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KLD101 K-Würfel-Lasertreiber
Schwellenwert und den maximalen Betriebsstrom sind auch sehr temperaturabhängig, weshalb empfohlen
wird, die Laserdioden nicht über 80 % ihrer maximalen Nennausgangsleistung zu betreiben.
Im Allgemeinen muss der Grenzwert für den Betriebsstrom experimentell ermittelt werden, es sei denn, die
elektrischen Parameter der betreffenden Laserdiode sind bereits bekannt (d. h. die Diode wurde
charakterisiert). Dazu wird ein optisches Leistungsmessgerät an die Laserdiode angeschlossen und die optische
Leistung kontinuierlich überwacht, während der Treiberstrom schrittweise erhöht wird, wobei darauf zu
achten ist, dass die angegebene maximale optische Leistung mit einer sicheren Marge (in der Regel 20 %)
eingehalten wird.
Generell muss die Einstellung des maximalen Stroms mit äußerster Vorsicht erfolgen. Das Verfahren wird
durch die Temperaturabhängigkeit der Laserleistung erschwert: Wenn sich der Laserdiodenchip erwärmt,
nimmt die optische Leistung ab. Dies kann bei der Einstellung der Stromgrenze zu einer potenziell gefährlichen
Situation führen. Da sich der Laserchip während der Strombegrenzungseinstellung erwärmt, wird die
maximale Laserstromeinstellung für einen warmen Laserdiodenchip vorgenommen. Wenn nun die Laserdiode
ausgeschaltet, abgekühlt und dann mit dem maximalen Laserstrom wieder eingeschaltet wird, erzeugt der
kalte Laserdiodenchip eine viel höhere optische Ausgangsleistung. Überschreitet diese den für die Laserdiode
angegebenen Grenzwert, kann das Gerät beschädigt werden.
3.4.4
Optimierung der PD-Stromverstärkung
Die Optimierung der PD-Stromverstärkung ist ein automatischer Prozess, der intern vom Gerät durchgeführt
wird, wenn die Schaltfläche "Optimize Amplifier Gain" (Verstärkerverstärkung optimieren) auf der
Registerkarte "Photodiode Settings" (Fotodiodeneinstellungen) gedrückt wird (siehe Abschnitt 6.2.3.).
Im Kinesis-System wird die Software-"Anforderung", wie viel Strom (im Konstantstrommodus) oder optische
Leistung (im Closed-Loop-Modus) von der Laserdiode erzeugt wird, durch einen Digital-Analog-Wandler (DAC)
eingestellt. Dieser DAC erzeugt eine Spannung, die von der Software auf einen Wert zwischen Null und einer
festen Referenzspannung eingestellt werden kann.
Wenn der Konstantleistungsmodus ausgewählt ist, wird ein geschlossener Regelkreis eingerichtet, der
kontinuierlich den Fotostrom misst und die Laserleistung entsprechend anpasst, so dass der Fotostrom immer
gleich einem "Sollwert" ist (die optische Leistung wird konstant gehalten, indem der Fotostrom konstant
gehalten wird). Damit der volle Bereich des DAC genutzt werden kann, müssen die Messwerte der Photodiode
"normalisiert" werden, so dass der volle Bereich (d. h. der maximale Photostrom) dem vollen Bereich des DAC
entspricht. Die Menüoption GAIN SELFCAL (siehe Abschnitt 4.4.5.) und die Schaltfläche "Optimize Amplifier
Gain" auf der GUI (siehe Abschnitt 6.2.3.) führen diese Normalisierung durch.
Nehmen wir zum Beispiel an, dass der DAC eine Spannung zwischen Null und maximal 5 Volt erzeugt.
In einer bestimmten Konfiguration kann es vorkommen, dass die Fotodiode bei maximaler optischer Leistung
25 µA erzeugt. Wenn die Schaltfläche "Optimize Amplifier Gain" (Verstärkung optimieren) gedrückt wird, stellt
das System die Stromverstärkung der Photodiode auf 0,2 V/µA ein, so dass der Transimpedanzverstärker (TIA)
der Photodiode 5 Volt ausgibt.
In einem anderen Aufbau erzeugt die Fotodiode einen anderen Strom für die maximale optische Leistung, so
dass eine andere Verstärkung des Fotodiodenverstärkers erforderlich ist.
Aus Gründen der Bequemlichkeit ist es vorzuziehen, den Optimierungsprozess über das GUI-Einstellungsfeld
zu starten, da dies visuell intuitiver ist - siehe Abschnitt 5.4. (Sobald das Gerät für den Betrieb mit der
gewählten Laserdiode konfiguriert ist, kann der weitere Betrieb ohne PC erfolgen). Es ist jedoch auch möglich,
den Optimierungsprozess vom oberen Bedienfeld aus durchzuführen, ohne einen Steuer-PC - siehe Abschnitt
4.4.5.
Rev. C, August, 2022
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