Разработка лазерного излучателя
В сканере используется лазерный диод SPLPL90_3 фирмы OSRAM, технические характеристики которого приведены в [15]. Нормальные условия работы для этого диода:
Частота: 1КГц;
Длительность импульсов: 100 ns;
Ток: 30 А.
Воспользуемся схемой накачки лазера через разряд конденсатора (Рисунок 9).
Рисунок 9 – Схема накачки лазера
Она заключается в том, что пока транзистор закрыт, конденсатор заряжается через резистор до напряжения питания. Как только транзистор открывается, происходит разряд конденсатора через лазерный диод за малый промежуток времени, в результате чего получается необходимый для лазерного импульса ток.
В схеме используется драйвер полевого транзистора MIC4451, технические характеристики которого приведены в [16]. Выходной ток драйвера 12 А, что достаточно для быстрого открытия транзистора. Время открытия было установлено экспериментально и равняется 10 нс.
Ёмкость конденсатора была определена опытным путем. В ходе эксперимента запускался лазер и измерялось напряжение на резисторе 0.1 Ом. По закону Ома ток проходящий через лазерный диод определяется выражением:
(17)
Ёмкость конденсатора подбиралась, начиная с 10 нФ, и каждый раз параллельно подключался конденсатор той же ёмкости, пока ток, проходящий через резистор, не стал равен 30 А. Результаты эксперимента приведены в таблице (Таблица 1).
Таблица 1 – Результаты эксперимента
|
Ёмкость конденсатора, нФ |
Напряжение на резисторе, В |
Ток в цепи, А |
|
10 |
2.01 |
20.1 |
|
20 |
2.07 |
20.7 |
|
30 |
2.15 |
21.5 |
|
40 |
2.42 |
24.2 |
|
50 |
2.61 |
26.1 |
|
60 |
2.74 |
27.4 |
|
70 |
2.87 |
28.4 |
|
80 |
3.02 |
30.2 |
Лазер был подвергнут испытаю, в ходе которого была исследована зависимость температуры нагрева лазерного диода от частоты импульсов.
Испытания начались с частоты 100 Гц и каждый раз частота повышалась на 100 Гц. Температура измерялась через 5 минут работы. Результаты опыта приведены в таблице (Таблица 2).
Таблица 2 – Результаты эксперимента
|
Частота |
Температура |
|
100 Гц |
23 |
|
200 Гц |
27 |
|
300 Гц |
31 |
|
400 Гц |
35 |
|
500 Гц |
38 |
|
600 Гц |
41 |
|
700 Гц |
46 |
|
800 Гц |
50 |
|
900 Гц |
52 |
|
1 КГц |
55 |
|
1.1 КГц |
60 |
|
1.2 КГц |
71 |
|
1.3 КГц |
83 |
|
1.4 КГц |
95 (перегрев) |
График результатов измерения приведен на рисуке (Рисунок 10).
Рисунок 10 – Зависимость температуры диода от частоты излучения
Из эксперимента видно что лазер после 1.1 КГц теряет свою стабильность. В виду этого в сканере была выбрана частота 1 КГц.
Так как было решено разделить питание лазера и остальной схемы, импульс на вход драйвера поступает с оптрона 6N137 (Рисунок 11). Технические характеристики оптрона приведены в [17].
Рисунок 11 – Схема включения оптрона