Laser diodowy jednoprętowy

Laser diodowy z pojedynczym słupkiem obejmuje pasek lasera diodowego MCC i pasek lasera diodowego CS. Pasek lasera diodowego MCC‌ odnosi się do półprzewodnikowego paska laserowego wykorzystującego chłodnicę mikrokanałową (MCC). Pasek laserowy MCC jest używany głównie do konstrukcji opakowania laserów półprzewodnikowych dużej mocy. Jego podstawową cechą jest efektywne odprowadzanie ciepła i zdolność do pracy pod falą ciągłą i quasi-ciągłą o wysokim cyklu pracy.‌ Pasek lasera diodowego z pakietem CS odnosi się do formy opakowania lasera półprzewodnikowego, gdzie „CS” oznacza chłodzenie przewodzące. Ta forma opakowania jest stosowana głównie w laserach półprzewodnikowych dużej mocy, szczególnie w trybie wysokiego obciążenia i trybie pracy ciągłej, co wymaga wydajnego rozwiązania w zakresie rozpraszania ciepła.

Bar MCC

Bar CS

Ręczne usuwanie włosów

Pasek lasera diodowego MCC

Pasek lasera diodowego CS, opcjonalnie FAC

Mechanizm chłodzący
„Chłodzenie wodą”: Laserowe chłodzenie wodą ma na celu rozpraszanie ciepła poprzez cyrkulację wody. Woda krąży wewnątrz i na zewnątrz lasera, aby przekazać ciepło wodzie, a następnie jest zawracana po rozproszeniu w chłodnicy. Chłodzenie wodą ma wysoką przewodność cieplną i zdolność przenoszenia ciepła oraz może szybciej przekazywać ciepło na zewnątrz, zapewniając w ten sposób wydajną i stabilną pracę lasera oraz zmniejszając awaryjność.

„Chłodzenie przewodzące”: Chłodzenie przewodzące zwykle odnosi się do wykorzystania właściwości przewodnictwa cieplnego materiałów takich jak metale do rozpraszania ciepła. Ta metoda chłodzenia zależy od przewodności cieplnej materiału i jest zwykle stosowana w przypadku małych urządzeń lub lokalnego rozpraszania ciepła.

Obowiązujące scenariusze
„Chłodzenie wodą”: odpowiednie do scenariuszy wymagających długotrwałej ciągłej pracy i zapewnienia stabilności. Chłodzenie wodą może zapewnić lepszy efekt rozpraszania ciepła i zmniejszyć awaryjność. Nadaje się do laserów dużej mocy lub zastosowań wymagających dużej stabilności.
„Chłodzenie przewodzące”: odpowiednie do małych urządzeń lub lokalnych potrzeb w zakresie odprowadzania ciepła. Ponieważ chłodzenie przewodzące zależy od przewodności cieplnej materiału, jego efekt rozpraszania ciepła jest stosunkowo ograniczony i nadaje się do urządzeń o małej mocy lub małych wymaganiach dotyczących rozpraszania ciepła.

Koszt utrzymania i trudność
Chłodzenie wodne: wymaga regularnej wymiany filtrów kamienia i dodawania płynu chłodzącego, co wiąże się z wysokimi kosztami konserwacji.
Chłodzenie przewodzące: stosunkowo prosta konserwacja, wymagająca jedynie regularnego czyszczenia elementów odprowadzających ciepło i niskie koszty konserwacji.

Tryb pracy CW
Tryb pracy CW oznacza, że ​​laser pracuje w sposób ciągły, a energia wiązki wyjściowej pozostaje stała i nieprzerwana. Ten tryb pracy jest odpowiedni do zastosowań wymagających stabilnej energii lasera, takich jak komunikacja światłowodowa i obróbka materiałów. Moc wyjściowa laserów CW jest stosunkowo niska, ale może pozostać stabilna, co jest odpowiednie w scenariuszach wymagających ciągłego wytwarzania energii lasera. ‌

Tryb pracy QCW
Tryb pracy QCW oznacza, że ​​laser działa w formie impulsów, czas trwania (szerokość) każdego impulsu jest ograniczony, a pomiędzy impulsami występuje określony odstęp. Lasery QCW zwykle emitują impulsy o wysokiej częstotliwości, a szerokość impulsu można modulować w zależności od potrzeb, aby kontrolować moc wyjściową i energię impulsu lasera. Ten tryb pracy jest odpowiedni do scenariuszy zastosowań o wysokich wymaganiach dotyczących rozdzielczości czasowej, takich jak systemy radarowe i sprzęt medyczny. Wysokoenergetyczne, krótkie impulsy laserów QCW mogą zapewnić precyzyjne pomiary i efekty lecznicze. ‌

Konkretne scenariusze zastosowań
„Tryb pracy CW”: odpowiedni do zastosowań wymagających stabilnej energii lasera, takich jak komunikacja światłowodowa i obróbka materiałów. W tych zastosowaniach lasery CW mogą zapewnić stabilną moc wyjściową, aby sprostać ciągłym potrzebom transmisji sygnału lub obróbki materiałów.
„Tryb pracy QCW”: odpowiedni do zastosowań o wysokich wymaganiach dotyczących rozdzielczości czasowej, takich jak systemy radarowe i sprzęt medyczny. Wysokoenergetyczne, krótkie impulsy laserów QCW mogą zapewnić precyzyjne pomiary i efekty lecznicze.

Różne metody chłodzenia: Listwa laserowa w opakowaniu CS wykorzystuje chłodzenie pasywne i zwykle nie wymaga dodatkowych systemów chłodzenia, takich jak woda dejonizowana i chłodzenie obiegowe pompy wysokociśnieniowej. Mikrokanałowy pasek laserowy wykorzystuje chłodzenie cieczą, zwłaszcza chłodnicę mikrokanałową (MCC), której wlot cieczy chłodzącej znajduje się w pobliżu paska laserowego, co zapewnia wysoką wydajność rozpraszania ciepła.
Różnica strukturalna: Struktura listwy diodowej w obudowie CS jest stosunkowo prosta i może nie wymagać skomplikowanej konstrukcji kanału chłodzącego. Mikrokanałowy pasek diodowy zawiera chłodnicę mikrokanałową, która jest ważną częścią jego konstrukcji zapewniającą efektywne odprowadzanie ciepła.

• Wymagania konserwacyjne:Pakiet CS: konstrukcja bezobsługowa, brak mikrokanałowej diody laserowej, brak wody dejonizowanej i wysokociśnieniowe chłodzenie obiegowe pompą.
• Mikrokanałowy pasek diod laserowych:Wymagana jest regularna konserwacja układu chłodzenia.
• Różne scenariusze zastosowań:Ze względu na bezobsługową i prostą metodę chłodzenia, listwa diodowa w obudowie CS doskonale nadaje się do zastosowań laserowych klasy przemysłowej.

Pasek diodowy mikrokanałowy jest bardziej odpowiedni do stosowania w wysokim cyklu pracy i trybie pracy ciągłej ze względu na wysoką wydajność rozpraszania ciepła.

Do głównych funkcji listwy laserowej CS z soczewką FAC należy skupienie światła, wzmocnienie kierunkowości wiązki oraz zmniejszenie kąta rozbieżności wiązki. ‌

Światło emitowane przez pasek lasera samo w sobie jest światłem lasera, ale ponieważ po wyjściu z rezonatora ma zwykle kształt eliptyczny lub komiczny, wymaga soczewki, aby je skupić. Zadaniem soczewki jest skupienie tych promieni w punkcie świetlnym, zwiększając w ten sposób kierunkowość wiązki i zmniejszając kąt rozbieżności wiązki.

Światło skupienia
Soczewka potrafi skutecznie skupiać światło emitowane przez diodę laserową, tworząc plamkę świetlną. Ten efekt skupienia może znacznie zwiększyć odległość projekcji i jasność światła, dzięki czemu zastosowanie diod laserowych jest bardziej wydajne i praktyczne.

Zwiększ kierunkowość wiązki
Dzięki skupieniu przez soczewkę wiązka emitowana przez diodę laserową może być bardziej skoncentrowana i bardziej kierunkowa. Oznacza to, że wiązka może dokładniej propagować się w określonym kierunku, zmniejszając rozpraszanie i dyfuzję wiązki oraz poprawiając wydajność transmisji wiązki.

Zmniejsz kąt rozbieżności wiązki
Zastosowanie soczewek pozwala znacząco zmniejszyć kąt rozbieżności wiązki emitowanej przez diodę laserową. Zmniejszony kąt rozbieżności oznacza, że ​​wiązka może zachować mniejszy rozrzut podczas propagacji, poprawiając w ten sposób kolimację i stabilność wiązki.

W przypadku korzystania z chłodzonych wodą laserowych listew laserowych MCC należy zwrócić uwagę na następujące punkty:
„Zapewnij prawidłową instalację i podłączenie układu chłodzenia wodą‌: łącznie z chłodnicami wody, rurami wodnymi i płynami chłodzącymi, sprawdź, czy połączenie jest solidne i unikaj wycieków lub przesiąkania wody”.
‌Wybierz odpowiedni płyn chłodzący‌: Zaleca się stosowanie płynu o dobrym odprowadzaniu ciepła i właściwościach antykorozyjnych, takiego jak woda destylowana lub mieszanina płynu chłodzącego, a także unikanie stosowania płynów, które uszkadzają sprzęt.
„Kontroluj temperaturę układu chłodzenia wodą”: Zgodnie z wymaganiami lasera i środowiskiem pracy dostosuj temperaturę, aby zapewnić, że sprzęt działa w odpowiedniej temperaturze. Zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura nie jest dobra.
‌Regularnie czyść układ chłodzenia wodą‌: Unikaj zatykania rur wodnych, chłodnic itp. brudem, który wpływa na skuteczność odprowadzania ciepła. Do czyszczenia użyj miękkiej szczotki lub sprężonego powietrza.
‌Zapobiegaj zamarzaniu: W środowisku o niskiej temperaturze upewnij się, że laser i chłodnica wodna zawsze znajdują się w środowisku o temperaturze powyżej 0 stopni Celsjusza lub utrzymuj laser i chłodnicę wodną w stanie włączonym, aby zapobiec przedostawaniu się wody w rurze zamrażanie.
‌Użyj środka przeciw zamarzaniu‌: Gdy temperatura spadnie poniżej 0 stopnia, użyj środka przeciw zamarzaniu do całej wody chłodzącej; jeśli nie jest używany przez dłuższy czas lub jest wyłączone zasilanie, spuść wodę z chłodnicy wody i przechowuj urządzenie w temperaturze powyżej 5 stopni.
Dzięki powyższym środkom można zapewnić, że chłodzona wodą listwa laserowa MCC utrzymuje optymalną wydajność i wydłuża jej żywotność podczas użytkowania.

Komponenty diod laserowych w opakowaniach CS obejmują głównie następujące części:

Chip laserowy: Jest to podstawowa część diody laserowej odpowiedzialna za emisję światła laserowego. Układ laserowy składa się zwykle ze złącza pn składającego się z półprzewodnika typu p i półprzewodnika typu n, które zawiera warstwę aktywną emitującą światło oraz powłokę odbijającą światło.

Warstwa metalizująca: Warstwa metalizująca służy do łączenia chipa laserowego i innych komponentów. Zwykle dzieli się go na siatkę izolacyjną, na której zaprojektowano katodę i anodę.

Podłoże montażowe: Podłoże montażowe służy do mocowania i podtrzymywania chipa laserowego oraz zapewnia odprowadzanie ciepła. W niektórych przypadkach podłoże montażowe służy również do izolowania radiatora.

Ścieżka rozpraszania ciepła: Aby zapewnić, że dioda laserowa nie przegrzeje się podczas pracy, zwykle projektuje się ścieżkę rozpraszania ciepła. Ścieżka rozpraszania ciepła może być pionowa lub pozioma, w zależności od konstrukcji opakowania

„Efekt uśmiechu wiązki lasera” odnosi się do faktu, że w układzie laserów półprzewodnikowych (LDA) z powodu naprężeń termicznych wprowadzonych podczas procesu pakowania, chip laserowy wytwarza emitujące światło zakrzywienie w szybkim kierunku osi, powodując powstawanie plamek świetlnych każdego jednostka emitująca światło nie znajdowała się w linii prostej. Zjawisko to znane jest jako efekt „uśmiechu”.

Przyczyna
Główną przyczyną efektu „uśmiechu” jest niedopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej pomiędzy chipem laserowym a materiałami opakowaniowymi, takimi jak radiator podłoża, podczas procesu pakowania, co powoduje naprężenia termiczne. To naprężenie termiczne ulega dalszemu pogorszeniu podczas pracy lasera, powodując wygięcie chipa laserowego, co wpływa na liniowość wiązki.

Wpływ
Efekt „uśmiechu” ma istotny wpływ na jakość wiązki, co objawia się głównie pogorszeniem liniowości wiązki i równomiernym rozkładem plam świetlnych. Zwiększy to trudność kolimacji, kształtowania i łączenia włókien wiązki, wpływając w ten sposób na ogólną wydajność lasera.

Praktyczne implikacje i rozwiązania
W zastosowaniach praktycznych efekt „uśmiechu” będzie miał wpływ na jakość wiązki laserów półprzewodnikowych dużej mocy, szczególnie w zastosowaniach wymagających dużej precyzji wyrównania. Aby zredukować wpływ efektu „uśmiechu”, można go poprawić optymalizując proces pakowania, stosując materiały o bardziej dopasowanym współczynniku rozszerzalności cieplnej oraz uwzględniając w projekcie wpływ zmian temperatury na jakość belki.

Zastosowanie diod laserowych CS (LD) w technologii druku opiera się głównie na ich wysokiej wydajności, dużej gęstości mocy i precyzyjnej kontroli. Diody laserowe generują lasery na zasadzie emisji wymuszonej, które służą do dokładnej ablacji lub utwardzania materiałów podczas procesu drukowania.

Zasada działania diod laserowych
Podstawową budową diody laserowej jest złącze PN, które składa się z półprzewodnika typu P i półprzewodnika typu N domieszkowanego różnymi domieszkami. Kiedy do złącza PN zostanie zastosowane odchylenie w kierunku przewodzenia, elektrony przemieszczają się z obszaru N do obszaru P, a dziury przemieszczają się z obszaru P do obszaru N. Te elektrony i dziury łączą się ponownie w pobliżu złącza PN, tworząc fotony. Do generacji laserów potrzebne są także rezonatory emisji wymuszonej i rezonatory optyczne. Emisja wymuszona oznacza, że ​​gdy elektron przeskakuje z wyższego poziomu energetycznego na niższy, uwalniany jest foton. Jeśli ten foton oddziałuje z innym elektronem na wysokim poziomie energii, spowoduje to, że elektron wyemituje również foton o tej samej częstotliwości i fazie, osiągając w ten sposób wzmocnienie światła. Rezonator optyczny wykorzystuje reflektor do odbijania fotonów we wnęce, co dodatkowo zwiększa liczbę fotonów i ostatecznie tworzy laser. ‌

Zastosowanie diod laserowych w technologii druku
W technologii druku diody laserowe wykorzystywane są głównie w druku laserowym. Podstawowym elementem drukarki laserowej jest skaner laserowy, który skanuje powierzchnię światłoczułego bębna za pomocą wiązki lasera generowanej przez diodę laserową. Kiedy wiązka lasera naświetla światłoczuły bęben, materiał fotoprzewodzący na światłoczułym bębnie pochłania energię lasera i tworzy utajony obraz elektrostatyczny. Następnie toner jest adsorbowany na utajonym obrazie elektrostatycznym, aby zakończyć proces drukowania.

Paski diod laserowych MCC można pakować w stosy diod laserowych. ‌

Paski diod laserowych MCC można pakować w stos diod laserowych za pomocą stosu pionowego (stos V). Lasery półprzewodnikowe z pionowym stosem rozwiązują problem jakości wiązki laserów z układem poziomym, a jakość ich wiązki jest zgodna z jakością pojedynczej wiązki laserowej, co jest odpowiednie do zastosowań o wysokich wymaganiach dotyczących jakości wiązki. Ponadto wraz z udoskonaleniem technologii pakowania liczbę pasków laserowych w laserze ułożonym pionowo można zwiększyć z kilku do 70, a maksymalna moc wyjściowa może również sięgać KW.

Struktura opakowania
Struktura opakowania listew diod laserowych MCC obejmuje zazwyczaj katodę, anodę, wlot i wylot chłodziwa. Wlot chłodziwa znajduje się blisko anody układu laserowego, natomiast wylot chłodziwa znajduje się blisko katody. Taka struktura umożliwia listwom diod laserowych MCC skuteczne rozpraszanie ciepła i zarządzanie ciepłem po ułożeniu ich w stos.

Scenariusze zastosowań
Po zapakowaniu w stos diod laserowych listwy diod laserowych MCC można stosować w różnych scenariuszach zapotrzebowania na laser dużej mocy, takich jak przetwarzanie przemysłowe, badania naukowe, sprzęt medyczny itp. Ze względu na wysoką moc wyjściową i dobrą jakość wiązki, MCC listwy diod laserowych mogą po zapakowaniu spełniać wysokie wymagania stawiane sprzętom laserowym w tych dziedzinach.

Lasery diodowe z pojedynczymi prętami są dostępne w niezamontowanych listwach diodowych lub montowane w pakietach chłodzonych przewodząco lub aktywnie. Większość listew diodowych działa w zakresie długości fal od 755 do 860 nm lub od 940 nm do 980 nm. Najbardziej widoczne są długości fal 808 nm (do pompowania laserów neodymowych) i 940 nm (do pompowania Yb:YAG). Inna ważna długość fali wynosi około 975–980 nm w przypadku pompowania laserów i wzmacniaczy światłowodowych dużej mocy domieszkowanych erbem lub iterbem. Typowa dioda chłodzona pasywnie jest oferowana w uchwycie CS, w standardowym pakiecie, który jest kompatybilny z uchwytem montażowym opartym na chłodnicy termoelektrycznej (TEC). Mocowanie CS jest odpowiednie do pracy quasi-CW (QCW) i średniej mocy CW. Do aktywnego chłodzenia wodą zastosowano radiatory z mikrokanałami. Wiele prętów można układać w stosy w kierunku poziomym lub pionowym, aby zwiększyć moc wyjściową.

Lasery diodowe jednoprętowe dużej mocy znajdują bezpośrednie zastosowanie (jako bezpośrednie lasery diodowe) w obróbce materiałów laserowych (np. spawanie laserowe i niektóre obróbki powierzchni) oraz jako lasery medyczne (np. do terapii fotodynamicznej, usuwania tatuaży, chirurgii laserowej). Paski diodowe są również dalej rozwijane do celów wojskowych jako broń laserowa na polu bitwy. W przypadku bardzo dużych mocy (powyżej około 100 W) stosuje się stosy diod, które są zasadniczo kilkoma paskami diodowymi ułożonymi w kierunku pionowym. Innym powszechnym zastosowaniem jest pompowanie laserów na ciele stałym dużej mocy – zarówno laserów masowych, jak i światłowodowych.

Brandnew Technology, jeden z wiodących producentów i dostawców laserów diodowych w Chinach, posiada profesjonalną fabrykę, która produkuje wysokiej jakości laser diodowy LD z mocowaniem CS, jednopaskowy laser diodowy, laser diodowy CW i sprzedaje po konkurencyjnej cenie. Zapraszamy do sprzedaży hurtowej naszych produktów wytwarzanych w Chinach.