Pulssilaserdiodin huipputehon laskeminen

1. Määritä ensin tarvittava huipputeho

Datalehti voi ilmoittaa optisen huipputehon, huippuvirran tai sähköisen pulssitehon. Ne eivät ole sama asia. Linkkibudjettiin tai kantamalaskentaan käytetään optista huipputehoa ikkunan, linssin, FAC:in ja kuitukytkennän jälkeen.

Ajuri voi antaa 10 A, vaikka laser ja optiikka muuttaisivat siitä vain osan hyödylliseksi valoksi. Kirjaa aina, alkaako laskenta mitatusta optisesta keskitehosta, pulssienergiasta, virrasta vai datalehden arvosta.

2. Käytä kolmea perusyhtälöä

Säännöllisesti toistuville pulsseille käyttöjakso on pulssin leveys kertaa toistotaajuus. Suorakaidepulssille, jonka FWHM vastaa kokonaisleveyttä:

Pidä yksiköt yhtenäisinä. 100 ns on 100 × 10^-9 s. Muunna keskiteho milliwateista wateiksi ennen jakamista.

3. Täydellinen laskuesimerkki

Optinen pulssi 180 W, leveys 100 ns ja toistotaajuus 3 kHz:

Käänteinen tarkistus on yhtä tärkeä. Jos fotodiodi mittaa 10 mW keskitehoa 10 kHz:llä, pulssienergia on 1 µJ. Kun FWHM on 100 ns, suorakaidepulssin optinen huipputeho olisi 10 W.

4. Korjaa ei-suorakaidepulssi

Todellisilla pulsseilla on nousu- ja laskuaika. Määritä pulssienergiasta ja huippuamplitudista muotokerroin k:

Ihanteellisella suorakaiteella k = 1. Gauss-pulssilla k ≈ 1,0645, joten sen huippu on hieman suorakaidelaskelmaa matalampi samalla energialla ja FWHM:llä. Kolmiopulssilla k = 0,5, joten amplitudin on oltava kaksinkertainen.

Hitaiden reunojen, epäsymmetrian tai värähtelyn vuoksi pulssi kannattaa mitata kalibroidulla ilmaisimella ja integroida: E = ∫ P(t) dt. Mitattu energia, ei oskilloskoopin korkein näyte, määrittää käyttökelpoisen huippuarvion.

5. Erota optinen ja sähköinen huipputeho

Sähköinen pulssiteho on likimain jännite kertaa virta pulssin tasaisella osalla. Optinen teho on pienempi muuntohyötysuhteen vuoksi: P_opt = η × V_f × I_pulssi. 5 V ja 10 A ovat 50 W sähkötehoa; 35 %:n hyötysuhteella optinen lähtö on noin 17,5 W.

Arvio auttaa ajurin mitoituksessa, mutta ei korvaa optista mittausta. Myötöjännite muuttuu virran ja liitoslämpötilan mukana, ja hyötysuhde heikkenee suurella virralla tai lämmöllä. Nanosekuntipulsseissa myös nousuaika ja virtapiirin induktanssi muuttavat siirtyvää energiaa.

6. Vertaa tulosta rajoihin ja lämpöön

Matemaattisesti oikea huippuarvo voi silti olla turvaton. Tarkista samanaikaisesti suurin huippuvirta, pulssin leveys, käyttöjakso, kotelon lämpötila ja virran derating. Huipputeho, leveys ja toistotaajuus muodostavat yhden käyttöpisteen.

Arvioi keskimääräinen lämpö, älä käytä suoraan optista keskitehoa: P_{lämpö,keski} ≈ D × (V_fI_pulssi − P_opt), sekä vuodot ja ajurin häviöt. TO56-lähettimen toiminta voi olla kevyttä 1 kHz:llä ja ylikuumentua 2 kHz:llä, vaikka optinen huipputeho ei muutu.

7. Viisivaiheinen laskenta

1. Kirjaa mitattu optinen keskiteho tai linkkibudjetin vaatima pulssienergia.
2. Ota pulssin leveys, toistotaajuus ja käyttöjakso todellisesta ajurin aaltomuodosta.
3. Muunna ajat sekunneiksi ja laske pulssienergia.
4. Jaa tehollisella pulssin leveydellä tai käytä muotokerrointa.
5. Tarkista huippuvirta, keskilämpö, käyttöjakson derating, lämpötila ja laserturvarajat.

Huipputeholaskuri hoitaa aritmetiikan; vertaa tulosta laitteen absoluuttisiin maksimeihin. Artikkeli huipputehosta, pulssin leveydestä ja käyttöjaksosta selittää vaikutuksen kantamaan ja erotuskykyyn.