ЛПИ-102 запуск и измерение мощности

#DigitalCAT_electronics #Photonics #Laser_therapy
Обзор запуска инжекционного лазера ЛПИ-101 / ЛПИ-102 и измерения средней мощности генерации лазерного излучения.

В обзоре https://youtu.be/_EtPabL8Wu0 была продемонстрирована схема устройства для низкоуровневой ИК лазерной терапии отличающегося от существующих автономностью - отсутствием базового блока и простотой изготовления.
Этот обзор продолжает начатую в обзоре https://youtu.be/_EtPabL8Wu0 тему. Монтаж, запуск, снятие осциллограмм, измерение температуры и оценка средней мощности генерации лазерного излучения, все здесь и добро пожаловать!

ЛПИ-101 и ЛПИ-102 советские инжекционные импульсные лазерные диоды в корпусе которых находится зарядная емкость и цепь разряда из двух последовательно соединенных динисторов. ЛПИ-101 отличается от ЛПИ-102 в двое большей мощностью импульса лазерного излучения.

Первоначальная схема была переработана, было выявлено что имитатор оптрона от Silabs не позволяет достичь 19 вольт амплитуды импульса на выходе при питании каскада с открытым коллектором напряжением 20 вольт и величине нагрузочном резистора 2 кОм.
Удалось достичь срабатывания динисторов в первоначальной схеме (обзор: https://youtu.be/_EtPabL8Wu0), но напряжение на выходе оптрона было 17,5 вольт (без нагрузки, при отключенном ЛПИ-102). Оптрон был удален и вместо оптрона использован эмиттерный повторитель на биполярном транзисторе. Для питания эмиттерного повторителя, напряжение преобразователя было поднято до 26 вольт, в схему введен дополнительный LDO со смещением уровня земли стабилитроном для получения на выходе LDO 20 вольт питания зарядной цепи лазерного диода.

Осциллограммы показали наличие модуляции полки первичного напряжения питания USB - 5 вольт. Проведено снятие осциллограммы тока в первичной цепи питания с напряжением 5 вольт, замер действующего значения потребляемого тока. Действующее значение тока в цепи постоянного напряжения 5 вольт составило 258 мА. Потребляемая мощность - 1,29 Вт. Модуляция напряжения вызвана многократным срабатыванием цепи запуска с периодом 2RC где RC значение сопротивления и емкости дифференцирующей цепи запуска. Это стало возможным потому, что генератор импульсов запуска формирует меандр длительность импульса которого много больше значения RC дифференцирующей цепи запуска лазера. После разрядки емкости на динистор, емкость RC цепи заново заряжалась и повторно открывала динистр по мере роста напряжения на конденсаторе дифференцирующей цепи. Каждое срабатывание динисторов приводит к замыканию источника питания (USB) на землю через токоограничительный резистор сопротивлением 180 Ом, что виделось как модуляция питающего напряжения.

Многократное срабатывание цепи запуска в одном цикле разряда накопительной емкости и генерации лазерного излучения приводит к повышенному потреблению энергии и расходованию ее на бесполезный нагрев элементов.

Был произведен оценочный замер средней мощности лазерного излучения ЛПИ-101. Для измерения использовался измеритель ИМО-2Н. ИМО-2Н не предназначен для измерения не сколлимированных оптических пучков. Необходимо применять интегрирующую сферу (шар Ульбрехта). Поэтому мы измерили только часть средней мощности оптического излучения попавшего в полость приемника ИМО-2Н. Измеренная часть средней мощности равна 0,12 мВт. Замерив линейные размеры выходного зеркала лазерного диода, в предположении 40 градусов угла по медленной оси, пренебрегая астигматизмом быстрой ости (в виду значительного удаления сечения полости приемника от зеркала лазерного диода), зная диаметр полости и расстояние от полости приемника до выходного зеркала, произведея геометрические построения можно оценить полная среднюю мощность в конусе при вершине с углом 40 градусов величиной 2,53 мВт. Зная частоту импульсов запуска в предположении 70 нС (данные паспорта ЛПИ-101) длительности лазерного излучения (пренебрегая пичковой структурой) оценена мощность единичного импульса ЛПИ-101 не превышающая величину 9,3 Вт.

В обзоре представлена окончательная схема устройства избавленная от недостатков и ошибок первоначального дизайна, приведенные номиналы соответствуют фактически используемым в макете.

Наш канал: https://www.youtube.com/channel/UCt2VdJAY7-iM78VEEa-Y1rg
Лазерная техника: https://www.youtube.com/playlist?list=PLNgstzo2FKNOuauhZjiALEcHWPjMrhGiF

Видео ЛПИ-102 запуск и измерение мощности канала DigitalCAT