Trong công nghệ quang điện tử hiện đại, laser bán dẫn nổi bật với cấu trúc nhỏ gọn, hiệu suất cao và tốc độ phản hồi nhanh. Chúng đóng vai trò thiết yếu trong các lĩnh vực như truyền thông, chăm sóc sức khỏe, xử lý công nghiệp và cảm biến/đo khoảng cách. Tuy nhiên, khi thảo luận về hiệu suất của laser bán dẫn, một thông số tưởng chừng đơn giản nhưng cực kỳ quan trọng—chu kỳ hoạt động—thường bị bỏ qua. Bài viết này sẽ đi sâu vào khái niệm, cách tính toán, ý nghĩa và tầm quan trọng thực tiễn của chu kỳ hoạt động trong hệ thống laser bán dẫn.
1. Chu kỳ hoạt động là gì?
Chu kỳ hoạt động là một tỷ lệ không có đơn vị được sử dụng để mô tả tỷ lệ thời gian laser ở trạng thái "bật" trong một chu kỳ của tín hiệu lặp lại. Nó thường được biểu thị bằng phần trăm. Công thức là: Chu kỳ hoạt động = (Độ rộng xung) / (Chiều rộng xung)/Chu kỳ xung)×100%. Ví dụ, nếu một laser phát ra xung 1 micro giây cứ sau mỗi 10 micro giây, thì chu kỳ hoạt động là: (1 μs/10 μs)×100%=10%.
2. Tại sao chu kỳ làm việc lại quan trọng?
Mặc dù chỉ là một tỷ lệ, chu kỳ hoạt động ảnh hưởng trực tiếp đến việc quản lý nhiệt, tuổi thọ, công suất đầu ra và thiết kế hệ thống tổng thể của laser. Hãy cùng phân tích tầm quan trọng của nó:
① Quản lý nhiệt và tuổi thọ thiết bị
Trong hoạt động xung tần số cao, chu kỳ làm việc thấp hơn có nghĩa là thời gian "tắt" giữa các xung dài hơn, giúp laser tản nhiệt tốt hơn. Điều này đặc biệt có lợi trong các ứng dụng công suất cao, nơi việc kiểm soát chu kỳ làm việc có thể giảm ứng suất nhiệt và kéo dài tuổi thọ thiết bị.
② Điều khiển công suất đầu ra và cường độ quang học
Chu kỳ hoạt động cao hơn dẫn đến công suất quang học trung bình lớn hơn, trong khi chu kỳ hoạt động thấp hơn làm giảm công suất trung bình. Điều chỉnh chu kỳ hoạt động cho phép tinh chỉnh năng lượng đầu ra mà không làm thay đổi dòng điện dẫn động đỉnh.
③ Đáp ứng hệ thống và điều chế tín hiệu
Trong hệ thống truyền thông quang học và LiDAR, chu kỳ hoạt động ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian phản hồi và các phương pháp điều chế. Ví dụ, trong đo khoảng cách bằng laser xung, việc thiết lập chu kỳ hoạt động phù hợp sẽ cải thiện khả năng phát hiện tín hiệu dội lại, nâng cao cả độ chính xác và tần số đo.
3. Ví dụ ứng dụng của chu kỳ làm việc
① LiDAR (Công nghệ phát hiện và đo khoảng cách bằng laser)
Trong các mô-đun đo khoảng cách bằng laser 1535nm, cấu hình xung có chu kỳ hoạt động thấp và công suất đỉnh cao thường được sử dụng để đảm bảo cả khả năng phát hiện ở tầm xa và an toàn cho mắt. Chu kỳ hoạt động thường được kiểm soát trong khoảng từ 0,1% đến 1%, cân bằng giữa công suất đỉnh cao và hoạt động an toàn, mát mẻ.
② Laser y tế
Trong các ứng dụng như điều trị da liễu hoặc phẫu thuật laser, các chu kỳ hoạt động khác nhau dẫn đến các hiệu ứng nhiệt và kết quả điều trị khác nhau. Chu kỳ hoạt động cao gây ra hiện tượng gia nhiệt liên tục, trong khi chu kỳ hoạt động thấp hỗ trợ quá trình loại bỏ mô bằng xung tức thời.
③ Xử lý vật liệu công nghiệp
Trong khắc và hàn laser, chu kỳ làm việc ảnh hưởng đến cách năng lượng được truyền vào vật liệu. Điều chỉnh chu kỳ làm việc là chìa khóa để kiểm soát độ sâu khắc và độ xuyên thấu của mối hàn.
4. Làm thế nào để chọn chu kỳ hoạt động phù hợp?
Chu kỳ hoạt động tối ưu phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể và đặc tính của laser:
①Chu kỳ hoạt động thấp (<10%)
Lý tưởng cho các ứng dụng xung ngắn, đỉnh cao như đo khoảng cách hoặc đánh dấu chính xác.
②Chu kỳ làm việc trung bình (10%–50%)
Thích hợp cho các hệ thống laser xung có tần số lặp lại cao.
③Chu kỳ làm việc cao (>50%)
Tiến gần đến chế độ hoạt động sóng liên tục (CW), được sử dụng trong các ứng dụng như bơm quang học và truyền thông.
Các yếu tố khác cần xem xét bao gồm khả năng tản nhiệt, hiệu suất mạch điều khiển và độ ổn định nhiệt của laser.
5. Kết luận
Mặc dù nhỏ, chu kỳ hoạt động là một thông số thiết kế quan trọng trong các hệ thống laser bán dẫn. Nó ảnh hưởng không chỉ đến hiệu suất đầu ra mà còn đến độ ổn định và độ tin cậy lâu dài của hệ thống. Trong quá trình phát triển và ứng dụng laser trong tương lai, việc kiểm soát chính xác và sử dụng linh hoạt chu kỳ hoạt động sẽ rất quan trọng để nâng cao hiệu quả hệ thống và thúc đẩy sự đổi mới.
Nếu bạn có thêm câu hỏi về thiết kế thông số laser hoặc ứng dụng, đừng ngần ngại liên hệ hoặc để lại bình luận. Chúng tôi luôn sẵn sàng hỗ trợ!
Thời gian đăng bài: 09/07/2025