Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
8 (800) 775-38-88
Бесплатно по РФ
Санкт-Петербург
    ru en
    Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
    Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования. Резидент Технопарка ИТМО
    Подключение и измерение мощности полупроводникового лазерного модуля накачки с волоконным выводом

    Подключение и измерение мощности полупроводникового лазерного модуля накачки с волоконным выводом

    21-04-2021

    Полупроводниковые волоконные лазерные модули широко используются в самых различных областях науки и техники, например в медицине, полиграфии, обработке материалов, приборах ночного видения, неразрушающем контроле материалов и конструкций, анализе состава веществ, накачке лазеров.

    Рассмотрим два способа электропитания лазерных диодов:


    После подключения диодных модулей к источнику питания произведем замеры выходных характеристик лазерного излучения. Для этого нам понадобятся следующие компоненты:


    Электропитание диода с длиной волны излучения 915 нм будем обеспечивать с помощью источника постоянного тока MOS QJ3020E (см. рисунок 1). Это не лучший метод подключения, потому что в момент включения могут происходить скачки тока, а поскольку источник не имеет стабилизации по току, эти осцилляции могут привести к катастрофической деградации полупроводниковой структуры диода.


    Устанавливать значения тока и напряжения на органах управления источником постоянного тока необходимо основываясь на характеристиках, указанных производителем в технической документации на лазерный диод.

    1.png

    Рисунок 1 - Приборы (а) и технические характеристики (б) лазерного диода мощностью 20 Вт и длиной волны излучения 915 нм


    Оптический стол, на котором будет размещаться подключаемый диод, необходимо заземлить во избежание возникновения разряда статического напряжения, что может привести к повреждению лазерного диода. Подключаемый диод плотно прижимаем к радиатору, предварительно смазав тонким ровным слоем термопасты для обеспечения необходимой теплопередачи. Для съема тепла в пределах нескольких Вт достаточно радиатора с развитой теплоотводящей поверхностью.

    Мощности лазерного излучения до десятков Вт потребуют несколько более массивного радиатора с конвективным теплообменом (радиатор с установленным на него вентилятором). Мощности более десятка Вт потребуют жидкостного охлаждения с помощью специальных чиллеров.

    2.png

    Рисунок 2 – Теплоотводящее основание – радиатор (а), нанесенная на основание корпуса диода термопаста - термоинтерфейс (б), лазерный диод, смонтированный через термопасту на радиатор (в)


    После того как подготовлена теплоотводящая основа лазерный диод можно подключать к источнику питания (прибор должен быть выключен), для чего подсоединяем клеммы кабеля электропитания блока с одной стороны и к электрическим контактам диода с другой стороны. Подключать контакты необходимо строго соблюдая полярность: плюс - к плюсу, минус – к минусу. 

    ВАЖНО: ни в коем случае не допускать перекрестных контактов, пересечений, иначе возникнет короткое замыкание, приводящее к выходу устройства из строя.

    3.png

    Рисунок 3 – Лазерный диод, установленный на радиатор и подключенный к блоку питания


    По завершению подготовительных действий перед запуском, необходимо зачистить торец оптического волоконного вывода диода и сколоть его. Это необходимо для того, чтобы торец не загорелся при рассеянии и поглощении излучения. Зачистка оптического волокна осуществляется с помощью стриппера и протиранием безворсовой салфеткой, предварительно смоченной в спирте. О том, что волокно чистое свидетельствует ощутимо слышный скрип при протирании. После этого все готово к скалыванию. Для этого используется прецизионный скалыватель, например Fujikura CT50 (CT-50). А для удобной и безопасной работы с волокном используем специальный держатель.

    4.png

    Рисунок 4 – Скалыватель Fujikura CT50 (а), держатель оптического волокна (б)


    После выполненных процедур лазерный диод и оборудование готово к включению и измерениям параметров лазерного излучения. Для регистрации выходных характеристик используется термоэлектрический датчик (50(150)A-BB-26) и регистратор Nova II, производства компании Ophir.

    6.jpg

    Рисунок 5 – Измерение мощности лазерного излучени



    Мощность лазерного излучения измерялась при значении тока от 1 до 4 А. Результаты измерения мощности лазерного излучения представлены в таблице 1.

    Таблица 1 – Зависимость мощности излучения от тока электропитания:


    Управляющий ток, А
    Мощность, Вт
    1.03 0.1
    2.46 3.214
    3.5 5.37
    3.9 6.01

    По полученным значениям (см. таблицу 1) была построена Ватт-Амперная характеристика диода. Сравнив полученный график с диапазоном 1-4 А из паспорта диода, видно, что они совпадают.

    1.png

    Рисунок 6 – Измеренная (а) и паспортная (б) Ватт-амперная характеристика диода


    Для реализации второго способа подключения лазерного диода мощностью 30 Вт и с длиной волны излучения 793 нм использовался драйвер Maiman Electronics с блоком питания (см. рисунок 7). Этот метод является более предпочтительным, так как указанный драйвер имеет защиту по току, встроенный фильтр для сглаживания пульсаций.

    2.jpg

    Рисунок 7 – Драйвер питания Maiman Electronics

    Контакты диода припаиваются к проводам, подключаемым непосредственно к драйверу. Обращаем Ваше внимание, что долго задерживать паяльник над контактами нельзя, во избежание поломки чувствительной к нагреванию полупроводниковой структуры диода. Непродолжительное воздействие паяльника обеспечивается путем коротких быстрых прохождений вдоль контактов диода.

    В остальном подготовка к включению (установка на радиатор, зачистка и скалывание волокна) остаются без изменений. Отличие заключается в том, что в этом случае задаются параметры не на панели источника, а с помощью интерфейса компьютера. Драйвер подключается к источнику питания 220 В и через USB-кабель к компьютеру, откуда с помощью специальной программы можно задавать параметры питания (ток).

    3.png

    Рисунок 8 – Схема подключения с помощью драйвера и источника питания (а), где 1 – ПК с интерфейсом для управления параметрами драйвера, 2 - драйвер питания Maiman Electronics , 3 – радиатор, 4 – лазерный диод, 5 – блок питания драйвера, и технические характеристики (б) лазерного диода мощностью 30 Вт и длиной волны излучения 793 нм.

    4.png

    Рисунок 9 - Измерение мощности лазерного излучения


    По полученным значениям мы также измеряем Ватт-Амперную характеристику (Рисунок 9, таблица 2) лазерного диода и строим ее график (рисунок 10) и сравниваем ее в таком же диапазоне с характеристикой из паспорта диода.

    Таблица 2 – Результаты измерения ватт-амперной характеристики с помощью драйвера Maiman Electronics и источника питания 


    Управляющий ток (A) Мощность (Вт)
    2.25 9.4
    2.5 11.5
    2.75 13.5
    3 15.5


    5.png

    Рисунок 10 – График измеренной (а) и паспортной (б) ватт-амперной характеристики 

    Данные, полученные в результате измерений, свидетельствуют о том, что зарегистрированные двумя способами ватт-амперные характеристики лазерных диодов идентичны паспортным характеристикам. Подобным образом, проводится входной контроль продукции, поставляемой АО «ЛЛС» своим заказчикам, что гарантирует ее качество.

    В представленной статье кратко описана процедура подключения лазерных диодных модулей с волоконными выводами двумя разными способами. А также описано, какие могут потребоваться компоненты, расходные материалы и измерительное оборудование. Продемонстрировано, что выходные характеристики не зависят от способа электропитания лазерного диода, однако, рекомендовано для обеспечения его надежной работы использовать драйвер Maiman Electronics и источник тока.

    Инженеры нашей компании готовы провести совместные работы по подключению, тестированию лазерных диодов оптоволоконных компонент и иных компонент лазерной техники, а при необходимости выполнить обучение навыкам работы с ними в лаборатории «ЛЛС».

    Назад к новостям