Làser de díode de barres individuals

El làser de díode de barra única inclou una barra làser de díode MCC i una barra làser de díode CS. MCC Diode Laser Bar‌ es refereix a una barra làser de semiconductors que utilitza un refrigerador de microcanal (MCC). La barra làser MCC s'utilitza principalment per a l'estructura d'embalatge de làsers semiconductors d'alta potència. La seva característica bàsica és un rendiment eficient de dissipació de calor i la capacitat de treballar amb ones contínues i quasi contínues amb un cicle de treball elevat.‌ La barra làser de díode empaquetada CS fa referència a una forma d'embalatge làser de semiconductors, on "CS" significa refrigeració per conducció. Aquesta forma d'embalatge s'utilitza principalment per a làsers de semiconductors d'alta potència, especialment en mode de funcionament continu i cicle de treball elevat, que requereix una solució eficient de dissipació de calor.

Bar MCC

CS Bar

Depilació a mà

Barra làser de díodes MCC

Barra làser de díodes CS, FAC opcional

Mecanisme de refrigeració
‌Refrigeració per aigua‌: la refrigeració per aigua per làser consisteix a dissipar la calor a través de la circulació d'aigua. L'aigua es fa circular dins i fora del làser per transferir calor a l'aigua, i després es recicla després de la dissipació al radiador. La refrigeració per aigua té una alta conductivitat tèrmica i capacitats de transferència de calor, i pot transferir calor a l'exterior més ràpidament, assegurant així un funcionament eficient i estable del làser i reduint la taxa de fallada‌.

‌Refrigeració per conducció‌: la refrigeració per conducció normalment es refereix a l'ús de les propietats de conductivitat tèrmica de materials com els metalls per dissipar la calor. Aquest mètode de refrigeració depèn de l'eficiència de la conductivitat tèrmica del material i normalment s'utilitza per a dispositius petits o per a la dissipació de calor local.

Escenaris aplicables
‌Refrigeració per aigua‌: adequat per a escenaris que requereixen un funcionament continu a llarg termini i garanteixen estabilitat. La refrigeració per aigua pot proporcionar un millor efecte de dissipació de calor i reduir la taxa de fallada. És adequat per a làsers d'alta potència o aplicacions que requereixen una gran estabilitat‌.
‌Refrigeració per conducció‌: adequat per a dispositius petits o necessitats de dissipació de calor local. Com que el refredament per conducció depèn de l'eficiència de la conductivitat tèrmica del material, el seu efecte de dissipació de calor és relativament limitat i és adequat per a dispositius amb baixa potència o requisits de baixa dissipació de calor.

Cost de manteniment i dificultat
Refrigeració per aigua: requereix la substitució periòdica dels filtres d'escala i l'addició de refrigerant, que té uns costos de manteniment elevats.
Refrigeració per conducció: manteniment relativament senzill, que només requereix neteja regular dels components de dissipació de calor i costos de manteniment baixos.

Mode de treball CW
El mode de treball CW significa que el làser funciona de manera contínua i l'energia del feix de sortida es manté constant i ininterrompuda. Aquest mode de treball és adequat per a aplicacions que requereixen energia làser estable, com ara comunicacions de fibra òptica i processament de materials. La potència de sortida dels làsers CW és relativament baixa, però pot romandre estable, la qual cosa és adequada per a escenaris que requereixen una sortida contínua d'energia làser. ‌

Mode de treball QCW
El mode de treball QCW significa que el làser funciona en forma de polsos, la durada (amplada) de cada pols és limitada i hi ha un cert interval entre polsos. Els làsers QCW solen emetre polsos repetidament a una freqüència alta i l'amplada del pols es pot modular segons sigui necessari per controlar la potència de sortida i l'energia del pols del làser. Aquest mode de funcionament és adequat per a escenaris d'aplicació amb alts requisits de resolució de temps, com ara sistemes de radar i equips mèdics. Els polsos curts d'alta energia dels làsers QCW poden proporcionar efectes de mesura i tractament precisos. ‌

Escenaris d'aplicació específics
‌Mode de treball CW‌: adequat per a aplicacions que requereixen energia làser estable, com ara comunicacions de fibra òptica i processament de materials. En aquestes aplicacions, els làsers CW poden proporcionar una potència de sortida estable per satisfer les necessitats contínues de transmissió de senyals o processament de materials.
‌Mode de treball QCW‌: adequat per a aplicacions amb alts requisits de resolució de temps, com ara sistemes de radar i equips mèdics. Els polsos curts d'alta energia dels làsers QCW poden proporcionar efectes de mesura i tractament precisos.

Diferents mètodes de refrigeració: la barra làser empaquetada CS adopta un refredament passiu i normalment no requereix sistemes de refrigeració addicionals, com ara aigua desionitzada i refrigeració de circulació de bomba d'alta pressió. La barra làser de microcanal adopta refrigeració líquida, especialment el refrigerador de microcanal (MCC), l'entrada de líquid de refrigeració del qual es troba a prop de la barra làser, amb una alta eficiència de dissipació de calor.
Diferència estructural: l'estructura de la barra de díode empaquetada CS és relativament simple i pot no implicar un disseny complex del canal de refrigeració. La barra de díodes de microcanal conté un refrigerador de microcanal, que és una part important de la seva estructura per a una dissipació efectiva de la calor.

• Requisits de manteniment:Paquet CS: disseny sense manteniment, sense díode làser de microcanal, sense aigua desionitzada i refrigeració de circulació de bomba d'alta pressió.
• Barra de díode làser de microcanal:Es requereix un manteniment regular del sistema de refrigeració.
• Diferents escenaris d'aplicació:A causa del seu mètode de refrigeració senzill i sense manteniment, la barra de díodes envasada CS és molt adequada per a aplicacions làser de grau industrial.

La barra de díode de microcanal és més adequada per utilitzar-se en un cicle de treball elevat i en mode de treball continu a causa de la seva alta eficiència de dissipació de calor.

Les principals funcions de la barra làser CS amb lent FAC inclouen enfocar la llum, millorar la directivitat del feix i reduir l'angle de divergència del feix. ‌

La llum emesa per una barra làser ja és llum làser en si mateixa, però com que sol ser el·líptica o en forma de coma quan surt del ressonador, necessita una lent per enfocar-la. La funció de la lent és enfocar aquests raigs en un punt de llum, millorant així la directivitat del feix i reduint l'angle de divergència del feix‌.

Focus Light
La lent pot enfocar eficaçment la llum emesa pel díode làser per formar un punt de llum. Aquest efecte d'enfocament pot augmentar significativament la distància de projecció i la brillantor de la llum, fent que l'aplicació de díodes làser sigui més eficient i pràctica‌.

Millorar la directivitat del feix
En enfocar a través de la lent, el feix emès pel díode làser pot ser més concentrat i més direccional. Això significa que el feix es pot propagar en una direcció específica amb més precisió, reduint la dispersió i la difusió del feix i millorant l'eficiència de transmissió del feix‌.

Reduir l'angle de divergència del feix
L'ús de lents pot reduir significativament l'angle de divergència del feix emès pel díode làser. L'angle de divergència reduït significa que el feix pot mantenir una propagació més petita durant la propagació, millorant així la col·limació i l'estabilitat del feix.

Quan utilitzeu barres làser MCC làser refrigerades per aigua, presteu atenció als punts següents:
Assegureu-vos de la correcta instal·lació i connexió del sistema de refrigeració d'aigua: incloent refrigeradors d'aigua, canonades d'aigua i refrigerants, comproveu que la connexió sigui ferma i eviteu fuites o filtracions d'aigua.
‌Trieu un refrigerant adequat‌: es recomana utilitzar un líquid amb bona dissipació de calor i propietats anticorrosives, com aigua destil·lada o una barreja de refrigerant, i evitar l'ús de líquids que danyin l'equip‌.
‌Controlar la temperatura del sistema de refrigeració d'aigua‌: segons els requisits del làser i l'entorn de treball, ajusteu la temperatura per assegurar-vos que l'equip funcioni a una temperatura adequada. Una temperatura massa alta o massa baixa no és bona.
‌Netegeu el sistema de refrigeració d'aigua amb regularitat‌: eviteu que les canonades d'aigua, refrigeradors, etc. quedin bloquejats per la brutícia, la qual cosa afecta l'eficiència de dissipació de calor. Utilitzeu un raspall suau o aire comprimit per netejar.
‌Evita la congelació‌: en entorns de baixa temperatura, assegureu-vos que el làser i el refrigerador d'aigua estiguin sempre en un entorn superior a 0 graus centígrads, o manteniu el làser i el refrigerador d'aigua en estat d'encesa per evitar que l'aigua de la canonada congelant.
‌Utilitzeu anticongelant‌: quan la temperatura baixi per sota de 0 graus, utilitzeu anticongelant per a tota l'aigua de refrigeració; quan no s'utilitzi durant molt de temps o l'alimentació estigui apagada, buideu l'aigua al refrigerador d'aigua i emmagatzemeu l'equip en un entorn superior als 5 graus.
Mitjançant les mesures anteriors, es pot assegurar que la barra làser MCC refrigerada per aigua manté un rendiment òptim i allarga la seva vida útil durant l'ús.

Els components del díode làser empaquetats CS inclouen principalment les parts següents:

Xip làser: Aquesta és la part central del díode làser, responsable d'emetre llum làser. El xip làser normalment es compon d'una unió pn composta per un semiconductor de tipus p i un semiconductor de tipus n, que conté una capa activa que emet llum i un recobriment que reflecteix la llum.

Capa de metal·lització: la capa de metal·lització s'utilitza per connectar el xip làser i altres components. Normalment es divideix en una reixeta aïllant, i el càtode i l'ànode estan dissenyats en aquesta capa.

Substrat de muntatge: el substrat de muntatge s'utilitza per fixar i suportar el xip làser i proporcionar dissipació de calor. En alguns casos, el substrat de muntatge també s'utilitza per aïllar el dissipador de calor.

Ruta de dissipació de calor: per garantir que el díode làser no es sobreescalfi durant el funcionament, sol haver-hi un disseny de ruta de dissipació de calor. El camí de dissipació de calor pot ser vertical o horitzontal, depenent del disseny del paquet

L'efecte somriure del feix làser es refereix al fet que en una matriu làser de semiconductors (LDA), a causa de l'estrès tèrmic introduït durant el procés d'embalatge, el xip làser produeix una flexió que emet llum en la direcció de l'eix ràpid, provocant els punts de llum de cadascun. la unitat emissora de llum no estigui en línia recta. Aquest fenomen es coneix com l'efecte "somriure".

Causa
La causa principal de l'efecte "somriure" és el desajust en el coeficient d'expansió tèrmica entre el xip làser i els materials d'embalatge com el dissipador de calor del substrat durant el procés d'embalatge, que resulta en estrès tèrmic. Aquesta tensió tèrmica s'agreuja encara més quan el làser està funcionant, fent que el xip làser es doblegui, afectant així la linealitat del feix.

Influència
L'efecte "somriure" té un impacte significatiu en la qualitat del feix, que es manifesta principalment en el deteriorament de la linealitat del feix i la distribució uniforme dels punts de llum. Això augmentarà la dificultat de col·limació del feix, conformació i acoblament de fibres, afectant així el rendiment global del làser.

Implicacions pràctiques i solucions
En aplicacions pràctiques, l'efecte "somriure" afectarà la qualitat del feix dels làsers semiconductors d'alta potència, especialment en aplicacions que requereixen una alineació d'alta precisió. Per tal de reduir l'impacte de l'efecte "somriure", es pot millorar optimitzant el procés d'embalatge, utilitzant materials amb un coeficient d'expansió tèrmica més coincident i tenint en compte l'impacte dels canvis de temperatura en la qualitat del feix en el disseny.

L'aplicació dels díodes làser CS (LD) en tecnologia d'impressió es basa principalment en la seva alta eficiència, alta densitat de potència i control precís. Els díodes làser generen làsers mitjançant el principi d'emissió estimulada, que s'utilitzen per eliminar o curar amb precisió els materials durant el procés d'impressió.

Principi de funcionament dels díodes làser
L'estructura bàsica d'un díode làser és una unió PN, que consta d'un semiconductor de tipus P i un semiconductor de tipus N dopat amb diferents impureses. Quan s'aplica un biaix cap endavant a la unió PN, els electrons es mouen de la regió N a la regió P i els forats es mouen de la regió P a la regió N. Aquests electrons i forats es recombinen prop de la unió PN per generar fotons. Per generar làsers també es necessiten emissions estimulades i ressonadors òptics. L'emissió estimulada significa que quan un electró salta d'un nivell d'energia més alt a un nivell d'energia més baix, s'allibera un fotó. Si aquest fotó interacciona amb un altre electró a un alt nivell d'energia, farà que l'electró també alliberi un fotó de la mateixa freqüència i fase, aconseguint així l'amplificació de la llum. El ressonador òptic utilitza un reflector per reflectir fotons a la cavitat, augmentant encara més el nombre de fotons i, finalment, formant un làser. ‌

Aplicació de díodes làser en tecnologia d'impressió
En tecnologia d'impressió, els díodes làser s'utilitzen principalment en la impressió làser. El component bàsic d'una impressora làser és un escàner làser, que escaneja la superfície d'un tambor fotosensible amb un raig làser generat per un díode làser. Quan el raig làser irradia el tambor fotosensible, el material fotoconductor del tambor fotosensible absorbeix l'energia del làser i forma una imatge latent electrostàtica. Posteriorment, el tòner s'adsorbeix a la imatge latent electrostàtica per completar el procés d'impressió.

Les barres de díodes làser MCC es poden empaquetar a la pila de díodes làser. ‌

Les barres de díode làser MCC es poden empaquetar en una pila de díodes làser per pila vertical (V-stack). Els làsers de semiconductors de pila vertical superen el problema de la qualitat del feix dels làsers de matriu horitzontal i la seva qualitat del feix és coherent amb la d'un feix làser únic, que és adequat per a aplicacions amb requisits de qualitat de feix elevats‌. A més, amb la millora de la tecnologia d'embalatge, el nombre de barres làser en un làser apilat verticalment es pot augmentar d'uns pocs a 70, i la potència de sortida màxima també pot arribar a KW.

Estructura de l'embalatge
L'estructura d'embalatge de les barres de díode làser MCC inclou generalment un càtode, un ànode, una entrada i una sortida de refrigerant. L'entrada del refrigerant del refrigerant està a prop de l'ànode de la matriu làser, mentre que la sortida del refrigerant està a prop del càtode. Aquesta estructura permet a les barres de díode làser MCC dissipar la calor de manera eficaç i gestionar la calor quan s'apilen en una matriu.

Escenaris d'aplicació
Després de l'envasament a la pila de díodes làser, les barres de díode làser MCC es poden aplicar a una varietat d'escenaris de demanda de làser d'alta potència, com ara processament industrial, investigació científica, equips mèdics, etc. A causa de la seva gran potència de sortida i bona qualitat del feix, MCC Les barres de díode làser poden complir amb els alts requisits dels equips làser en aquests camps després de ser empaquetades.

El làser de díode de barres individuals està disponible en barres de díode làser sense muntar o muntat en paquets refrigerats de manera conductora o activa. La majoria de barres de díodes operen a la regió de longitud d'ona de 755 a 860 nm o entre 940 nm i 980 nm. Les longituds d'ona de 808 nm (per bombejar làsers de neodimi) i 940 nm (per bombejar Yb:YAG) són les més destacades. Una altra longitud d'ona important és d'uns 975–980 nm per bombejar làsers i amplificadors de fibra d'alta potència dopats amb erbi o iterbi. S'ofereix un díode refrigerat passivament típic en un muntatge CS, un paquet estàndard que és compatible amb un dispositiu de muntatge basat en un refrigerador termoelèctric (TEC). La muntura CS és adequada per a operacions quasi-CW (QCW) i CW de potència mitjana. Per a la refrigeració activa d'aigua, utilitza dissipadors de calor microcanalitzats. Es poden apilar diverses barres en direcció horitzontal o vertical per augmentar la potència de sortida.

El làser de díode de barres individuals d'alta potència s'utilitza directament (com a làsers de díode directe) en el processament de materials làser (per exemple, soldadura amb làser i certs tractaments superficials) i com a làsers mèdics (per exemple, per a teràpia fotodinàmica, eliminació de tatuatges, cirurgia làser). Les barres de díodes també es desenvolupen encara més per a ús militar com a armes làser de camp de batalla. Per a potències molt altes (per sobre d'aproximadament 100 W), s'utilitzen piles de díodes, que són essencials diverses barres de díodes apilades en direcció vertical. Una altra aplicació habitual és el bombeig de làsers d'estat sòlid d'alta potència, tant làsers a granel com de fibra.

Brandnew Technology, un dels principals fabricants i proveïdors de làser de díode a la Xina, té una fàbrica professional que fabriquen LD de muntatge CS d'alta qualitat, làser de díode de barra única, làser de díode CW i ven a preus competitius. Benvingut a l'engròs dels nostres productes fets a la Xina.