توان واقعی سورس های فایبر چقدر است؟!

سنجش توان واقعی سورس های لیزری

اندازه گیری توان واقعی چه کمکی به ما می کند؟

آیا می توان به توان درج شده در کاتالوگ محصولات خارجی اکتفا کرد؟

اندازه گیری توان نوری خروجی به تخمین میزان اتلاف نوری یک سورس کمک بسیار زیادی می کند، این عمل به وسیله توان سنج لیزری (پاورمتر) صورت می پذیرد.

رعایت نکات زیر پیش از انجام پاورمتری ضروری می باشد:

• از کالیبره بودن پاورمتر خود در طول موج مورد نظر اطمینان حاصل کنید.
• حدالامکان سعی کنید در هنگام پاورمتری، آشکارساز و خروجی لیزر را به صورت ثابت قرار دهید چرا که ارتعاش در هر یک از این موارد می تواند باعث اختلاف (هرچند کم) در توان خروجی شود.
• در زمان پاورمتری نباید کابل دچار خمش شود، چرا که این خمش اتلاف توان را بیشتر می کند و پایداری طول موج خروجی را کاهش می دهد.

 

برای ساخت پاورمترهای نوری معمولاً از آشکارسازهای نیمه هادی استفاده می شود.

اکثر پاورمترهای فایبر با 3 آشکارساز سیلیکون (Si)، ژرمانیوم (Ge)، یا ایندیوم-گالیوم-آرسنید (InGaAs) ساخته و بهره برداری می شوند.

سنجش توان نوری بر اساس گرمایش نور صورت می پذیرد و پاورمتر میزان گرما را در هنگام جذب نور توسط آشکارساز اندازه گیری می کند.

در پاورمتری باید این نکته را در نظر داشت که هر لیزری برای رسیدن به توان پایدار نیاز به گذشت زمان دارد و اساسا توان اندازه گیری شده توسط کاربر، توان اولیه محسوب می شود. در حالی که اغلب با گذشت زمان، توان خروجی بیشتر شده و در مقداری مشخص پایدار می شود.

در صورت وجود اتلاف، مقدار توان اندازه گیری شده از توان اصلی و تئوری کمتر خواهد بود. تفاوت در توان نوری خروجی تاحدی قابل قبول است اما اگر این توان از محدوده خاصی بالاتر رود قابل چشم پوشی نیست و باید به دنبال علت آن باشیم. این مشکل ممکن است ناشی از کوپلینگ نادرست فیبر نوری، به هم خوردن alignment فیبر نوری، کالیبراسیون نادرست طول موج پاورمتر و… باشد.

 

خدمات پاورمتری و اندازه گیری توان واقعی انواع لیزر در شرکت اپتیک پرداز

شرکت اپتیک پرداز با بهره برداری از دانش، تجربه و تخصص تیم مجرب خود و دارا بودن تمامی تجهیزات پاورمتری، تمامی خدمات مربوط به پاورمتری و سنجش لیزرها را انجام می دهد.

 

 

در ادامه تعدادی از پاورمتری های انجام شده توسط بخش فایبر شرکت اپتیک پرداز را لحاظ خواهیم کرد:

جداول زیر توان نوری اندازه گیری شده برای سورس لیزر فایبر 30 وات Raycus (6 ماه کارکرد) و سورس لیزر فایبر 20 وات IPG (2 سال کارکرد) را نشان می دهد.

شکل 1: توان واقعی سورس 30 وات

 

 

شکل2: توان واقعی سورس 20 وات

 

همانطور که مشاهده می کنید افزایش توان در سورس ها تقریبا خطی می باشد. در جدول اول علی رغم اینکه توان اسمی سورس 30 وات می باشد اما در کارخانه های بزرگ و تولید انبوه اغلب این میزان به 29 وات یا کمتر افت پیدا می کند.

با توجه به شکل، ماکسیمم توان واقعی سورس Raycus به اندازه 26.5 وات می باشد. البته این مقدار در زمان کار مداوم به مقادیر بالاتر و پایدارتر نیز صعود پیدا می کند و اصطلاحا لیزر نیاز دارد که گرم شود. ممکن است بارها با این مساله مواجه شده باشید که بعد از 10 دقیقه کارکردن با دستگاه، توان نوری خروجی آن به صورت قابل توجهی تغییر می کند.

در حالت تئوری و اسمی مقدار توانی که یک فیبر می تواند منتقل کند معمولاً بر حسب چگالی توان بیان می شود.

چگالی توان، حاصل تقسیم حداکثر توان خروجی لیزر بر مساحت پرتو لیزر است.

به عنوان مثال، یک پرتو لیزر 15 وات که بر روی نقطه ای به قطر 150 میکرومتر متمرکز است، چگالی توانی به اندازه زیر تولید می کند:

 

 

خروجی یک لیزر پالسی که معمولاً بر حسب انرژی (میلی ژول) در هر پالس مشخص می شود، ابتدا باید به توان در هر پالس تبدیل شود.

به عنوان مثال، در یک لیزر پالسی که 50 میلی ژول در یک پالس 10 ثانیه ای تولید می کند، توان خروجی برابر با:

 

 

با این کار و مقایسه توان اسمی و توان واقعی سورس می توان میزان تلفات را اندازه گیری نمود.

 

پایداری در توان واقعی لیزرها

در مسائل کاربردی تنها مقدار توان خروجی لیزر نیست که اهمیت دارد، بلکه پایداری در توان خروجی نیز مساله ای است که حتما باید مورد توجه قرار گیرد، چرا که عدم پایداری در توان خروجی، کیفیت پردازش مواد و خروجی کار شما را تحت تاثیر قرار خواهد داد.

از طرفی تولیدکنندگان دستگاه های لیزری، نمی‌خواهند توان دستگاه از مقداری مشخص‌شده خیلی دور باشد، چرا که علاوه بر تاثیر منفی بر نتیجه دلخواه کاربر، لازم خواهد بود که زمان زیادی برای پشتیبانی و کمک به مشتریان صرف کنند.

 

اما منظور ما از پایداری در توان واقعی لیزرها چیست؟

آیا توان سورس های لیزری پایدار است؟

اگر شما کاتالوگ یک دستگاه یا سورس لیزری را مطالعه کنید، متوجه خواهید شد که اغلب سازندگان، مشخصاتی را به صورت دیکته وار به عنوان میزان پایداری لیزرها لحاظ می کنند و پایداری را به عنوان یک ویژگی منحصر به فرد از محصول خود معرفی می کنند اما درحقیقت هیچ تعریف واقعی بر اساس واحدهای بین المللی یا یک ثابت جهانی برای تعیین پایداری توان وجود ندارد.

برای کسب اطلاعات دقیق از ارزیابی پایداری لیزر، لازم است که با سازندگان دستگاه ارتباط برقرار کنید، البته اگر این ارتباط ممکن باشد!

در صورت برقراری ارتباط نیز، احتمال اشاره به موضوعات ساختاری فرایند ساخت، بسیار کم و حتی نزدیک به صفر است!

براساس بررسی های انجام شده، معمولا پایداری اشاره شده در کاتالوگ دستگاه های لیزری به نوسان نسبی توان در بازه مشخصی از زمان اشاره دارد.

 

چطور می توان میزان پایداری توان واقعی را سنجید؟

روش های متفاوتی برای سنجش پایداری توان واقعی لیزرها وجود دارد که عبارت اند از:

• استفاده از پاورمتر
• استفاده از انرژی سنج
• بررسی پروفایل های پرتو لیزر
• استفاده از  پاورمتر تراهرتز

از بین این 4 روش، راحت ترین و در دسترس ترین روش، استفاده از پاورمتر لیزری می باشد.

 

نشانه های پایداری توان واقعی

یکی از مهم ترین نشانه های پایدار بودن لیزر، تکرارپذیری آن می باشد.

تکرارپذیری میزان تغییر در اندازه گیری توان یک لیزر به صورت مکرر و در واحد زمان را نتیجه می دهد. یعنی توان در یک لیزر پایدار، در طول اندازه گیری های مکرر و در طول زمان ثابت می ماند.

البته این یک مساله تئوری است و عملا هیچ لیزری به صورت ایده آل پایدار نیست و همیشه مقداری خطای تصادفی در سیستم وجود خواهد داشت.

بر خلاف خطاهای سیستماتیک هیچ راهی برای تعیین میزان تاثیر خطاهای تصادفی برروی سیستم وجود ندارد. شما فقط باید با این واقعیت کنار بیایید که این خطاها وجود دارند و بر عملکرد لیزر تاثیرگذار خواهند بود و علت تمایل نمودارهای شکل 1 و 2 به حالت غیرخطی همین خطاهای تصادفی هستند.

 

کنترل خطاهای تصادفی

البته راه هایی برای به حداقل رساندن این خطاهای تصادفی وجود دارد و یکی از ساده ترین ترفندها این است که به لیزر فرصت پایداری بدهیم. گرم شدن دستگاه لیزر به میزان قابل توجهی در پایداری و کاهش خطاهای تصادفی تاثیر خواهد گذاشت.

راه ساده دیگر، کنترل و نظارت برروی ورودی برق دستگاه است. از آنجایی که پایداری توان در طول زمان سنجیده می شود اگر نوسان برقی در سیستم وجود داشته باشد خودش را بهتر نشان می دهد.

نوسانات برق تاثیر بسیار زیادی در توان خروجی لیزر دارد و در صورت کنترل نشدن، توانایی آسیب زدن به دستگاه شما را خواهد داشت. همانطور که می دانید برق شهری بصورت متناوب درحال تغییر می باشد، در نتیجه این احتمال وجود دارد که ولتاژی خارج از محدوده پذیرش دستگاه به آن اعمال شود و با اعمال ولتاژ بیش از آستانه قابل تحمل، دستگاه آسیب خواهد دید.

راه حل این مشکل، استفاده از استابلایزر متناسب با کارشماست. استابلایزر یک تثبیت کننده ولتاژ است و فارغ از میزان ولتاژ ورودی، ولتاژ ثابتی را در خروجی به شما می دهد. استابلایزر از تجهیزات یا دستگاه های شما در برابر ولتاژ بیش از حد، ولتاژ پایین و سایر نوسانات ولتاژ محافظت می کند.

علاوه بر موارد اشاره شده، ضعیف بودن و عدم پایداری در خروجی ولتاژ منبع تغذیه، مستقیما به پایداری ضعیف در خروجی لیزر منجر خواهد شد. این پایداری در کوتاه مدت خودش را به صورت نویز نشان می دهد اما در صورت تداوم تاثیرات مخربی خواهد گذاشت.

 

این مقاله در بخش تحقیق و پژوهش شرکت اپتیک پرداز گردآوری شده است و استفاده از آن با ذکرمنبع بلامانع است.