Auswahlleitfaden
Spitzenleistung einer gepulsten Laserdiode berechnen
Beginnen Sie mit der optischen Pulsenergie und prüfen Sie danach Pulsform, elektrische Ansteuerung und thermische Grenzen. Mittlere Leistung geteilt durch das Tastverhältnis ist nur der erste Schritt.
Aktualisiert 2026-10-29 · 6 Min. Lesezeit
1. Zuerst festlegen, welche Spitzenleistung gemeint ist
Datenblätter nennen manchmal die optische Spitzenleistung, den Spitzenstrom oder die elektrische Pulsleistung. Diese Größen sind nicht austauschbar. Für eine Link-Budget- oder Reichweitenrechnung zählt die optische Spitzenleistung nach Fenster, Linse, FAC und Faserkopplung.
Ein Treiber mit 10 A liefert nicht automatisch dieselbe optische Leistung. Legen Sie vor jeder Rechnung fest, ob sie von gemessener mittlerer optischer Leistung, Pulsenergie, Strom oder einem Datenblattwert ausgeht.
2. Die drei Grundgleichungen
Bei regelmäßig wiederholten Pulsen ist das Tastverhältnis Pulsbreite mal Wiederholrate. Für einen rechteckigen Puls, dessen FWHM der Gesamtbreite entspricht, gelten:
Einheiten konsistent halten: 100 ns sind 100 × 10-9 s. Wer Nanosekunden und Milliwatt mischt, ohne in Sekunden und Watt umzurechnen, erhält leicht einen falschen Faktor.
3. Vollständiges Rechenbeispiel
Ein optischer Puls mit 180 W, 100 ns Breite und 3 kHz:
Die Rückrechnung ist ebenso wichtig. Messen Sie 10 mW mittlere optische Leistung bei 10 kHz, beträgt die Pulsenergie 1 µJ. Bei 100 ns FWHM hätte ein rechteckiger Puls 10 W optische Spitzenleistung.
4. Nicht rechteckige Pulse korrigieren
Reale Laserpulse haben Anstiegs- und Abfallzeiten. Aus Energie und Scheitelwert lässt sich ein Formfaktor k definieren:
Für einen idealen Rechteckpuls ist k = 1. Ein Gaußpuls hat k ≈ 1,0645; sein Scheitelwert liegt bei gleicher Energie und FWHM etwas unter dem Rechteckergebnis. Ein Dreieckpuls hat k = 0,5 und benötigt die doppelte Amplitude.
| Idealisierter Puls | Formfaktor k | Spitze aus Energie |
|---|---|---|
| Rechteck | 1,000 | E / t |
| Gauß | 1,0645 | E / (1,0645 t) |
| Dreieck | 0,500 | 2E / t |
Bei langsamen Flanken, Asymmetrie oder Ringing den Puls mit einem kalibrierten Detektor messen und die Fläche integrieren: E = ∫ P(t) dt. Die gemessene Energie, nicht der höchste Oszilloskop-Sample, bestimmt die nutzbare Spitze.
5. Optische und elektrische Spitzenleistung trennen
Die elektrische Pulsleistung ist näherungsweise Spannung mal Strom im Pulsdach. Die optische Leistung ist um den Wirkungsgrad kleiner: Popt = η × Vf × Ipuls. Aus 5 V und 10 A ergeben sich 50 W elektrisch; bei 35 % Wandlungswirkungsgrad sind es etwa 17,5 W optisch.
Diese Abschätzung hilft bei der Treiberdimensionierung, ersetzt aber keine optische Messung. Flussspannung und Temperatur verändern sich, und bei hohem Strom oder hoher Temperatur sinkt der Wirkungsgrad. Bei Nanosekundenpulsen beeinflussen außerdem Anstiegszeit und Schleifeninduktivität die Energie.
6. Ergebnis gegen Grenzwerte und Wärme prüfen
Ein rechnerisch richtiger Spitzenwert kann trotzdem unsicher sein. Maximale Spitzenstromstärke, Pulsbreite, Tastverhältnis, Gehäusetemperatur und Strom-Derating gehören zusammen. Keine dieser Größen ist unabhängig von den anderen.
Die mittlere Verlustleistung, nicht die mittlere optische Leistung, ist für die Temperatur entscheidend: PWärme,mittel ≈ D × (VfIpuls − Popt), plus Leckströme und Treiberverluste. Ein TO56-Emitter kann bei 1 kHz kühl bleiben und bei doppelter Wiederholrate überhitzen, obwohl der optische Spitzenwert unverändert ist.
7. Rechenablauf in fünf Schritten
- Gemessene mittlere optische Leistung oder die im Link-Budget benötigte Pulsenergie erfassen.
- Pulsbreite, Wiederholrate und Tastverhältnis aus der tatsächlichen Treiberwellenform übernehmen.
- Alle Zeiten in Sekunden umrechnen und die Pulsenergie bestimmen.
- Durch die effektive Pulsbreite teilen oder den Formfaktor anwenden.
- Spitzenstrom, mittlere Wärme, Derating, Temperatur und Lasersicherheitsgrenzen prüfen.
Der Spitzenleistungsrechner übernimmt die Arithmetik; vergleichen Sie das Ergebnis anschließend mit den absoluten Grenzwerten. Der Begleitartikel zu Spitzenleistung, Pulsbreite und Tastverhältnis erklärt die Auswirkung auf Reichweite und Auflösung.
Rechner
Mit diesem Datenblatt rechnen
Jeder Rechner unten öffnet sich mit den Datenblattwerten dieses Bauteils bereits eingetragen, in den Einheiten, die die Felder verlangen.
Sendepuls-Parameter
Pulsenergie, mittlere Leistung und Tastverhältnis aus Spitzenleistung, Pulsbreite und Wiederholrate laut Datenblatt für die Auswahl von 905-nm-PLD- und 1535-nm-Erbiumglas-Sendern.
Pulsenergie 18 µJ · Spitzenleistung 180 W · Pulsbreite 100 ns · Wiederholrate 3 kHz · Tastgrad 0.03 % Laser-GrundlagenPuls-Spitzenleistung
Momentane Spitzenleistung aus Pulsenergie und Pulsbreite.
Spitzenleistung 180 W · Pulsenergie 0.018 mJ · Pulsbreite 100 ns Pulse & EnergieTastgrad
Verhältnis der Einschaltzeit des Lasers zur vollen Periode.
Tastgrad 0.03 % · Pulsbreite 100 ns · Wiederholrate 3 kHz · Wiederholrate (Hz) 3000 HzProdukte
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