¿Por qué una PSU de laboratorio no es adecuada para conducir un diodo láser directamente?

La sección "No es una opción" dice:

  

Es importante que los láseres de diodo siempre tengan un controlador regulado en el control de corriente automático o en la operación de control de potencia automático. Una fuente de alimentación de laboratorio estándar no es adecuada para conducirlos directamente.

Ha referenciado la segunda oración que dice que "una fuente de alimentación de laboratorio no es adecuada". La oración anterior dice que una fuente de alimentación con control de corriente automático es adecuada, pero sugiere que no es ideal.

Figura1.Unextractodel U-LD-650543A < hoja de datos que muestra las curvas de potencia frente a las corrientes de avance a distintas temperaturas.

Podemos ver que, para este diodo láser, que a una corriente constante, digamos 15 mA, la potencia de salida disminuirá de aproximadamente 2.5 mW a 1 mW a medida que la temperatura aumenta de 25 ° C a 40 ° C. Esto protegerá el diodo a expensas de la variación en la potencia de salida, ya que la temperatura varía, por lo que al menos ahorrará el láser, pero es posible que su aplicación no funcione de manera confiable.

En resumen, una fuente de alimentación de laboratorio de voltaje limitado no podría proteger el láser, una fuente de corriente limitada lo protegerá pero no proporcionará una potencia constante y una PSU regulada de energía dará el rendimiento óptimo.

Su artículo vinculado continúa diciendo (bajo "Búsqueda de poder constante"):

  

El control automático de energía emplea un diodo monitor integrado en el paquete del láser para retroalimentación. Los láseres con diodos de monitoreo integrados están disponibles en tres configuraciones, todas con el terminal común conectado a su alojamiento, que a menudo está conectado eléctricamente a tierra. La salida de un diodo monitor integrado no es adecuada para la calibración. A una potencia de salida dada, la corriente del monitor puede variar en un factor de 10 de láser a láser.

Entonces, la mejor manera de controlar el láser es monitorear la salida de potencia óptica usando un fotodiodo incorporado. Hay tres acuerdos comunes.

Figura2.Tresdiferentesdisposicionesdediodosdemonitoreo.LD=diodoláser.MD=diododemonitoreo.Fuente: Láser de diodo de conducción: un procedimiento avanzado hacia adelante (enlace de OP)

El esquema de la Figura 2 muestra cada uno de los tres arreglos. Tenga en cuenta que en cada caso, el LD está polarizado hacia adelante y el MD está polarizado inversamente como es normal en las aplicaciones de fotodiodo. El voltaje a través del MD aumentará al aumentar los niveles de luz incidente. El amplificador operacional controla este voltaje y, a medida que aumenta (lo que indica un aumento de la potencia del láser), reducirá la unidad al transistor LD. El circuito se estabilizará en el nivel de salida de potencia diseñado.

Las tres opciones mostradas son:

1. Tipo P: el ánodo MD y el cátodo LD comparten el terminal común. El terminal común del paquete está conectado al riel inferior de un suministro de riel único.
2. Tipo N: el cátodo MD y el ánodo LD comparten el terminal común. El terminal común del paquete está conectado al riel superior de un suministro de riel único.
3. Tipo M (mixto): los cátodos comparten un terminal común. Esta opción requiere un suministro de riel dividido.

El punto importante aquí es que el MD se utiliza para regular el poder para el LD.

Figura 3. El pinout U-LD-650543A.

El pinout de mi diodo láser elegido al azar muestra que es un tipo-N. Note una diferencia en la terminología: PD, fotodiodo, versus MD, monitoreo-diodo, en la Figura 2.

Si leería los detalles finos en ese sitio web, indica que la regulación y la retroalimentación de la temperatura son más importantes que la regulación actual.

Para una corriente limitada dada, el diodo láser se calienta y puede tener cambios sutiles en las longitudes de onda que causan un aumento en la temperatura del diodo.

Una fuente de alimentación de sobremesa tiene regulación de corriente y voltaje, pero no puede detectar la temperatura del diodo láser y hacer retroceder la corriente si el diodo láser se calienta. Se supone que la fuente de alimentación está bien filtrada DC con mucha corriente de fuente.

Necesita un suministro de láser de buena fe que incluya la detección de temperatura del láser para que pueda reducir la corriente de alimentación permitida. Una fuente de alimentación de sobremesa convencional hará que el láser funcione, pero el láser puede quemarse en cuestión de minutos.

Una cita de ese sitio, más su URL.

  

Un factor que a menudo se pasa por alto en el manejo de los láseres de diodo es la influencia   de temperatura en la relación entre la potencia de salida óptica y   Corriente de funcionamiento. Mientras que la corriente de umbral aumenta con la temperatura.   La potencia de salida óptica y la eficiencia diferencial disminuyen. los   circuito del conductor, por lo tanto, debe tener una característica de seguridad que garantice que un   Un aumento significativo de la temperatura no destruirá el láser.

Enlace al artículo sobre el láser

respuesta corta

La resistencia del diodo láser es altamente no lineal con varios modos para el desbordamiento térmico. Por eso le recomendamos que no utilice un limitador de corriente constante simple hasta que entienda por qué no.

Debe usar un diodo de retroalimentación óptica (PD) interno con una baja regulación de la potencia de sujeción inversa ESL. O diseñe uno que funcione (advertencia) o monitoree la temperatura del láser con un diodo delantero adherido (no está bien más lento ... advertencia pero está bien para los LED)

¿cómo funciona? (para que puedas entender por qué)

Considere un diodo láser con un umbral de avance de < 1 V y una corriente de avance nominal de, por ejemplo, 1.2 con una resistencia diferencial inversamente relacionada con la potencia nominal. Una cavidad óptica es una forma de retroalimentación positiva con pérdidas y, cuando se alcanza el umbral de excitación para el "láser", se convierte de un LED a un láser de modo resonante ("amplificación de la luz por emisión de radiación estimulada")

La corriente Lasing ahora salta a aproximadamente 10x, por lo general, si está regulada, también como una potencia ligeramente más que esto y aún así, tiene una resistencia diferencial positiva que es un coeficiente de temperatura positivo (PTC) de R vs Temp. Lo que lleva a más potencia y fuga térmica. Si la temperatura de la unión aumenta en milisegundos debido a la mala resistencia del disipador de calor y al suministro de corriente suficiente a un cierto voltaje, tiene un diodo láser quemado.

Mientras tanto, el voltaje de umbral de la unión podría tener una característica PTC o NTC dependiendo del tipo. Considere un coeficiente de temperatura negativo (NTC). Esto está definido por el Efecto Schockley y depende de la química, los gradientes de temperatura en la unión y otras cosas como el Factor de Idealidad del diodo. Digamos que reduce la tensión Vt del umbral de saturación del diodo, 100 mV por cada aumento de 100'C en la corriente o -1mV / 'C. Supongo que sabe que todos los diodos basados en el factor de idealidad tienen una constante Vt vs log (If) y cuando esa pendiente comienza a disminuir (en una cantidad definida) comienza a saturarse y funciona como un LED tenue y el tamaño de el chip (que es un factor en la potencia nominal) controla la resistencia diferencial a granel de la interfaz del cristal / electrodo (similar a la ESR pero no del todo). Esta es la parte que también tiene el PTC, mientras que el diodo de cristal tiene el NTC. Por lo tanto, si tiene una fuente de voltaje limitada en la corriente y una serie R una caída en Vf o Vt, la serie R ahora tiene más caída de voltaje para aumentar la corriente, lo que podría producir un posible embalamiento térmico y también aumentar la resistencia.

Entonces, ¿cuál es la mejor práctica?

Entonces, si tiene un diodo pequeño inverso para capturar una reflexión interna y un cable extra para este sensor, puede detectar la corriente de emisión de luz * R = Voltaje en xxx mV para usar como retroalimentación para una regulación de corriente ESL baja y ajustada de tu laser.

Luego, calcula la resistencia térmica entre Caso y Ambiente para garantizar que el aumento de la temperatura de la unión se minimice en el diseño porque los diodos láser pueden durar 1000 horas como máximo en el rango de 1 ~ 10W porque Arhennius Law in Chemistry dice que la tasa de envejecimiento del material se duplica aprox cada 10 grados centígrados. Así que desea mantenerlo lo más fresco posible con los métodos de disipador térmico tipo CPU. De lo contrario, tiene un puntero desechable de corta duración.

Ahora solo mencionaré que si la temperatura de la unión Tj aumenta demasiado rápido para que su sistema de control responda o esté demasiado caliente, un salto en modo de frecuencia puede reducir la eficacia y ahora su nivel de fotodiodo de realimentación disminuye y su realimentación intenta conducir aún más actual y poof otro diodo láser quemado (a menos que detecte / regule intencionalmente lo anterior)

si está familiarizado con los osciladores de retroalimentación positiva o cómo la retroalimentación negativa demora mucho los controles inestables o se excede, entonces aprecia el chiste siguiente .

El acrónimo LOSER, para "oscilación de la luz por emisión estimulada de radiación", habría sido más correcto.