펄스 레이저 다이오드의 피크 전력 계산법

1. 어떤 피크 전력이 필요한지 먼저 정하기

데이터시트의 피크 전력은 광학 피크 전력, 피크 순방향 전류 또는 전기 펄스 전력일 수 있습니다. 서로 바꿔 쓸 수 있는 값이 아닙니다. 링크 예산이나 거리 계산에는 창, 렌즈, FAC, 광섬유 결합을 거친 뒤의 광학 피크 전력을 사용해야 합니다.

드라이버가 10 A를 낼 수 있다고 해서 레이저와 광학계가 같은 전력을 내는 것은 아닙니다. 계산의 입력이 측정된 평균 광출력인지, 펄스 에너지인지, 전류인지, 데이터시트 값인지 먼저 명확히 하십시오.

2. 세 가지 핵심 식 사용하기

규칙적으로 반복되는 펄스에서 듀티 사이클은 펄스 폭과 반복률의 곱입니다. FWHM이 전체 폭과 같은 직사각형 펄스라면 다음과 같습니다.

단위를 일관되게 유지하십시오. 100 ns는 100 × 10^-9 s입니다. 평균 전력이 mW라면 나누기 전에 W로 바꿔야 합니다.

3. 실제 수치 예

180 W 광학 피크, 100 ns 폭, 3 kHz 반복률을 가정합니다.

역방향 확인도 중요합니다. 포토다이오드로 10 kHz에서 10 mW 평균을 측정했다면 펄스 에너지는 1 µJ입니다. 100 ns FWHM의 직사각형 펄스라면 광학 피크는 10 W가 됩니다.

4. 직사각형이 아닌 펄스 보정

실제 레이저 펄스에는 상승·하강 시간이 있습니다. 펄스 에너지와 정점 진폭으로 파형 계수 k를 정의합니다.

이상적인 직사각형은 k = 1입니다. 가우시안 펄스는 k ≈ 1.0645이므로 같은 에너지와 FWHM에서 정점이 직사각형 결과보다 약간 낮습니다. 삼각형 펄스는 k = 0.5이므로 같은 에너지를 위해 정점 진폭이 두 배 필요합니다.

느린 에지, 비대칭 또는 링잉이 있으면 보정된 검출기로 파형을 측정하고 면적을 적분하십시오: E = ∫ P(t) dt. 오실로스코프의 최고 샘플이 아니라 측정된 에너지가 유효한 피크 추정의 기준입니다.

5. 광학 피크와 전기 피크 구분

전기 펄스 전력은 펄스 평탄 구간의 전압 곱하기 전류에 가깝습니다. 광학 피크는 변환 효율만큼 낮습니다: P_opt = η × V_f × I_pulse. 5 V, 10 A는 전기적으로 50 W이며, 35 % 효율에서는 약 17.5 W의 광출력이 됩니다.

이 근사는 드라이버 선정에 유용하지만 광학 측정을 대신하지 못합니다. 순방향 전압은 전류와 접합 온도에 따라 변하고, 고전류·고온에서는 효율이 떨어집니다. 나노초 펄스에서는 상승 시간과 루프 인덕턴스도 실제 전달 에너지를 바꿉니다.

6. 정격과 발열로 결과 검증

계산값이 맞더라도 안전하지 않을 수 있습니다. 최대 피크 전류, 펄스 폭, 듀티 사이클, 케이스 온도, 전류 디레이팅을 함께 확인하십시오. 피크 전력, 폭, 반복률은 하나의 운전 조건 묶음입니다.

평균 발열은 평균 광출력이 아니라 손실로 계산합니다: P_heat,avg ≈ D × (V_fI_pulse − P_opt)에 누설과 드라이버 손실을 더하십시오. TO56 이미터는 1 kHz에서 여유가 있어도 광학 피크가 같더라도 2 kHz에서는 과열될 수 있습니다.

7. 다섯 단계 계산 절차

1. 측정된 평균 광출력 또는 링크 예산에서 요구되는 펄스 에너지를 기록합니다.
2. 실제 드라이버 파형에서 펄스 폭, 반복률, 듀티 사이클을 가져옵니다.
3. 모든 시간을 초로 바꾸고 펄스 에너지를 계산합니다.
4. 유효 펄스 폭으로 나누거나 파형 계수를 적용합니다.
5. 피크 전류, 평균 발열, 듀티 디레이팅, 온도, 레이저 안전 한계를 확인합니다.

피크 전력 계산기로 산술을 끝낸 뒤 장치의 절대 최대 정격과 비교하십시오. 피크 전력, 펄스 폭, 듀티 사이클 글은 이 값이 거리와 분해능을 어떻게 바꾸는지 설명합니다.