Jednotyčový diodový laser

Jednočárový diodový laser obsahuje MCC diodovou laserovou tyč a CS diodovou laserovou tyč. MCC Diode Laser Bar‌ označuje polovodičovou laserovou tyč, která používá mikrokanálový chladič (MCC). MCC Laser Bar se používá hlavně pro obalovou strukturu vysoce výkonných polovodičových laserů. Jeho základní vlastností je účinný odvod tepla a schopnost pracovat pod vysokým pracovním cyklem spojité vlny a kvazikontinuální vlny.‌ CS balená diodová laserová lišta odkazuje na formu balení polovodičového laseru, kde „CS“ znamená vodivé chlazení. Tato forma balení se používá hlavně pro vysoce výkonné polovodičové lasery, zejména ve vysokém pracovním cyklu a režimu nepřetržitého provozu, který vyžaduje účinné řešení odvodu tepla.

Bar MCC

CS Bar

Ruční depilace

MCC diodová laserová lišta

CS diodová laserová lišta, volitelně FAC

Chladící mechanismus
‌Chlazení vodou‌: Laserové vodní chlazení má odvádět teplo cirkulací vody. Voda cirkuluje uvnitř a vně laseru, aby přenesla teplo do vody, a poté se po rozptýlení v radiátoru recykluje. Vodní chlazení má vysokou tepelnou vodivost a schopnost přenosu tepla a může rychleji přenášet teplo ven, čímž zajišťuje efektivní a stabilní provoz laseru a snižuje poruchovost‌.

‌Chlazení vedením‌: Chlazení vedením se obvykle týká využití vlastností tepelné vodivosti materiálů, jako jsou kovy, k rozptýlení tepla. Tento způsob chlazení závisí na účinnosti tepelné vodivosti materiálu a obvykle se používá u malých zařízení nebo místního odvodu tepla‌.

Použitelné scénáře
‌Chlazení vodou‌: Vhodné pro scénáře, které vyžadují dlouhodobý nepřetržitý provoz a zajišťují stabilitu. Vodní chlazení může zajistit lepší odvod tepla a snížit poruchovost. Je vhodný pro vysoce výkonné lasery nebo aplikace, které vyžadují vysokou stabilitu‌.
‌Chlazení vedením‌: Vhodné pro malá zařízení nebo místní potřeby odvodu tepla. Protože kondukční chlazení závisí na účinnosti tepelné vodivosti materiálu, je jeho účinek na odvod tepla relativně omezený a je vhodný pro zařízení s nízkým výkonem nebo nízkými požadavky na odvod tepla‌.

Náklady na údržbu a obtížnost
Vodní chlazení: vyžaduje pravidelnou výměnu filtrů vodního kamene a doplňování chladicí kapaliny, což má vysoké náklady na údržbu.
Kondukční chlazení: relativně jednoduchá údržba, vyžadující pouze pravidelné čištění součástí odvádějících teplo a nízké náklady na údržbu.

Pracovní režim CW
Pracovní režim CW znamená, že laser pracuje nepřetržitě a energie výstupního paprsku zůstává konstantní a nepřerušovaná. Tento pracovní režim je vhodný pro aplikace, které vyžadují stabilní laserovou energii, jako je komunikace s optickými vlákny a zpracování materiálu. Výstupní výkon CW laserů je relativně nízký, ale může zůstat stabilní, což je vhodné pro scénáře, které vyžadují nepřetržitý výkon laserové energie. ‌

Pracovní režim QCW
Pracovní režim QCW znamená, že laser pracuje ve formě pulzů, délka (šířka) každého pulzu je omezená a mezi pulzy je určitý interval. QCW lasery obvykle opakovaně vysílají pulsy o vysoké frekvenci a šířku pulsu lze modulovat podle potřeby pro řízení výstupního výkonu a pulsní energie laseru. Tento provozní režim je vhodný pro aplikační scénáře s vysokými požadavky na časové rozlišení, jako jsou radarové systémy a lékařská zařízení. Vysokoenergetické krátké pulsy QCW laserů mohou poskytnout přesné měření a účinky léčby. ‌

Specifické aplikační scénáře
‌CW pracovní režim‌: Vhodné pro aplikace, které vyžadují stabilní laserovou energii, jako je komunikace s optickými vlákny a zpracování materiálu. V těchto aplikacích mohou CW lasery poskytovat stabilní výstupní výkon, aby vyhovovaly neustálým potřebám přenosu signálu nebo zpracování materiálu.
‌Pracovní režim QCW‌: Vhodné pro aplikace s vysokými požadavky na časové rozlišení, jako jsou radarové systémy a lékařská zařízení. Vysokoenergetické krátké pulsy QCW laserů mohou poskytnout přesné měření a účinky léčby.

Různé způsoby chlazení: Laserová tyč s baleným CS využívá pasivní chlazení a obvykle nevyžaduje další chladicí systémy, jako je deionizovaná voda a cirkulační chlazení vysokotlakým čerpadlem. Mikrokanálová laserová lišta využívá kapalinové chlazení, zejména mikrokanálový chladič (MCC), jehož přívod chladicí kapaliny je umístěn v blízkosti laserové lišty, s vysokou účinností odvodu tepla.
Strukturální rozdíl: Struktura CS zabalené diodové tyče je relativně jednoduchá a nemusí zahrnovat složitý design chladicího kanálu. Mikrokanálová diodová lišta obsahuje mikrokanálový chladič, který je důležitou součástí její konstrukce pro efektivní odvod tepla.

• Požadavky na údržbu:Paket CS: bezúdržbový design, žádná mikrokanálová laserová dioda, žádná deionizovaná voda a cirkulační chlazení vysokotlakým čerpadlem.
• Mikrokanálová laserová diodová lišta:Je nutná pravidelná údržba chladicího systému.
• Různé scénáře aplikace:Díky své bezúdržbové a jednoduché metodě chlazení je CS balená diodová lišta velmi vhodná pro průmyslové laserové aplikace.

Mikrokanálová diodová lišta je vhodnější pro použití ve vysokém pracovním cyklu a nepřetržitém pracovním režimu díky vysoké účinnosti odvodu tepla.

Mezi hlavní funkce CS laserové lišty s čočkou FAC patří zaostření světla, zvýšení směrovosti paprsku a snížení úhlu divergence paprsku. ‌

Světlo emitované laserovou tyčí je již samotné laserové světlo, ale protože má obvykle tvar elipsy nebo komy, když vychází z rezonátoru, vyžaduje k jeho zaostření čočku. Funkcí čočky je zaostřit tyto paprsky do světelného bodu, čímž se zvýší směrovost paprsku a sníží se úhel divergence paprsku‌.

Zaměření světla
Čočka může účinně zaostřit světlo vyzařované laserovou diodou a vytvořit světelnou skvrnu. Tento efekt zaostření může výrazně zvýšit projekční vzdálenost a jas světla, díky čemuž je použití laserových diod efektivnější a praktičtější‌.

Zlepšete směrovost paprsku
Zaostřením přes čočku může být paprsek emitovaný laserovou diodou koncentrovanější a více směrový. To znamená, že paprsek se může šířit v určitém směru přesněji, čímž se sníží rozptyl a difúze paprsku a zlepší se účinnost přenosu paprsku‌.

Snižte úhel divergence paprsku
Použití čoček může výrazně snížit úhel divergence paprsku emitovaného laserovou diodou. Snížený úhel divergence znamená, že paprsek si může během šíření udržet menší rozptyl, čímž se zlepší kolimace a stabilita paprsku‌.

Při použití vodou chlazených laserových MCC laserových tyčí věnujte pozornost následujícím bodům‌:
Zajistěte správnou instalaci a připojení systému vodního chlazení‌: včetně vodních chladičů, vodního potrubí a chladicích kapalin, zkontrolujte, zda je připojení pevné a zabraňte úniku vody nebo prosakování‌.
‌Vyberte si vhodnou chladicí kapalinu‌: Doporučuje se používat kapalinu s dobrým odvodem tepla a antikorozními vlastnostmi, jako je destilovaná voda nebo směs chladicí kapaliny, a vyvarovat se použití kapalin, které poškozují zařízení‌.
‌Ovládejte teplotu vodního chladicího systému‌: Podle požadavků na laser a pracovního prostředí upravte teplotu, abyste zajistili, že zařízení bude pracovat při vhodné teplotě. Příliš vysoká nebo příliš nízká teplota není dobrá.
‌Pravidelně čistěte systém vodního chlazení‌: Zabraňte ucpání vodního potrubí, chladičů atd. nečistotami, které ovlivňují účinnost odvodu tepla. K čištění použijte měkký kartáč nebo stlačený vzduch.
‌Zabránění zamrznutí‌: V prostředí s nízkou teplotou zajistěte, aby byl laser a vodní chladič vždy v prostředí nad 0 stupňů Celsia, nebo nechejte laser a vodní chladič v zapnutém stavu, abyste zabránili vniknutí vody do potrubí. zmrazení.
‌Používejte nemrznoucí kapalinu‌: Když teplota klesne pod 0 stupňů, použijte nemrznoucí kapalinu pro veškerou chladicí vodu; pokud se delší dobu nepoužívá nebo je vypnuté napájení, vypusťte vodu z vodního chladiče a skladujte zařízení v prostředí nad 5 stupňů ‌.
Prostřednictvím výše uvedených opatření lze zajistit, že si vodou chlazená laserová lišta MCC udrží optimální výkon a prodlouží svou životnost během používání.

Komponenty laserové diody zabalené v CS zahrnují zejména následující části:

Laserový čip: Toto je hlavní část laserové diody, která je zodpovědná za vyzařování laserového světla. Laserový čip je obvykle složen z pn přechodu složeného z polovodiče typu p a polovodiče typu n, který obsahuje aktivní vrstvu vyzařující světlo a povlak, který světlo odráží.

Metalizační vrstva: Metalizační vrstva se používá ke spojení laserového čipu a dalších součástí. Obvykle se dělí na izolační mřížku a na tuto vrstvu je navržena katoda a anoda.

Montážní substrát: Montážní substrát se používá k upevnění a podpoře laserového čipu a zajišťuje odvod tepla. V některých případech se montážní substrát používá také k izolaci chladiče.

Cesta odvodu tepla: Aby se zajistilo, že se laserová dioda během provozu nepřehřívá, existuje obvykle návrh cesty pro odvod tepla. Dráha odvodu tepla může být vertikální nebo horizontální v závislosti na konstrukci obalu

„Efekt úsměvu laserového paprsku“ se týká skutečnosti, že v polovodičovém laserovém poli (LDA) v důsledku tepelného namáhání během procesu balení vytváří laserový čip ohyb vyzařující světlo ve směru rychlé osy, což způsobuje světelné skvrny každého z nich. aby jednotka vyzařující světlo nebyla v přímce. Tento jev je známý jako efekt „úsměvu“.

Příčina
Hlavní příčinou „úsměvného“ efektu je nesoulad v koeficientu tepelné roztažnosti mezi laserovým čipem a obalovými materiály, jako je chladič substrátu, během procesu balení, což má za následek tepelné namáhání. Toto tepelné namáhání se dále zvyšuje, když laser pracuje, což způsobuje ohýbání laserového čipu, což ovlivňuje linearitu paprsku‌.

Vliv
Efekt „úsměvu“ má výrazný vliv na kvalitu paprsku, což se projevuje především zhoršením linearity paprsku a rovnoměrným rozložením světelných bodů. To zvýší obtížnost kolimace paprsku, tvarování a spojování vláken, čímž se ovlivní celkový výkon laseru.

Praktické implikace a řešení
V praktických aplikacích ovlivní efekt „úsměvu“ kvalitu paprsku vysoce výkonných polovodičových laserů, zejména v aplikacích, které vyžadují vysoce přesné vyrovnání. Aby se snížil dopad „úsměvového“ efektu, lze jej zlepšit optimalizací procesu balení, použitím materiálů s více odpovídajícím koeficientem tepelné roztažnosti a zvážením vlivu teplotních změn na kvalitu paprsku v návrhu.

Využití CS laserových diod (LD) v tiskové technologii spoléhá především na jejich vysokou účinnost, vysokou hustotu výkonu a přesné ovládání. Laserové diody generují lasery na principu stimulované emise, které se používají k přesnému ablaci nebo vytvrzení materiálů během procesu tisku.

Princip činnosti laserových diod
Základní strukturou laserové diody je PN přechod, který se skládá z polovodiče typu P a polovodiče typu N dopovaného různými nečistotami. Když je na PN přechod aplikováno předpětí, elektrony se pohybují z oblasti N do oblasti P a díry se pohybují z oblasti P do oblasti N. Tyto elektrony a díry se rekombinují v blízkosti PN přechodu a vytvářejí fotony. Pro generování laserů jsou také zapotřebí stimulované emise a optické rezonátory. Stimulovaná emise znamená, že když elektron přeskočí z vyšší energetické hladiny na nižší energetickou hladinu, uvolní se foton. Pokud tento foton interaguje s jiným elektronem na vysoké energetické úrovni, způsobí to, že elektron také uvolní foton stejné frekvence a fáze, čímž se dosáhne zesílení světla. Optický rezonátor využívá reflektor k odrazu fotonů v dutině, dále zvyšuje počet fotonů a nakonec vytváří laser. ‌

Aplikace laserových diod v technologii tisku
V technologii tisku se laserové diody používají především v laserovém tisku. Základní součástí laserové tiskárny je laserový skener, který snímá povrch fotocitlivého válce laserovým paprskem generovaným laserovou diodou. Když laserový paprsek ozařuje fotocitlivý válec, fotovodivý materiál na fotocitlivém bubnu absorbuje laserovou energii a vytváří elektrostatický latentní obraz. Následně je toner adsorbován na elektrostatický latentní obraz, aby se dokončil tiskový proces.

MCC laserové diodové tyče mohou být zabaleny do svazku laserových diod. ‌

MCC laserové diodové tyče mohou být baleny do svazku laserových diod vertikálním svazkem (V-stack). Vertikální vrstvené polovodičové lasery překonávají problém kvality paprsku laserů s horizontálním polem a jejich kvalita paprsku je konzistentní s kvalitou jediného laserového paprsku, což je vhodné pro aplikace s vysokými požadavky na kvalitu paprsku‌. Kromě toho se zlepšením technologie balení může počet laserových tyčí ve vertikálně naskládaném laseru zvýšit z několika na 70 a maximální výstupní výkon může také dosáhnout KW.

Struktura obalu
Struktura balení MCC laserových diodových tyčí obecně zahrnuje katodu, anodu, vstup a výstup chladiva. Vstup chladicí kapaliny chladicí kapaliny je blízko anody laserového pole, zatímco výstup chladicí kapaliny je blízko katody‌. Tato struktura umožňuje MCC laserovým diodovým tyčím efektivně odvádět teplo a řídit teplo, když jsou naskládány do pole.

Scénáře aplikací
Po zabalení do svazku laserových diod lze tyče laserových diod MCC aplikovat na různé scénáře poptávky po laseru s vysokým výkonem, jako je průmyslové zpracování, vědecký výzkum, lékařské vybavení atd. Díky vysokému výkonu a dobré kvalitě paprsku je MCC laserové diodové tyče mohou po zabalení splňovat vysoké požadavky na laserová zařízení v těchto oborech.

Jednotyčové diodové lasery jsou k dispozici v nenamontovaných laserových diodových tyčích nebo namontované ve vodivě nebo aktivně chlazených obalech. Většina diodových tyčí pracuje v oblasti vlnových délek od 755 do 860 nm nebo mezi 940 nm a 980 nm. Nejvýraznější jsou vlnové délky 808 nm (pro čerpání neodymových laserů) a 940 nm (pro čerpání Yb:YAG). Další důležitá vlnová délka je kolem 975–980 nm pro čerpání vysokovýkonných vláknových laserů a zesilovačů dotovaných erbiem nebo ytterbiem. Typická pasivně chlazená dioda je nabízena na držáku CS, standardním balení, které je kompatibilní s montážním přípravkem na bázi termoelektrického chladiče (TEC). CS držák je vhodný pro kvazi-CW (QCW) a středně výkonný CW provoz. Pro aktivní vodní chlazení využívá mikrokanálové chladiče. Pro zvýšení výstupního výkonu lze stohovat více tyčí v horizontálním nebo vertikálním směru.

Vysoce výkonné jednotyčové diodové lasery se přímo používají (jako přímé diodové lasery) při laserovém zpracování materiálů (např. laserové svařování a některé povrchové úpravy) a jako lékařské lasery (např. pro fotodynamickou terapii, odstraňování tetování, laserové operace). Diodové tyče jsou také dále vyvíjeny pro vojenské použití jako bitevní laserové zbraně. Pro velmi vysoké výkony (nad zhruba 100 W) se používají svazky diod, což je nezbytných několik diodových tyčí naskládaných ve vertikálním směru. Další běžnou aplikací je čerpání vysoce výkonných pevnolátkových laserů – objemových i vláknových laserů.

Brandnew Technology, jeden z předních výrobců a dodavatelů diodových laserů v Číně, má profesionální továrnu, která vyrábí vysoce kvalitní CS-mount LD, jednočárový diodový laser, CW diodový laser a prodává za konkurenceschopnou cenu. Vítejte ve velkoobchodě s našimi produkty vyrobenými v Číně.