Интеграция лазерных диодов в систему
При работе с лазерными диодами одним из наиболее часто игнорируемых вопросов является их установка в систему. Это относится не только к физическому механизму, с помощью которого подключается лазерный диод для коллимации и его использования, но и к тому, как диод устанавливается. Какова длина кабелей? Защищены ли? Изолирована ли электрически опора от земли или оптического стола? Какое оборудование рядом? Как это может повлиять на производительность? Все эти вопросы необходимо рассмотреть.
Держатели диодов
Выбор подходящего держателя для диода требует рассмотрения корпуса диода и области его применения. Диод малой мощности в корпусе ТО, который будет использоваться, например, только для юстировки, не обязательно потребует терморегулирования; следовательно, может быть достаточно стандартного диодного крепления. С другой стороны, для мощного диода в корпусе типа «butterfly», где необходимы стабилизация длины волны и мощности, потребуется крепление, которое могло бы обеспечить стабильный контроль тока и температуры, такое как CLD1015.
В большинстве стандартных применений лазерных диодов требуется температурная стабильность. Если устанавливать лазерный диод в существующий температурный сервопривод, нерегулируемое крепление, которое легко устанавливается в систему, такую как коллимационные трубки, будет хорошим выбором. Thorlabs предлагает широкий выбор креплений диодов со встроенными контроллерами температуры ТЕС (например, LDM9T), которые устраняют необходимость в создании системы регулирования температуры. Если необходимо терморегулирование, следует убедиться, что выбранное крепление выдерживает ток и тепловую нагрузку диода.
Термически нерегулируемые держатели
Крепления с нерегулируемой температурой предназначены для приложений с низким энергопотреблением или с малым рабочим циклом, а также для систем, которые будут включать в себя регулируемую пользователем температуру. Например, юстировочный лазер с малой выходной мощностью, который не работает постоянно, не потребует регулирования температуры, так как мало забот о длине волны и стабильности мощности, также лазер часто отключен. Если регулирование температуры не требуется, все же следует отметить, что длительная работа термически нерегулируемого лазерного диода значительно сокращает его срок службы. Поскольку нерегулируемые крепления содержат только диод, а иногда и коллимирующую линзу, электрические соединения отсутствуют. Thorlabs предлагает разъемы для тех, кто хочет подключать собственные диоды и электронику. Кроме того, компания предлагает кабели для защиты от электростатического разряда и устройства для компенсации натяжения кабеля для лазеров на баллонах. Эти кабели соединяются на одном конце с лазерным диодом; другой конец оканчивается либо оголенным проводом, либо разъемом D89, совместимым с контроллерами компании.
- Коллиматоры – очень распространенные крепления для лазерных диодов в TO корпусе. Они включают в себя асферическую линзу для коллимации и обычно устанавливаются в системы с внешним регулированием температуры. Входящие в комплект линзы имеют просветляющее покрытие для диапазона 650-1050 нм и предлагаются с 1 из 4 фокусных расстояний или в виде пар линз.
- Коллимирующие держатели каркасных систем позволяют пользователю интегрировать лазеры Ø5.6 мм, Ø9 мм и TO3 в 30 мм каркасные системы. Каждый из этих комплектов содержит все монтажное оборудование, необходимое для коллимации лазерного диода, но пользователю необходимо выбрать подходящую асферическую линзу для конкретного применения.
- Держатели лазерных диодов – это простейшие решения для монтажа, в которых содержится корпус для лазерного диода, но отсутствует какое-либо встроенное крепление для коллимационной линзы. Эти крепления позволяют установить любой лазер с TO корпусом Ø5.6 мм или Ø9 мм на стойку или установить в систему линз SM05 или SM1. Также доступно крепление для монтажа на стойке лазера с оптоволокном в корпусе TO.
- Держатели с теплоотводом для лазерных источников с креплением типа C-Mount – это специальное крепление, разработанное специально для лазеров малой мощности с одним контактом и креплением C-Mount. В этих держателях используются радиаторы, обеспечивающие пассивное тепловое регулирование мощностью до 2 Вт. В эти держатели не встроен терморегулятор, поэтому они не могут обеспечить активное терморегулирование. Крепления C-Mount с одним контактом совместимы только с устаревшими лазерными диодами компании.
Лазерный диод в держателе
Регулируемые держатели лазерных диодов
Thorlabs также предлагает различные варианты держателей с регулируемой температурой для лазеров в корпусе TO. Эти крепления поддерживают различные конфигурации выводов. Крепления с регулируемой температурой обеспечивают прямой разъем для установки диодов, поэтому дополнительные кабели или переходники не требуются. При выборе крепления со встроенным охлаждением важно убедиться, что оно выдерживает ток, необходимый для лазерного диода, и обеспечивает адекватный отвод тепла.
- Держатель лазерного диода LDM21 – это компактное крепление с регулируемой температурой. Он может поддерживать до 2 Вт терморегулирования и 500 мА тока лазерного диода, но не имеет возможности модулировать ток. Для этого крепления потребуется как внешний источник тока, так и терморегулятор. Он поддерживает конфигурации выводов Thorlabs A, B, C, D и E. Кроме того, корпус оснащен резьбой SM1 (1,035"-40), что делает его совместимым с каркасными системами 30 мм. Адаптер S1TM09 можно использовать для установки асферической линзы для коллимации.
- Держатель лазерных диодов LDM9T со встроенным регулятором температуры предназначены для лазерных диодов малой мощности. Это крепление может поддерживать терморегуляцию до 0.5 Вт и ток лазерного диода до 1 А с входом для модуляции тока. Драйвер температуры встроен в саму опору, для чего требуется только внешний драйвер тока. Вентилятор с низким уровнем шума помогает как в отводе тепла, так и в стабилизации температуры. LDM9T поддерживает конфигурации выводов Thorlabs A, B, C, D, E, G и H. Корпус оснащен резьбой SM1 (1,035"-40) и 4-40 метчиками для совместимости с тубусом объектива и каркасными системами 30 мм соответственно. Адаптер S1TM09 позволяет пользователю устанавливать асферическую линзу для коллимации.
- Держатель лазерного диода HLD001 с термоэлектрическим охлаждением – это простое крепление с регулируемой температурой, которое может поддерживать до 6.3 Вт теплового регулирования. Он разработан специально для интеграции в многоосную платформу.
- Для мощных лазеров держатели для лазерных диодов с TE-охлаждением компании Thorlabs могут поддерживать до 8 Вт терморегулирования и 2 А тока лазерного диода. Кроме того, эти крепления позволяют осуществлять модуляцию тока диода. Для крепления требуются драйверы внешнего тока и температуры, которые также доступны в комплекте с этим креплением. Крепления поддерживают типы штифтов Thorlabs A, B, C, D, E, G и H. Корпус имеет резьбу SM1 (1,035"-40) и 4-40 метчики для совместимости с тубусом объектива и каркасной системой 30 мм соответственно. Адаптер S1TM09 позволяет пользователю устанавливать асферическую линзу для коллимации.
Держатель с регулируемой температурой
Регулируемые держатели лазерных диодов с оптоволоконным выводом
Thorlabs предлагает специальное терморегулируемое крепление для лазерных диодов в корпусе TO с оптоволоконным выводом, а также линейку держателей для диодов в корпусе типа «butterfly». Поскольку корпус «butterfly» имеет встроенное ТЕ-охлаждение, все держатели для него регулируются и требуют только соответствующего регулятора температуры для реализации.
- Держатель LDM9LP LD/TEC был разработан специально для лазеров с оптоволокном. Это крепление может поддерживать до 7 Вт терморегулирования при токе лазера до 1 А. Большая площадь поверхности обеспечивает отличный тепловой контакт для стабильного контроля температуры. Кроме того, он позволяет пользователю изменять ток. LDM9LP может поддерживать контакты Thorlabs A, B, C, D, E, G и H. Для работы этого крепления необходим внешний драйвер тока и температуры.
- Универсальный держатель типа «butterfly» LM14S2 совместим с 14-контактными лазерными диодами типов «butterfly» 1 и 2. Это крепление включает в себя ребра, которые помогают отводить тепло, выделяемое лазерным диодом, от крепления и поддерживает максимум 5 А как для тока лазерного диода, так и для тока ТЕ-охлаждения. T-смещение позволяет модулировать ток лазерного диода до 500 МГц. LM14S2 требует внешнего источника тока и регулятора температуры.
- Многофункциональный лазерный контроллер CLD1015 включает полный пакет драйверов для всех 14-контактных лазерных диодов в корпусе типа «butterfly» компании Thorlabs. Он содержит держатель, драйвер тока и регулятор температуры в одном корпусе. Возможность внутреннего источника тока 1.5 А и совместимость как с диодами типа 1, так и с диодами типа 2 гарантируют, что этот контроллер совместим со всеми 14-контактными лазерными диодами типа «butterfly» компании Thorlabs. Внутренний регулятор температуры на 3.5 А может удерживать диод с точностью до 0.01 °C от заданного значения. Большой сенсорный экран на передней панели позволяет полностью управлять устройством без дополнительного оборудования. Дистанционное управление также возможно через разъем mini-USB на задней стороне устройства.
Многофункциональный лазерный контроллер
Монтаж в лаборатории
Возможно, это не первое, о чем многие задумываются, но планирование лабораторных условий может значительно снизить вероятность возникновения шума или повреждения лазерного диода из-за переходных процессов. Такие безобидные вещи, как заземляющее оборудование, могут вызвать сильные головные боли, если их не спланировать должным образом. Например, электрическая изоляция лазерной диодной установки от оптического стола может помочь уменьшить эффекты, вызванные контурами заземления. Хотя многие регулируемые держатели жестко заземлены, в лабораториях обычно можно найти много электрического оборудования (например, осциллографов). Это может привести к образованию больших контуров заземления, а они означают большой индуктивный шум. Если поместить изоляционную ленту под держатель, электрический контакт между креплением и столом будет нарушен, что обеспечит некоторую защиту от воздействия контуров заземления.
Окружение может значительно повлиять на чувствительность к переходным процессам. Хотя будет невозможно удалить все шумы и повреждения, при небольшом планировании эти эффекты можно значительно уменьшить. Есть два источника переходных процессов, которые вызывают особую озабоченность в современной лаборатории: быстрые электрические переходные процессы (EFT) и электромагнитные помехи (EMI). EFT – это очень быстрые высокочастотные электрические всплески. Некоторые распространенные источники EFT включают в себя оборудование, которое потребляет большие импульсные токи в линии электропередачи, такое как двигатели или паяльники, и все, что имеет импульсный источник питания, например блоки питания и компьютеры. Быстрый всплеск от EFT может вывести из строя лазерный диод. Вторым распространенным источником переходных процессов во многих лабораториях являются электромагнитные помехи. Источники электромагнитных помех обладают большим потенциалом индуцировать в лазерных диодах напряжения, достаточные для повреждения или разрушения в зависимости от близости к источнику. Общие источники электромагнитных помех включают в себя люминесцентные лампы и источники высокого напряжения для газовых или эксимерных лазеров.
Еще один важный фактор, о котором следует помнить – это близость к источникам тепла. Правильная и безопасная работа лазерных диодов обычно включает в себя стабилизацию температуры, которая требует излучения тепла в окружающую среду для надлежащего регулирования (обычно через радиатор или тепловую нагрузку, такую как большой алюминиевый блок). Повышение температуры вокруг диода влияет на эффективность передачи тепла от диода в окружающую среду. Без надлежащего регулирования температуры диод может подвергнуться термическому повреждению. Например, лазерная головка СО2-лазера мощностью 100 Вт может стать значительным источником теплового загрязнения.
При установке диодов на лабораторный стол инвентаризация оборудования, находящегося в непосредственной близости к излучателю, может помочь определить потенциальные источники EFT и EMI излучения, а также источники тепла. Например, многие не стали бы устанавливать лазерный диод непосредственно рядом с источником высокого напряжения или головкой мощного газового лазера на CO2. Кабели, идущие к диоду, должны быть изолированы от других кабелей, так как это может помочь уменьшить улавливание от других инструментов и оборудования.
