Enopalični diodni laser

Enojni palični diodni laser vključuje diodno lasersko palico MCC in diodno lasersko palico CS. MCC Diode Laser Bar‌ se nanaša na polprevodniško lasersko palico, ki uporablja mikrokanalni hladilnik (MCC). MCC Laser Bar se uporablja predvsem za embalažno strukturo polprevodniških laserjev visoke moči. Njegova glavna značilnost je učinkovito odvajanje toplote in zmožnost delovanja pri neprekinjenem valovanju in kvazikontinuiranem valovanju z velikim delovnim ciklom.‌ Pakirana diodna laserska palica CS se nanaša na obliko embalaže polprevodniškega laserja, kjer "CS" pomeni prevodno hlajenje. Ta oblika embalaže se uporablja predvsem za polprevodniške laserje z visoko močjo, zlasti pri visokem delovnem ciklu in neprekinjenem načinu delovanja, ki zahteva učinkovito rešitev za odvajanje toplote.

MCC bar

CS Bar

Ročno odstranjevanje dlak

MCC diodna laserska palica

CS diodna laserska palica, FAC neobvezno

Hladilni mehanizem
‌Vodno hlajenje‌: Lasersko vodno hlajenje odvaja toploto skozi kroženje vode. Voda kroži znotraj in zunaj laserja, da prenese toploto na vodo, nato pa se po razpršitvi v radiatorju reciklira. Vodno hlajenje ima visoko toplotno prevodnost in zmožnosti prenosa toplote ter lahko hitreje prenaša toploto navzven, s čimer zagotavlja učinkovito in stabilno delovanje laserja ter zmanjša stopnjo napak‌.

‌Prevodno hlajenje‌: Prevodno hlajenje se običajno nanaša na uporabo lastnosti toplotne prevodnosti materialov, kot so kovine, za odvajanje toplote. Ta metoda hlajenja je odvisna od učinkovitosti toplotne prevodnosti materiala in se običajno uporablja za majhne naprave ali lokalno odvajanje toplote‌.

Veljavni scenariji
‌Vodno hlajenje‌: Primerno za scenarije, ki zahtevajo dolgoročno neprekinjeno delovanje in zagotavljajo stabilnost. Vodno hlajenje lahko zagotovi boljši učinek odvajanja toplote in zmanjša stopnjo napak. Primeren je za visokozmogljive laserje ali aplikacije, ki zahtevajo visoko stabilnost‌.
‌Prevodno hlajenje‌: Primerno za majhne naprave ali lokalne potrebe po odvajanju toplote. Ker je prevodno hlajenje odvisno od učinkovitosti toplotne prevodnosti materiala, je njegov učinek odvajanja toplote razmeroma omejen in je primerno za naprave z nizko močjo ali zahtevami po nizkem odvajanju toplote‌.

Stroški vzdrževanja in težave
Vodno hlajenje: zahteva redno menjavo filtrov vodnega kamna in dodajanje hladilne tekočine, kar ima visoke stroške vzdrževanja.
Kondukcijsko hlajenje: razmeroma preprosto vzdrževanje, ki zahteva le redno čiščenje komponent za odvajanje toplote, in nizki stroški vzdrževanja.

Način delovanja CW
Način delovanja CW pomeni, da laser deluje neprekinjeno, energija izhodnega žarka pa ostaja konstantna in neprekinjena. Ta delovni način je primeren za aplikacije, ki zahtevajo stabilno lasersko energijo, kot so komunikacije z optičnimi vlakni in obdelava materialov. Izhodna moč CW laserjev je relativno nizka, vendar lahko ostane stabilna, kar je primerno za scenarije, ki zahtevajo neprekinjeno oddajanje laserske energije. ‌

Način delovanja QCW
Način delovanja QCW pomeni, da laser deluje v obliki impulzov, pri čemer je trajanje (širina) posameznega impulza omejeno, med impulzi pa je določen interval. Laserji QCW običajno ponavljajoče oddajajo impulze pri visoki frekvenci, širino impulza pa je mogoče po potrebi modulirati za nadzor izhodne moči in energije impulza laserja. Ta način delovanja je primeren za scenarije uporabe z visokimi zahtevami glede časovne ločljivosti, kot so radarski sistemi in medicinska oprema. Visokoenergijski kratki impulzi laserjev QCW lahko zagotovijo natančne meritve in učinke zdravljenja. ‌

Posebni scenariji uporabe
‌Način delovanja CW‌: primeren za aplikacije, ki zahtevajo stabilno lasersko energijo, kot so komunikacije z optičnimi vlakni in obdelava materialov. V teh aplikacijah lahko CW laserji zagotovijo stabilno izhodno moč za izpolnjevanje stalnih potreb prenosa signala ali obdelave materiala.
‌Način delovanja QCW‌: primeren za aplikacije z visokimi zahtevami glede časovne ločljivosti, kot so radarski sistemi in medicinska oprema. Visokoenergijski kratki impulzi laserjev QCW lahko zagotovijo natančne meritve in učinke zdravljenja.

Različni načini hlajenja: Laserska palica v paketu CS uporablja pasivno hlajenje in običajno ne potrebuje dodatnih hladilnih sistemov, kot sta deionizirana voda in hlajenje z visokotlačno črpalko. Mikrokanalna laserska palica uporablja tekočinsko hlajenje, zlasti mikrokanalni hladilnik (MCC), katerega dovod hladilne tekočine se nahaja blizu laserske palice, z visoko učinkovitostjo odvajanja toplote.
Strukturna razlika: Struktura diode v paketu CS je razmeroma preprosta in morda ne vključuje zapletene zasnove hladilnega kanala. Mikrokanalna diodna palica vsebuje mikrokanalni hladilnik, ki je pomemben del njegove strukture za učinkovito odvajanje toplote.

• Zahteve glede vzdrževanja:Paket CS: zasnova brez vzdrževanja, brez mikrokanalne laserske diode, brez deionizirane vode in hlajenja z visokotlačno črpalko.
• Mikrokanalna laserska diodna palica:Potrebno je redno vzdrževanje hladilnega sistema.
• Različni scenariji uporabe:Zaradi svoje enostavne metode hlajenja, ki ne zahteva vzdrževanja, je diodna palica v paketu CS zelo primerna za industrijske laserske aplikacije.

Mikrokanalna diodna palica je zaradi visoke učinkovitosti odvajanja toplote bolj primerna za uporabo v visokem delovnem ciklu in neprekinjenem delovnem načinu.

Glavne funkcije laserske palice CS z lečo FAC vključujejo fokusiranje svetlobe, izboljšanje usmerjenosti žarka in zmanjšanje kota divergence žarka. ‌

Svetloba, ki jo oddaja laserska palica, je že sama laserska svetloba, a ker je običajno eliptične ali komaste oblike, ko izstopa iz resonatorja, potrebuje lečo, da jo fokusira. Funkcija leče je, da te žarke usmeri v svetlobno točko, s čimer se poveča usmerjenost žarka in zmanjša kot divergence žarka‌.

Focus Light
Leča lahko učinkovito fokusira svetlobo, ki jo oddaja laserska dioda, da tvori svetlobno točko. Ta učinek ostrenja lahko znatno poveča razdaljo projekcije in svetlost svetlobe, zaradi česar je uporaba laserskih diod učinkovitejša in praktičnejša‌.

Povečajte usmerjenost žarka
Z ostrenjem skozi lečo je lahko žarek, ki ga oddaja laserska dioda, bolj koncentriran in bolj usmerjen. To pomeni, da se lahko žarek natančneje širi v določeni smeri, s čimer se zmanjša sipanje in difuzija žarka ter izboljša učinkovitost prenosa žarka‌.

Zmanjšajte kot razhajanja žarka
Uporaba leč lahko bistveno zmanjša divergentni kot žarka, ki ga oddaja laserska dioda. Zmanjšan divergentni kot pomeni, da lahko žarek med širjenjem ohrani manjši razpon, s čimer se izboljšata kolimacija in stabilnost žarka‌.

Pri uporabi vodno hlajenih laserskih laserskih palic MCC bodite pozorni na naslednje točke‌:
‌Zagotovite pravilno namestitev in priključitev sistema za vodno hlajenje‌: vključno z vodnimi hladilniki, vodnimi cevmi in hladilnimi tekočinami, preverite, ali je povezava trdna in preprečite puščanje ali pronicanje vode‌.
‌Izberite ustrezno hladilno tekočino‌: Priporočljivo je, da uporabite tekočino z dobrim odvajanjem toplote in protikorozijskimi lastnostmi, kot je destilirana voda ali mešanica hladilne tekočine, in se izogibajte uporabi tekočin, ki poškodujejo opremo‌.
‌Nadzirajte temperaturo vodnega hladilnega sistema‌: Glede na zahteve laserja in delovno okolje prilagodite temperaturo, da zagotovite, da oprema deluje pri ustrezni temperaturi. Previsoka ali prenizka temperatura ni dobra.
‌Redno čistite vodni hladilni sistem‌: preprečite, da bi vodovodne cevi, hladilnike itd. zamašila umazanija, kar vpliva na učinkovitost odvajanja toplote. Za čiščenje uporabite mehko krtačo ali stisnjen zrak‌.
‌Preprečite zmrzovanje‌: V okolju z nizko temperaturo zagotovite, da sta laser in vodni hladilnik vedno v okolju nad 0 stopinj Celzija, ali pa naj bosta laser in vodni hladilnik vklopljena, da preprečite, da bi voda v cevi zmrzovanje.
‌Uporabite sredstvo proti zmrzovanju‌: Ko temperatura pade pod 0 stopinjo, uporabite sredstvo proti zmrzovanju za vso hladilno vodo; ko je dlje časa ne uporabljate ali je napajanje izklopljeno, izpraznite vodo v vodnem hladilniku in opremo shranite v okolju nad 5 stopinj ‌.
Z zgornjimi ukrepi je mogoče zagotoviti, da vodno hlajena laserska palica MCC ohranja optimalno delovanje in podaljša življenjsko dobo med uporabo.

Komponente laserske diode v paketu CS vključujejo predvsem naslednje dele:

Laserski čip: To je osrednji del laserske diode, odgovoren za oddajanje laserske svetlobe. Laserski čip je običajno sestavljen iz pn spoja, sestavljenega iz polprevodnika tipa p in polprevodnika tipa n, ki vsebuje aktivno plast, ki oddaja svetlobo, in prevleko, ki odbija svetlobo.

Metalizacijski sloj: Metalizacijski sloj se uporablja za povezavo laserskega čipa in drugih komponent. Običajno je razdeljen na izolacijsko mrežo, na tej plasti pa sta zasnovani katoda in anoda.

Montažni substrat: Montažni substrat se uporablja za pritrditev in podporo laserskega čipa ter zagotavlja odvajanje toplote. V nekaterih primerih se montažni substrat uporablja tudi za izolacijo hladilnega telesa.

Pot odvajanja toplote: Za zagotovitev, da se laserska dioda med delovanjem ne pregreje, je običajno zasnova poti odvajanja toplote. Pot odvajanja toplote je lahko navpična ali vodoravna, odvisno od zasnove paketa

‌Učinek nasmeha laserskega žarka‌ se nanaša na dejstvo, da laserski čip v nizu polprevodniških laserjev (LDA) zaradi toplotne napetosti, ki nastane med postopkom pakiranja, povzroči upogibanje oddajanja svetlobe v smeri hitre osi, kar povzroči svetlobne lise vsakega enota za oddajanje svetlobe ne sme biti v ravni črti. Ta pojav je znan kot učinek "nasmeha".

Vzrok
Glavni vzrok za učinek "nasmeha" je neskladje v koeficientu toplotnega raztezanja med laserskim čipom in embalažnimi materiali, kot je toplotno odvod podlage, med postopkom pakiranja, kar povzroči toplotno obremenitev. Ta toplotna obremenitev se med delovanjem laserja še poveča, zaradi česar se laserski čip upogne, kar vpliva na linearnost žarka‌.

Vpliv
Učinek »nasmeha« pomembno vpliva na kakovost snopa, kar se kaže predvsem v poslabšanju linearnosti snopa in enakomerne porazdelitve svetlobnih lis. To bo povečalo težave pri kolimaciji žarka, oblikovanju in spajanju vlaken, kar bo vplivalo na splošno delovanje laserja.

Praktične posledice in rešitve
V praktičnih aplikacijah bo učinek "nasmeha" vplival na kakovost žarka visokozmogljivih polprevodniških laserjev, zlasti v aplikacijah, ki zahtevajo visoko natančno poravnavo. Da bi zmanjšali vpliv učinka "nasmeha", ga je mogoče izboljšati z optimizacijo postopka pakiranja, uporabo materialov z bolj ujemajočim se koeficientom toplotnega raztezanja in upoštevanjem vpliva temperaturnih sprememb na kakovost žarka pri oblikovanju.

Uporaba laserskih diod CS (LD) v tehnologiji tiskanja se v glavnem opira na njihovo visoko učinkovitost, visoko gostoto moči in natančen nadzor. Laserske diode ustvarjajo laserje po principu stimulirane emisije, ki se uporabljajo za natančno ablacijo ali utrjevanje materialov med postopkom tiskanja.

Načelo delovanja laserskih diod
Osnovna struktura laserske diode je PN spoj, ki je sestavljen iz polprevodnika tipa P in polprevodnika tipa N, dopiranega z različnimi primesmi. Ko se na PN spoj uporabi prednapetost, se elektroni premaknejo iz območja N v območje P, luknje pa iz področja P v območje N. Ti elektroni in luknje se rekombinirajo blizu PN spoja, da ustvarijo fotone. Za ustvarjanje laserjev so potrebni tudi stimulirana emisija in optični resonatorji. Stimulirana emisija pomeni, da ko elektron preskoči z višjega na nižji energetski nivo, se sprosti foton. Če ta foton medsebojno deluje z drugim elektronom na visoki energijski ravni, bo povzročil, da tudi elektron sprosti foton enake frekvence in faze, s čimer dosežemo ojačanje svetlobe. Optični resonator uporablja reflektor za odboj fotonov v votlini, s čimer dodatno poveča število fotonov in na koncu tvori laser. ‌

Uporaba laserskih diod v tiskarski tehniki
V tiskarski tehniki se laserske diode uporabljajo predvsem pri laserskem tisku. Osrednja komponenta laserskega tiskalnika je laserski skener, ki skenira površino fotoobčutljivega bobna z laserskim žarkom, ki ga ustvari laserska dioda. Ko laserski žarek obseva fotoobčutljiv boben, fotoprevodni material na fotoobčutljivem bobnu absorbira lasersko energijo in tvori elektrostatično latentno sliko. Nato se toner adsorbira na elektrostatično latentno sliko, da se zaključi postopek tiskanja.

Palice laserske diode MCC je mogoče zapakirati v sklop laserske diode. ‌

Palice laserske diode MCC je mogoče pakirati v sklad laserskih diod z navpičnim skladom (V-sklad). Polprevodniški laserji z navpičnim skladom rešujejo problem kakovosti žarka laserjev s horizontalnimi nizi, njihova kakovost žarka pa je skladna s kakovostjo enega samega laserskega žarka, kar je primerno za aplikacije z visokimi zahtevami glede kakovosti žarka‌. Poleg tega se lahko z izboljšanjem tehnologije pakiranja število laserskih palic v navpično zloženem laserju poveča z nekaj na 70, največja izhodna moč pa lahko doseže tudi KW.

Struktura embalaže
Struktura embalaže palic laserske diode MCC na splošno vključuje katodo, anodo, dovod in odvod hladilne tekočine. Vhod hladilne tekočine je blizu anode laserskega niza, medtem ko je izhod hladilne tekočine blizu katode‌. Ta struktura omogoča laserskim diodnim palicam MCC, da učinkovito odvajajo toploto in upravljajo toploto, ko so zložene v niz.

Scenariji uporabe
Po zapakiranju v sklop laserskih diod se palice laserske diode MCC lahko uporabljajo za različne scenarije povpraševanja po visokozmogljivih laserjih, kot so industrijska predelava, znanstvene raziskave, medicinska oprema itd. Zaradi visoke izhodne moči in dobre kakovosti žarka MCC palice laserske diode lahko po pakiranju izpolnjujejo visoke zahteve za lasersko opremo na teh področjih.

Enojni palični diodni laser je na voljo v nemontiranih laserskih diodnih palicah ali nameščen v prevodno ali aktivno hlajenih paketih. Večina diodnih palic deluje v območju valovnih dolžin od 755 do 860 nm ali med 940 nm in 980 nm. Valovni dolžini 808 nm (za črpanje neodimovih laserjev) in 940 nm (za črpanje Yb:YAG) sta najbolj izraziti. Druga pomembna valovna dolžina je okoli 975–980 nm za črpanje visoko zmogljivih optičnih laserjev in ojačevalnikov, dopiranih z erbijem ali iterbijem. Tipična pasivno hlajena dioda je na voljo na nosilcu CS, standardnem paketu, ki je združljiv z namestitvijo na osnovi termoelektričnega hladilnika (TEC). Nosilec CS je primeren za kvazi-CW (QCW) in CW delovanje srednje moči. Za aktivno vodno hlajenje uporablja mikrokanalne hladilnike. Več palic je mogoče zložiti v vodoravno ali navpično smer, da povečate izhodno moč.

Visokozmogljivi enobarčni diodni laser se neposredno uporablja (kot direktni diodni laser) pri laserski obdelavi materialov (npr. lasersko varjenje in nekatere površinske obdelave) in kot medicinski laserji (npr. za fotodinamično terapijo, odstranjevanje tetovaž, lasersko kirurgijo). Diodne palice so nadalje razvite tudi za vojaško uporabo kot lasersko orožje na bojišču. Za zelo velike moči (nad približno 100 W) se uporabljajo skladi diod, ki so bistveni za več diodnih palic, zloženih v navpični smeri. Druga pogosta uporaba je črpanje visokozmogljivih polprevodniških laserjev – tako laserjev kot vlaken.

Brandnew Technology, eden vodilnih proizvajalcev in dobaviteljev diodnih laserjev na Kitajskem, ima profesionalno tovarno, ki proizvaja visokokakovostne LD z nastavkom CS, enobarčne diodne laserje, diodne laserje CW in jih prodaja po konkurenčnih cenah. Dobrodošli pri veleprodaji naših izdelkov, izdelanih na Kitajskem.