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レーザーダイオード光らせようと思い 定電流回路というものをつくりました 光ら...

rai********さん

2020/7/916:03:00

レーザーダイオード光らせようと思い
定電流回路というものをつくりました
光らせることはできたのですが、いまいち出力が弱いような気がし電圧を上げてみたりしました
そこで疑問がでたので

すが、
電圧をあげることで、確かに明るくなったのですが
さらにあげてを繰り返していると明るさに変化は感じられませんでした。
明るさをあげるには、電圧と電流どちらをあげればよいのでしょうか。両方でしょうか。
明るさが変わらないなら、余った電圧はどこにいったのでしょうか。特に熱くなってる様子もありませんでした。

使ったのは、電池からLM317Tをつなぎ、out~adj間に30Ωの抵抗です。
電池の量を増やして、6v~17vまで試しました。
動作電圧3v~5vのレーザーダイオードですが、壊れませんでした。

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ベストアンサーに選ばれた回答

2020/7/919:59:00

動作電圧が3V~5Vの半導体レーザモジュールは、内部に定出力回路(APC回路)が組み込まれています。

定出力回路というのは、電源電圧が変わっても一定の光出力となるように半導体レーザの駆動電流を調整する回路です。半導体レーザには光出力モニタ用のフォトダイオードが内蔵されているのでそのようなことが可能です。

したがってそのようなモジュールを定電流駆動しても、定電流回路の出力電圧が3V未満ならレーザ発振せず、3V以上なら一定出力で発振するだけで、レーザ光の光出力制御はできません。

>いまいち出力が弱い
定電流回路の出力電圧が3V未満になってレーザ発振していないからでしょう。レーザ発振すると、紙などを近づけたときの光スポットがギラギラした感じになります(スペックルノイズが目立つ)。レーザ発振しないとLED光しか出ないので、光スポットが広がって明るくありません。

>電圧をあげることで、確かに明るくなった
モジュールの電源電圧を3V以上にすればレーザ発振するので明るくなりますが、定出力駆動されているので、それ以上電圧を上げても光出力はほとんど一定です。電源電圧を上げたときに少し明るくなるのは。モジュール内部の定出力回路が理想的な特性ではないからです。

>電圧と電流どちらをあげればよい
半導体レーザに限らず、どんなデバイスでも、電圧と電流を独立制御することはできません。印加電圧が決まれば流れる電流は一義的に決まります(当たり前です)。

定出力回路が組み込まれている半導体レーザモジュールは、内部を改造しない限り光出力を変更できません。

たとえ改造できたとしても光出力を増やす方向の改造はやめたほうがいいです。光出力が絶対最大定格を超えると、端面破壊が起きて不可逆的な劣化に至ります。

  • 2020/7/921:07:08

    モジュールから半導体レーザ素子だけを取り出して定電流駆動すれば、ある程度の光出力制御はできますが、光出力の温度依存が非常に大きいので安定した光出力はとても得られません。

    半導体レーザの駆動電流が、その素子固有の「しきい値電流」を超えるとレーザ発振しますが、半導体レーザはLEDと違って、電流増加に対する光出力の増加率(微分量子効率)が非常に大きいので、電流をわずかに増やしただけで光出力が絶対最大定格を超える恐れがあります(したがって駆動電流の調整は非常に難しい)。

    しかも、高温ほどしきい値電流が大きくなるので、定電流駆動では周囲温度が高くなると発振が停止してしまうだけでなく、温度が下がると光出力が急増して劣化する可能性があります。

    半導体レーザにはこのような性質があるため、定電流駆動でなく定出力駆動するのが定石です。

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質問した人からのコメント

2020/7/10 19:19:16

詳しくありがとうございました

どうしたらいいのかわかりませんが
また機会があったら教えてください

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dai********さん

2020/7/1010:05:17

あなたの質問の文章には矛盾があります。

「定電流回路が動作している範囲では電源電圧を変えても電流は変化せず明かるさが変わらない。」というのが正常な動作です。


したがってどこかで誤った理解がされていることになります。

まずは定電流回路の正しい理解を得られるように勉強してください。

bav********さん

2020/7/1001:09:58

まず、確認すべきことが有ります。

「3~5Vのレーザーダイオード」には回路が含まれているはずで、その回路が3~5Vの電源電圧範囲でレーザーダイオードを適切に光らせるようになっています。

もし回路が有るのなら、3~5Vの定電圧を加えるのが正しく、定電流回路は不要です。

定電流回路を入れることにより電池の電圧より3.75V程度(定電流回路で食う分)低い電圧までしか供給されませんし、電池の電圧を上げても42mAまでしか流れませんので、低い電池電圧では暗く、多分5本か6本(7.5~9V)でまともに光ってそれ以上は変わらないという結果ではないでしょうか。

電池2~3本(LR44など内部抵抗が高い電池なら4本まで行けるかも)を直接繋いで光らせるのが正解です。

それ以上電池を増やすと壊れます。

ご参考まで

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Kenさん

2020/7/921:15:57

定電流回路をLM317Tで作って OUT〜adj間に30Ω入れたら 約42mAの定電流回路になっている。

電源電圧を上げて行くと 1V付近から出力が出始めて 定電流の値になったら出力電圧は増えません。LM317Tの IN〜OUT間にかかって 発熱します。

一般には電流を増やすと発光量は増えます。

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fried_turnipさん

2020/7/916:32:06

>動作電圧3v~5vのレーザーダイオードですが、壊れませんでした。
既に壊れているかも知れません。
光るからと言って壊れていないとは言えません。

レーザーダイオード(LD)は出力過大で故障すると出力が低下して
本来の出力が出なくなってしまいますが、低出力では発光します。

安定して高出力で発光できる動作領域が非常に狭いのがLDの特徴です。

>電圧と電流どちらをあげればよいのでしょうか。
LDは普通は定電圧でも定電流でもなく内臓フォトダイオード(PD)による
定出力制御(APC)を行います。
PDが内蔵されていないLDの場合は、定電流制御と温度制御とを併用する
場合もあります。

LDの型名が不明なので具体的な回路のアドバイスは出来ませんが、
LDメーカーの技術資料を参考にする事をお勧めします。

shi********さん

2020/7/916:20:13

>明るさをあげるには、電圧と電流どちらをあげればよいのでしょうか。

使っているレーザーダイオードのI-V特性はわかりますか?

わかるのであれば、最適な電圧と電流の組合せがわかると思います。

定電流回路で電流を制限すると、制限している電流で
光出力が決まるので、電圧を上げても光出力は上がりません。

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