Dalam teknologi optoelektronik moden, laser semikonduktor menonjol dengan struktur padat, kecekapan tinggi dan tindak balas yang pantas. Ia memainkan peranan penting dalam bidang seperti komunikasi, penjagaan kesihatan, pemprosesan perindustrian dan pengesanan/pengisaran. Walau bagaimanapun, apabila membincangkan prestasi laser semikonduktor, satu parameter yang nampaknya mudah tetapi sangat penting—kitaran tugas—sering diabaikan. Artikel ini mengkaji konsep, pengiraan, implikasi dan kepentingan praktikal kitaran tugas dalam sistem laser semikonduktor.
1. Apakah Kitaran Tugas?
Kitaran tugas ialah nisbah tanpa dimensi yang digunakan untuk menggambarkan perkadaran masa laser berada dalam keadaan "hidup" dalam satu tempoh isyarat berulang. Ia biasanya dinyatakan sebagai peratusan. Formulanya ialah: Kitaran Tugas=(Lebar Nadi/Tempoh Nadi)×100%. Contohnya, jika laser memancarkan denyutan 1 mikrosaat setiap 10 mikrosaat, kitaran tugasnya ialah: (1 μs/10 μs)×100%=10%.
2. Mengapakah Kitaran Tugas Penting?
Walaupun ia hanya nisbah, kitaran tugas secara langsung mempengaruhi pengurusan haba laser, jangka hayat, kuasa output dan reka bentuk sistem keseluruhan. Mari kita huraikan kepentingannya:
① Pengurusan Terma dan Jangka Hayat Peranti
Dalam operasi berdenyut frekuensi tinggi, kitaran tugas yang lebih rendah bermakna masa "mati" yang lebih lama antara denyutan, yang membantu laser menyejuk. Ini amat bermanfaat dalam aplikasi berkuasa tinggi, di mana mengawal kitaran tugas boleh mengurangkan tekanan haba dan memanjangkan hayat peranti.
② Kuasa Output dan Kawalan Keamatan Optik
Kitaran tugas yang lebih tinggi menghasilkan output optik purata yang lebih besar, manakala kitaran tugas yang lebih rendah mengurangkan kuasa purata. Melaraskan kitaran tugas membolehkan penalaan halus tenaga output tanpa mengubah arus pemacu puncak.
③ Respons Sistem dan Modulasi Isyarat
Dalam komunikasi optik dan sistem LiDAR, kitaran tugas secara langsung mempengaruhi masa tindak balas dan skema modulasi. Contohnya, dalam julat laser berdenyut, menetapkan kitaran tugas yang betul meningkatkan pengesanan isyarat gema, mempertingkatkan ketepatan dan frekuensi pengukuran.
3. Contoh Aplikasi Kitaran Tugas
① LiDAR (Pengesanan dan Pengisaran Laser)
Dalam modul julat laser 1535nm, konfigurasi denyut puncak tinggi kitaran tugas rendah biasanya digunakan untuk memastikan pengesanan jarak jauh dan keselamatan mata. Kitaran tugas selalunya dikawal antara 0.1% dan 1%, mengimbangi kuasa puncak tinggi dengan operasi yang selamat dan sejuk.
② Laser Perubatan
Dalam aplikasi seperti rawatan dermatologi atau pembedahan laser, kitaran tugas yang berbeza menghasilkan kesan haba dan hasil terapeutik yang berbeza. Kitaran tugas yang tinggi menyebabkan pemanasan berterusan, manakala kitaran tugas yang rendah menyokong ablasi berdenyut serta-merta.
③ Pemprosesan Bahan Perindustrian
Dalam penandaan dan kimpalan laser, kitaran tugas mempengaruhi cara tenaga diendapkan ke dalam bahan. Melaraskan kitaran tugas adalah kunci untuk mengawal kedalaman ukiran dan penembusan kimpalan.
4. Bagaimana untuk Memilih Kitaran Tugas yang Tepat?
Kitaran tugas optimum bergantung pada aplikasi khusus dan ciri-ciri laser:
①Kitaran Tugas Rendah (<10%)
Sesuai untuk aplikasi puncak tinggi dan denyutan pendek seperti julat atau penandaan ketepatan.
②Kitaran Tugas Sederhana (10%–50%)
Sesuai untuk sistem laser berdenyut pengulangan tinggi.
③Kitaran Tugas Tinggi (>50%)
Menghampiri operasi gelombang berterusan (CW), digunakan dalam aplikasi seperti pam optik dan komunikasi.
Faktor lain yang perlu dipertimbangkan termasuk keupayaan pelesapan haba, prestasi litar pemacu dan kestabilan haba laser.
5. Kesimpulan
Walaupun kecil, kitaran tugas merupakan parameter reka bentuk utama dalam sistem laser semikonduktor. Ia bukan sahaja mempengaruhi output prestasi tetapi juga kestabilan dan kebolehpercayaan sistem jangka panjang. Dalam pembangunan dan aplikasi laser pada masa hadapan, kawalan yang tepat dan penggunaan kitaran tugas yang fleksibel akan menjadi penting untuk meningkatkan kecekapan sistem dan membolehkan inovasi.
Jika anda mempunyai lebih banyak soalan tentang reka bentuk atau aplikasi parameter laser, sila hubungi atau tinggalkan komen. Kami sedia membantu!
Masa siaran: 9 Julai 2025