Jednočiarový diódový laser

Jednočiarový diódový laser obsahuje MCC diódovú laserovú tyč a CS diódovú laserovú tyč. MCC diódová laserová lišta‌ označuje polovodičovú laserovú lištu, ktorá využíva mikrokanálový chladič (MCC). MCC Laser Bar sa používa hlavne na obalovú štruktúru vysokovýkonných polovodičových laserov. Jeho hlavnou črtou je efektívny výkon odvádzania tepla a schopnosť pracovať pri vysokom pracovnom cykle kontinuálnej vlny a kvázi kontinuálnej vlny.‌ Diódová laserová lišta s obalom CS označuje formu balenia polovodičového lasera, kde „CS“ znamená vodivé chladenie. Táto forma balenia sa používa hlavne pre vysokovýkonné polovodičové lasery, najmä vo vysokom pracovnom cykle a režime nepretržitej prevádzky, ktorý si vyžaduje efektívne riešenie odvádzania tepla.

Panel MCC

CS Bar

Ručné odstraňovanie chĺpkov

MCC diódová laserová lišta

CS diódová laserová lišta, FAC voliteľné

Chladiaci mechanizmus
‌Chladenie vodou‌: Laserové chladenie vodou má odvádzať teplo cirkuláciou vody. Voda cirkuluje vnútri a mimo lasera, aby preniesla teplo do vody, a potom sa recykluje po rozptýlení v radiátore. Vodné chladenie má vysokú tepelnú vodivosť a schopnosť prenosu tepla a dokáže rýchlejšie prenášať teplo von, čím zabezpečuje efektívnu a stabilnú prevádzku lasera a znižuje poruchovosť‌.

Kondukčné chladenie: Kondukčné chladenie sa zvyčajne vzťahuje na využitie vlastností tepelnej vodivosti materiálov, ako sú kovy, na odvádzanie tepla. Tento spôsob chladenia závisí od účinnosti tepelnej vodivosti materiálu a zvyčajne sa používa pre malé zariadenia alebo lokálny odvod tepla.

Použiteľné scenáre
‌Vodné chladenie‌: Vhodné pre scenáre, ktoré vyžadujú dlhodobú nepretržitú prevádzku a zabezpečujú stabilitu. Vodné chladenie môže poskytnúť lepší efekt odvádzania tepla a znížiť poruchovosť. Je vhodný pre vysokovýkonné lasery alebo aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú stabilitu‌.
‌Kondukčné chladenie‌: Vhodné pre malé zariadenia alebo potreby lokálneho rozptylu tepla. Pretože chladenie vedením závisí od účinnosti tepelnej vodivosti materiálu, jeho účinok na odvod tepla je relatívne obmedzený a je vhodný pre zariadenia s nízkym výkonom alebo nízkymi požiadavkami na odvod tepla.

Náklady na údržbu a ťažkosti
Vodné chladenie: vyžaduje pravidelnú výmenu filtrov vodného kameňa a dopĺňanie chladiacej kvapaliny, čo má vysoké náklady na údržbu.
Kondukčné chladenie: relatívne jednoduchá údržba vyžadujúca len pravidelné čistenie komponentov odvádzajúcich teplo a nízke náklady na údržbu.

Pracovný režim CW
Pracovný režim CW znamená, že laser pracuje nepretržite a energia výstupného lúča zostáva konštantná a neprerušovaná. Tento pracovný režim je vhodný pre aplikácie, ktoré vyžadujú stabilnú laserovú energiu, ako je komunikácia z optických vlákien a spracovanie materiálu. Výstupný výkon CW laserov je relatívne nízky, ale môže zostať stabilný, čo je vhodné pre scenáre, ktoré vyžadujú nepretržitý výkon laserovej energie. ‌

Pracovný režim QCW
Pracovný režim QCW znamená, že laser pracuje vo forme impulzov, trvanie (šírka) každého impulzu je obmedzené a medzi impulzmi je určitý interval. QCW lasery zvyčajne emitujú impulzy opakovane pri vysokej frekvencii a šírka impulzu môže byť modulovaná podľa potreby na riadenie výstupného výkonu a energie impulzu lasera. Tento prevádzkový režim je vhodný pre aplikačné scenáre s vysokými požiadavkami na časové rozlíšenie, ako sú radarové systémy a lekárske zariadenia. Vysokoenergetické krátke impulzy QCW laserov môžu poskytnúť presné meranie a liečebné účinky. ‌

Špecifické aplikačné scenáre
‌CW pracovný režim‌: Vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú stabilnú laserovú energiu, ako je komunikácia s optickými vláknami a spracovanie materiálu. V týchto aplikáciách môžu CW lasery poskytovať stabilný výstupný výkon, aby vyhovovali nepretržitým potrebám prenosu signálu alebo spracovania materiálu.
‌Pracovný režim QCW‌: Vhodné pre aplikácie s vysokými požiadavkami na časové rozlíšenie, ako sú radarové systémy a lekárske zariadenia. Vysokoenergetické krátke impulzy QCW laserov môžu poskytnúť presné meranie a liečebné účinky.

Rôzne spôsoby chladenia: Laserová tyč v CS balená využíva pasívne chladenie a zvyčajne nevyžaduje dodatočné chladiace systémy, ako je deionizovaná voda a cirkulačné chladenie vysokotlakovým čerpadlom. Mikrokanálová laserová lišta využíva kvapalinové chladenie, najmä mikrokanálový chladič (MCC), ktorého prívod chladiacej kvapaliny je umiestnený v blízkosti laserovej lišty, s vysokou účinnosťou odvádzania tepla.
Štrukturálny rozdiel: Štruktúra CS-balenej diódovej tyče je relatívne jednoduchá a nemusí zahŕňať zložitý dizajn chladiaceho kanála. Mikrokanálová diódová lišta obsahuje mikrokanálový chladič, ktorý je dôležitou súčasťou jej konštrukcie pre efektívny odvod tepla.

• Požiadavky na údržbu:Balík CS: bezúdržbový dizajn, žiadna mikrokanálová laserová dióda, žiadna deionizovaná voda a cirkulačné chladenie vysokotlakovým čerpadlom.
• Mikrokanálová laserová diódová lišta:Vyžaduje sa pravidelná údržba chladiaceho systému.
• Rôzne scenáre aplikácie:Vďaka svojej bezúdržbovej a jednoduchej metóde chladenia je diódová lišta CS v balení veľmi vhodná pre priemyselné laserové aplikácie.

Mikrokanálová diódová tyč je vhodnejšia na použitie vo vysokom pracovnom cykle a nepretržitom pracovnom režime kvôli vysokej účinnosti odvádzania tepla.

Medzi hlavné funkcie CS laserovej lišty s FAC šošovkou patrí zaostrenie svetla, zvýšenie smerovosti lúča a zníženie uhla divergencie lúča. ‌

Svetlo vyžarované laserovou tyčou je už samotné laserové svetlo, ale pretože má zvyčajne tvar elipsy alebo kómy, keď vychádza z rezonátora, na jeho zaostrenie je potrebná šošovka. Funkciou šošovky je zaostriť tieto lúče do svetelného bodu, čím sa zvýši smerovosť lúča a zníži sa uhol divergencie lúča‌.

Focus Light
Šošovka dokáže efektívne zaostriť svetlo vyžarované laserovou diódou a vytvoriť tak svetelný bod. Tento efekt zaostrovania môže výrazne zvýšiť projekčnú vzdialenosť a jas svetla, vďaka čomu je aplikácia laserových diód efektívnejšia a praktickejšia.

Zvýšte smerovosť lúča
Zaostrovaním cez šošovku môže byť lúč vyžarovaný laserovou diódou koncentrovanejší a viac smerový. To znamená, že lúč sa môže šíriť v určitom smere presnejšie, čím sa znižuje rozptyl a difúzia lúča a zlepšuje sa účinnosť prenosu lúča‌.

Znížte uhol divergencie lúča
Použitie šošoviek môže výrazne znížiť uhol divergencie lúča emitovaného laserovou diódou. Zmenšený uhol divergencie znamená, že lúč si môže počas šírenia zachovať menší rozptyl, čím sa zlepší kolimácia a stabilita lúča‌.

Pri používaní vodou chladených laserových MCC laserových tyčí venujte pozornosť nasledujúcim bodom‌:
Zabezpečte správnu inštaláciu a pripojenie systému vodného chladenia‌: vrátane chladičov vody, vodovodných potrubí a chladiacich kvapalín, skontrolujte, či je pripojenie pevné a zabráňte úniku alebo presakovaniu vody‌.
‌Vyberte si vhodnú chladiacu kvapalinu‌: Odporúča sa použiť kvapalinu s dobrým odvodom tepla a antikoróznymi vlastnosťami, ako je destilovaná voda alebo zmes chladiacej kvapaliny, a vyhnúť sa použitiu kvapalín, ktoré poškodzujú zariadenie‌.
‌Ovládajte teplotu vodného chladiaceho systému‌: Podľa požiadaviek na laser a pracovného prostredia upravte teplotu tak, aby zariadenie fungovalo pri vhodnej teplote. Príliš vysoká alebo príliš nízka teplota nie je dobrá.
‌Pravidelne čistite systém vodného chladenia‌: Zabráňte zablokovaniu vodovodných potrubí, chladičov atď. nečistotami, ktoré ovplyvňujú účinnosť odvodu tepla. Na čistenie použite mäkkú kefku alebo stlačený vzduch.
‌Zabránenie zamrznutiu‌: V prostredí s nízkou teplotou sa uistite, že laser a chladič vody sú vždy v prostredí nad 0 stupňov Celzia, alebo nechajte laser a chladič vody v zapnutom stave, aby ste zabránili vniknutiu vody do potrubia. zmrazenie.
‌Použite nemrznúcu zmes‌: Keď teplota klesne pod 0 stupeň, použite nemrznúcu zmes pre všetku chladiacu vodu; keď sa dlhší čas nepoužíva alebo je vypnuté napájanie, vypustite vodu z chladiča vody a uskladnite zariadenie v prostredí nad 5 stupňov ‌.
Prostredníctvom vyššie uvedených opatrení je možné zabezpečiť, že vodou chladená laserová lišta MCC si počas používania udrží optimálny výkon a predĺži svoju životnosť.

Komponenty laserovej diódy zabalené v CS obsahujú najmä tieto časti:

Laserový čip: Toto je hlavná časť laserovej diódy, ktorá je zodpovedná za vyžarovanie laserového svetla. Laserový čip sa zvyčajne skladá z pn prechodu zloženého z polovodiča typu p a polovodiča typu n, ktorý obsahuje aktívnu vrstvu, ktorá vyžaruje svetlo, a povlak, ktorý svetlo odráža.

Metalizačná vrstva: Metalizačná vrstva sa používa na spojenie laserového čipu a ďalších komponentov. Zvyčajne je rozdelená na izolačnú mriežku a na tejto vrstve je navrhnutá katóda a anóda.

Montážny substrát: Montážny substrát sa používa na upevnenie a podporu laserového čipu a na zabezpečenie odvodu tepla. V niektorých prípadoch sa montážny substrát používa aj na izoláciu chladiča.

Cesta odvodu tepla: Aby sa zabezpečilo, že sa laserová dióda počas prevádzky neprehrieva, zvyčajne existuje návrh cesty odvodu tepla. Dráha rozptylu tepla môže byť vertikálna alebo horizontálna, v závislosti od konštrukcie obalu

Efekt úsmevu laserového lúča sa vzťahuje na skutočnosť, že v polovodičovom laserovom poli (LDA) v dôsledku tepelného namáhania počas procesu balenia vytvára laserový čip ohyb vyžarujúci svetlo v smere rýchlej osi, čo spôsobuje svetelné škvrny každého z nich. jednotka vyžarujúca svetlo nesmie byť v priamke. Tento jav je známy ako efekt „úsmevu“.

Príčina
Hlavnou príčinou „úsmevného“ efektu je nesúlad koeficientu tepelnej rozťažnosti medzi laserovým čipom a obalovými materiálmi, ako je chladič substrátu, počas procesu balenia, čo vedie k tepelnému namáhaniu. Toto tepelné namáhanie sa ďalej zhoršuje, keď laser pracuje, čo spôsobuje ohýbanie laserového čipu, čím sa ovplyvňuje linearita lúča‌.

Vplyv
Efekt „úsmevu“ má výrazný vplyv na kvalitu lúča, čo sa prejavuje najmä zhoršením linearity lúča a rovnomerným rozložením svetelných bodov. Tým sa zvýši náročnosť kolimácie, tvarovania a spájania vlákien, čím sa ovplyvní celkový výkon lasera.

Praktické dôsledky a riešenia
V praktických aplikáciách efekt „úsmevu“ ovplyvní kvalitu lúča vysokovýkonných polovodičových laserov, najmä v aplikáciách, ktoré vyžadujú vysoko presné zarovnanie. Aby sa znížil vplyv „úsmevového“ efektu, možno ho zlepšiť optimalizáciou procesu balenia, použitím materiálov s vhodnejším koeficientom tepelnej rozťažnosti a zohľadnením vplyvu zmien teploty na kvalitu lúča v dizajne.

Uplatnenie CS laserových diód (LD) v tlačiarenskej technike sa opiera najmä o ich vysokú účinnosť, vysokú hustotu výkonu a presné ovládanie. Laserové diódy generujú lasery na princípe stimulovanej emisie, ktoré sa používajú na presné odstraňovanie alebo vytvrdzovanie materiálov počas procesu tlače.

Princíp činnosti laserových diód
Základnou štruktúrou laserovej diódy je PN prechod, ktorý pozostáva z polovodiča typu P a polovodiča typu N dopovaného rôznymi nečistotami. Keď sa na PN prechod aplikuje predpätie, elektróny sa pohybujú z oblasti N do oblasti P a diery sa pohybujú z oblasti P do oblasti N. Tieto elektróny a diery sa rekombinujú v blízkosti PN prechodu a vytvárajú fotóny. Na generovanie laserov sú tiež potrebné stimulované emisie a optické rezonátory. Stimulovaná emisia znamená, že keď elektrón preskočí z vyššej energetickej hladiny na nižšiu energetickú hladinu, uvoľní sa fotón. Ak tento fotón interaguje s iným elektrónom na vysokej energetickej úrovni, spôsobí to, že elektrón tiež uvoľní fotón rovnakej frekvencie a fázy, čím sa dosiahne zosilnenie svetla. Optický rezonátor využíva reflektor na odrážanie fotónov v dutine, čím ďalej zvyšuje počet fotónov a prípadne vytvára laser. ‌

Aplikácia laserových diód v technológii tlače
V technológii tlače sa laserové diódy používajú najmä pri laserovej tlači. Hlavnou súčasťou laserovej tlačiarne je laserový skener, ktorý skenuje povrch fotocitlivého valca laserovým lúčom generovaným laserovou diódou. Keď laserový lúč ožiari fotosenzitívny bubon, fotovodivý materiál na fotocitlivom bubne absorbuje laserovú energiu a vytvorí elektrostatický latentný obraz. Následne sa toner adsorbuje na elektrostatický latentný obraz, aby sa dokončil proces tlače.

MCC laserové diódové tyče môžu byť zabalené do zväzku laserových diód. ‌

MCC laserové diódové tyče môžu byť zabalené do zväzku laserových diód vertikálnym zväzkom (V-stack). Vertikálne vrstvené polovodičové lasery prekonávajú problém kvality lúča laserov s horizontálnym poľom a ich kvalita lúča je konzistentná s kvalitou jediného laserového lúča, ktorý je vhodný pre aplikácie s vysokými požiadavkami na kvalitu lúča‌. Okrem toho so zlepšením technológie balenia sa počet laserových tyčí vo vertikálne naskladanom laseri môže zvýšiť z niekoľkých na 70 a maximálny výstupný výkon môže dosiahnuť aj kW.

Štruktúra balenia
Štruktúra balenia MCC laserových diódových tyčí všeobecne obsahuje katódu, anódu, vstup a výstup chladiva. Vstup chladiacej kvapaliny chladiacej kvapaliny je blízko anódy laserového poľa, zatiaľ čo výstup chladiacej kvapaliny je blízko katódy. Táto štruktúra umožňuje MCC laserovým diódovým tyčiam efektívne odvádzať teplo a riadiť teplo, keď sú naskladané v poli.

Aplikačné scenáre
Po zabalení do zväzku laserových diód môžu byť tyče MCC laserové diódy aplikované na rôzne scenáre dopytu po vysokovýkonnom lasere, ako je priemyselné spracovanie, vedecký výskum, lekárske vybavenie atď. Vďaka vysokému výkonu a dobrej kvalite lúča, MCC laserové diódové tyče môžu po zabalení spĺňať vysoké požiadavky na laserové zariadenia v týchto oblastiach.

Jednotyčové diódové lasery sú dostupné v nenamontovaných laserových diódových tyčiach alebo namontované vo vodivo alebo aktívne chladených obaloch. Väčšina diódových tyčí pracuje v oblasti vlnových dĺžok od 755 do 860 nm alebo medzi 940 nm a 980 nm. Najvýraznejšie sú vlnové dĺžky 808 nm (pre čerpanie neodýmových laserov) a 940 nm (pre čerpanie Yb:YAG). Ďalšou dôležitou vlnovou dĺžkou je približne 975–980 nm pre čerpanie vysokovýkonných vláknových laserov a zosilňovačov s prímesou erbia alebo ytterbia. Typická pasívne chladená dióda je ponúkaná na držiaku CS, štandardnom balení, ktoré je kompatibilné s montážnym prípravkom na báze termoelektrického chladiča (TEC). Držiak CS je vhodný pre kvázi-CW (QCW) a stredný výkon CW prevádzku. Pre aktívne vodné chladenie využíva mikrokanálové chladiče. Na zvýšenie výstupného výkonu je možné naskladať viacero tyčí v horizontálnom alebo vertikálnom smere.

Vysokovýkonné jednotyčové diódové lasery sa priamo používajú (ako priame diódové lasery) pri laserovom spracovaní materiálov (napr. laserové zváranie a niektoré povrchové úpravy) a ako medicínske lasery (napr. na fotodynamickú terapiu, odstraňovanie tetovania, laserovú chirurgiu). Diódové tyče sa ďalej vyvíjajú aj pre vojenské použitie ako bojové laserové zbrane. Pre veľmi vysoké výkony (nad zhruba 100 W) sa používajú zväzky diód, čo je základ niekoľkých diódových tyčí naskladaných vo vertikálnom smere. Ďalšou bežnou aplikáciou je čerpanie vysokovýkonných pevnolátkových laserov – objemových aj vláknových laserov.

Brandnew Technology, jeden z popredných výrobcov a dodávateľov diódových laserov v Číne, má profesionálnu továreň, ktorá vyrába vysoko kvalitný CS-mount LD, jednočiarový diódový laser, CW diódový laser a predáva za konkurencieschopnú cenu. Vitajte vo veľkoobchode s našimi výrobkami vyrobenými v Číne.