Huipputeho, pulssin leveys ja käyttösuhde: kolme lukua, jotka määrittävät pulssitetun laserdiodin

Suhde

Kolme numeroa, yksi identiteetti:

Kaikki muu seuraa. Pulssien energia määrää kantaman. Käyttösykli määrää lämmön. Pulssin leveys määrää resoluution.

Huipputehko on markkinointiluku

180 W diodi ja 90 W diodi samalla 100 ns:llä ovat hyvin erilaisia; 180 W diodi 50 ns:llä ja 90 W diodi 100 ns:llä ovat sama järjestelmä – molemmat tuottavat 9 uJ. Huipputeho yksinään ei kerro mitään kantamasta.

Tällä on kaupallista merkitystä, koska tietolehdet aloittavat huipputehosta. Kun vertailet osia, muunna ensin energiaan. Meidän oma luettelomme tekee näin: jokainen pulssilaseridiodin sivu listaa pulssienergian 100 ns kohdalla yhdessä huipputeholuvun kanssa.

Pulssin leveys: resoluutio, sokea alue ja ajurin kustannus

Etäisyyden resoluutio määräytyy pulssin leveyden mukaan:

t_p = 100 ns:lle, ΔR = 15 m. 10 ns:lle, 1,5 m. 1 ns:lle, 15 cm.

Sama luku määrää vastaanottimen kaistanleveyden, jota tarvitset (BW ≈ 0.4 / t_p), mikä määrittää kohinatason. Se myös määrää sokean alueen – vastaanotin ei voi nähdä paluuta ennen kuin sen oma pulssi on päättynyt, joten 100 ns pulssi ei voi mitata mitään lähempää kuin noin 15 m ilman erityistekniikoita.

Seuraamukset:

Huomaa kompromissi: kapeampi pulssi antaa sinulle resoluution ja huonomman kohinatason. 1 ns pulssilla integroituu 100 kertaa enemmän kohinakaistaa kuin 100 ns pulssilla, mikä maksaa noin 10 dB herkkyydestä. Siksi etäisyysyhtälö käyttää energian, ei huipputeho, mittarina: 1 ns pulssi 100 W:lla antaa samaa kantamaa kuin 100 ns pulssi 1 W:lla, mutta 100 kertaa suuremmalla ajurin vaikeudella.

Työjakso: luku, joka päättää selviytymisen

Pulssimoduulattujen laserdiodien tuhoisin vika ei ole huipputeho – se on keskimääräinen teho. TO56-purkki, jonka säteilytyspinta-ala on 110 x 30 µm, voi hajottaa muutaman sadan milliwatin lämpöä. Jos sitä painetaan pidemmälle, facet-pinnoite heikkenee, kynnysvirta nousee ja osa hajoaa kymmenissä tunneissa sen sijaan, että kestäisi kymmeniä tuhansia tunteja.

Toimiva esimerkki PLD905-180W-M kanssa:

Mukava. Datalehti sallii enintään 0,1 %, mikä 3 kHz:llä tarkoittaa, että pulssin voisi venyttää 300 ns:iin – mutta silloin ajettaisiin 54 mW keskimääräistä tehoa ja pidempää pulssia. Suurin osa suunnittelusta pysyy hyvin arvion rajoissa ja käyttää jäljellä olevan käyttösykkeen ylimääräisenä lämpömarginaalina.

Mikä rikkoo suunnittelut:

Unohtaminen, että työjakso skaalautuu molempien muuttujien mukaan. Toistonopeuden kaksinkertaistaminen ja pulssin leveyden säilyttäminen kaksinkertaistaa keskimääräisen tehon.

Hylkää aallonpituuden siirtymä lämpötilan mukana. 0,28 nm/K:lla 40 K:n nousu siirtää huippuaallonpituuden 11 nm – tarpeeksi kulkemaan 10 nm:n kaistanpäästösuodattimen reunalle ja menettämään hiljaisesti puolet signaalistasi. Alhaisen siirtymän osat, kuten PLD905AL-70W-M, pysyvät 0,10 nm/K juuri tästä syystä.

Oletetaan, että vastaanottimen suodin on tarpeeksi leveä. Yleensä näin ei ole. Sovi suodattimen läpäisykaista diodin lämpötilan laajentuneen spektrin mukaan, ei sen 25 °C arvon mukaisesti.

Käytännön valintasäännöt

Aloita energiasta, ei tehosta. Päätä tarvittava alue, muunna se alueyhtälön kautta, valitse sitten pulssin leveys resoluutiovaatimuksen perusteella ja vasta sitten selvitä tarvittava huipputeho.

Valitse pisin pulssi, jonka resoluutiosi sallii. Se on helpompi ajaa, tarvitsee vähemmän vastaanottimen kaistanleveyttä, sillä on parempi kohinataso ja se rasittaa vähemmän ajuri-elektroniikkaa.

Pidä keskimääräinen teho puolella nimellistehosta. Se antaa lämpötilavaraa korkeille lämpötiloille ja siihen liittyvälle aallonpituuden siirtymälle.

Tarkista emittersien määrä ja aukko. Sama 75 W on saatavilla kolmena 200 x 10 µm emitterinä tai neljänä 90 x 18 µm emitterinä. Ensimmäinen antaa sinulle leveän, ohuen viivan; toinen tiiviimmän pisteen. Tämä valinta vaikuttaa kollimointilinssien optiikkaan - katso säteiden muotoilu.