قدرة نبضة كهربائية. هذه القيم ليست متكافئة. في حساب ميزانية الوصلة أو المدى استخدم قدرة الذروة البصرية المتاحة بعد النافذة والعدسة ومركب FAC واقتران الألياف.

قدرة المشغل على إخراج 10 A لا تعني أن الليزر والمسار البصري ينتجان القدرة نفسها. حدد دائماً ما إذا كانت البداية من متوسط قدرة بصرية مقاسة أو طاقة نبضة أو تيار أو قيمة مأخوذة من ورقة البيانات.

قاعدة عملية: إذا كُتب «100 W ذروة» فقط، فتحقق من عرض النبضة والتكرار ودرجة الحرارة، ومن كون القيمة للخرج البصري أم لتيار الدخل.

2. استخدم المعادلات الأساسية الثلاث

في النبضات المتكررة بانتظام تساوي دورة التشغيل عرض النبضة مضروباً في تكرار النبضات. وللنبضة المستطيلة التي يساوي عرض FWHM فيها العرض الكلي:

D = t_p × f_rep

E_opt = P_avg,opt / f_rep

P_peak,opt = E_opt / t_p = P_avg,opt / D

وحّد الوحدات. مدة 100 ns تساوي 100 × 10^-9 s. إذا كانت القدرة المتوسطة بالميلي واط فحوّلها إلى واط قبل القسمة.

قدرة الذروة هي قمة النبضة البصرية، وطاقة النبضة هي المساحة تحت المنحنى، وشكل النبضة يحدد علاقة القمة بعرض FWHM.

3. مثال رقمي كامل

لنبضة بصرية قدرتها 180 W وعرضها 100 ns وتكرارها 3 kHz:

D = 100 ns × 3 kHz = 0.0003 = 0.03 %

E_opt = 180 W × 100 ns = 18 µJ

P_avg,opt = 18 µJ × 3 kHz = 54 mW

التحقق العكسي ضروري أيضاً. إذا قاس كاشف ضوئي متوسط قدرة 10 mW عند 10 kHz فإن طاقة النبضة تساوي 1 µJ. وعند عرض FWHM قدره 100 ns تكون ذروة النبضة المستطيلة 10 W بصرياً.

4. صحح النبضات غير المستطيلة

للنبضات الحقيقية زمن صعود وهبوط. عرّف معامل الشكل k من الطاقة وسعة القمة:

E_opt = k × P_peak,opt × t_FWHM

في المستطيل المثالي k = 1. ولموجة غاوسية k ≈ 1.0645، فتكون قمتها أقل قليلاً من نتيجة المستطيل عند الطاقة وFWHM نفسيهما. أما الموجة المثلثية فـ k = 0.5، ولذلك تحتاج إلى ضعف السعة.

شكل النبضة المثالي	معامل الشكل k	القمة من الطاقة
مستطيل	1.000	E / t
غاوسي	1.0645	E / (1.0645 t)
مثلث	0.500	2E / t

عند بطء الحواف أو عدم التماثل أو وجود تذبذب، قس النبضة بكاشف معاير واجمع المساحة مباشرة: E = ∫ P(t) dt. الطاقة المقاسة، لا أعلى عينة على راسم الإشارة، هي أساس تقدير الذروة المفيد.

5. افصل القدرة البصرية عن الكهربائية

قدرة النبضة الكهربائية تساوي تقريباً الجهد مضروباً في التيار أثناء الجزء المسطح. والقدرة البصرية أقل بمقدار كفاءة التحويل: P_opt = η × V_f × I_pulse. نبضة 5 V و10 A تساوي 50 W كهربائية؛ وعند كفاءة 35 % ينتج عنها نحو 17.5 W بصرية.

هذا التقدير مفيد لاختيار المشغل، لكنه لا يعوض القياس البصري. يتغير الجهد الأمامي مع التيار ودرجة الحرارة، وتنخفض الكفاءة عند التيار أو الحرارة المرتفعة. في النبضات القصيرة يؤثر زمن الصعود وحث الحلقة أيضاً في الطاقة المسلّمة.

6. راجع النتيجة مع الحدود والحرارة

قد تكون قيمة الذروة صحيحة رياضياً وغير آمنة عملياً. تحقق معاً من أقصى تيار ذروة وعرض النبضة ودورة التشغيل ودرجة حرارة العلبة وتخفيض التيار المسموح. القدرة القصوى والعرض والتكرار مجموعة واحدة، ولا يجوز استخدام عنصر منها وحده.

احسب متوسط الحرارة من الفاقد لا من متوسط القدرة البصرية: P_heat,avg ≈ D × (V_fI_pulse − P_opt) مع إضافة التسرب وفواقد المشغل. قد يعمل باعث TO56 بسهولة عند 1 kHz ثم يسخن عند 2 kHz رغم ثبات قدرة الذروة البصرية.

لا تصمم عند الحد الأقصى المطلق: اترك هامشاً لارتفاع حرارة الوصلة وانحراف الطول الموجي وتباين القطع وتجاوز المشغل. كما تعتمد فئة سلامة الليزر على طاقة النبضة والتكرار والطول الموجي، لا على قدرة الذروة وحدها.

7. طريقة حساب من خمس خطوات

سجّل متوسط القدرة البصرية المقاس أو طاقة النبضة المطلوبة من ميزانية الوصلة.
خذ عرض النبضة والتكرار ودورة التشغيل من موجة المشغل الفعلية.
حوّل جميع الأزمنة إلى ثوانٍ واحسب طاقة النبضة.
اقسمها على العرض الفعال أو طبّق معامل شكل الموجة.
راجع تيار الذروة ومتوسط الحرارة وتخفيض دورة التشغيل ودرجة الحرارة وحدود السلامة.

تنجز حاسبة قدرة الذروة العمليات الحسابية، ثم قارن الناتج بالحدود القصوى المطلقة للجهاز. وتشرح مقالة قدرة الذروة وعرض النبضة ودورة التشغيل تأثير ذلك في المدى والدقة.

الحاسبات