Diodni laserji še izboljšajo učinkovitost in zanesljivost

Visoka močDiodni laserjiso postali delovni konj industrijske laserske tehnologije: so osrednji sestavni deli laserjev z vlakni; so črpalni viri za diskovne laserje in druge polprevodniške laserje; vse bolj pa se uporabljajo neposredno v industrijskih aplikacijah.

Razvoj diodnih laserjev je vodila prednost, ki so jim jo dali industrijski uporabniki, njihovi ključni kazalniki učinkovitosti pa so pogosto izraženi s ceno na vat. V daljšem časovnem obdobju so diodni laserji dosegli pomembne komercialne in kakovostne izboljšave, hkrati pa so dosegli tudi pomembne izboljšave v zmogljivosti in tako omogočili številne nove aplikacije. Diodni laserji še vedno napredujejo, zlasti glede učinkovitosti, konične moči, svetlosti in spektralnega območja emisij. Akademske raziskave so privedle do novih rekordov zmogljivosti, vključno z doseganjem učinkovitosti pretvorbe nad 60 % pri 1 kW in doseganjem izhodne moči nad 1,5 kW iz palic 1 cm.

Pasivna hladilna palica ima moč 275 W
Nadaljnje povečanje izhodne moči zahteva zapleteno načrtovanje, vključno z, kar je najpomembneje, materiali, fiziko trdne snovi, toplotnimi procesi in optiko. Poleg tega, čeprav je laserske sisteme mogoče optimizirati za doseganje višjih izhodnih moči, tega ni mogoče doseči ločeno od optimizacije drugih parametrov, kot so življenjska doba, učinkovitost in kakovost žarka.

Na podlagi desetletij raziskav je bil razvit nov modularni diodni laser, ki je pasivno hlajen in primeren za trde impulze, pri katerih laser preklaplja med stanjem vklopa in izklopa s časovnim obdobjem približno 1 sekunde. ) in pogoji z neprekinjenimi valovi (CW). Laser je bil testiran pri izhodnih močeh nad 400 W (glej sliko 1). Toda v praktičnih aplikacijah je izhodna moč laserja nastavljena na 275 W, da se zagotovi najvišja učinkovitost pretvorbe moči 60 %, pa tudi najdaljša življenjska doba.

Ta novi diodni laser več kot podvoji svojo izhodno moč; njegova izhodna moč se poveča za več kot 40 odstotkov. Zgornji napredek je predvsem posledica spremembe hladilnega mehanizma (glej sliko 2). Nova zasnova uporablja dvostransko konfiguracijo hlajenja, kjer se hladilno telo razteza čez dejansko izhodno stran. Numerična simulacija procesa toplotne prevodnosti, ki prikazuje porazdelitev temperature v diodnem laserju v realnih pogojih.

Pri sobni temperaturi s toplotno obremenitvijo 200 W (kar ustreza optični izhodni moči 275 W) in toplotnim uporom hladilne plošče 0,05 K/W je najvišja temperatura samo 68 stopinj.

Nespajkane povezave povečajo zanesljivost
Dioda je pritrjena na bakreno hladilno telo za visoko stabilnost pri vklopu in izklopu. Odvisno od pogonske elektronike lahko diodni laserji delujejo "hard-pulsed", to pomeni, da jih je mogoče večkrat izklopiti in vklopiti na največjo moč brez tehničnih omejitev.

Tradicionalna metoda montaže laserskih palic galijevega arzenida (GaAs) na bakrene toplotne odvode je uporaba indijskega varjenja. Prednosti bakra kot materiala za odvod toplote so dobro znane, vključno z visoko toplotno prevodnostjo, nizkimi stroški in enostavnostjo obdelave. Toda težava pri uporabi bakrenega hladilnega telesa je, da se koeficienti toplotne razteznosti (CTE) bakra in GaAs zelo razlikujejo (z drugimi besedami, CTE bakra in GaAs se ne ujemata). Neusklajenost CET lahko povzroči mehansko obremenitev, ko sistem spreminja temperaturo. To zahteva, da je indij izjemno mehak in duktilen, da prepreči zlom GaAs, ko se ohladi po varjenju. Vendar prav te mehke in duktilne lastnosti indija prispevajo k utrujenosti spajkalnega spoja v pogojih močnega pulza.

Z uporabo novega pristopa je dosežena močnejša kovinska povezava. Ta pristop uporablja novo strukturo, ki uporablja kovinsko povezovalno plast brez spajkanja med dvema kovinskima vmesnima slojema (glejte sliko 3). Zaradi trdnosti spojnega materiala je odporen na obremenitve trdega impulznega delovanja, kar omogoča uporabo bakra kot hladilnega telesa.

Moč se je povečala na nekaj kilovatov
Tehnologija sestavljanja in nov hladilni mehanizem omogočata diodnemu laserju pasivno hlajenje. Laserski modul je velik približno en kvadratni palec, zaradi česar je idealen za ustvarjanje diodnih nizov iz velikega števila posameznih diodnih palic. Tipičen primer uporabe teh diodnih laserjev je kot moduli, zloženi v sisteme z visoko močjo do 10 kW.

Testni modul je bil zasnovan s skupno dolžino 104 mm in širino 36 mm (54 mm s priključkom za hlajenje). Sestavljen je iz štirih diodnih palic in hladilnega elementa za dodatno vodno hlajenje (glej sliko 4). Za primerjavo, podobna nastavitev z običajnimi 80 W palicami bi zahtevala približno 14 barov plus hlajenje.

Od obdelave materialov do uporabe v zdravstvu
Ta nova tehnologija omogoča uporabo preprostih modulov z majhnimi dimenzijami za različne naloge obdelave materialov, kot so rezanje, varjenje in trdo spajkanje. Nove aplikacije, kot je lasersko čiščenje, lahko takoj izkoristijo 50-odstotni prihranek pri obliki in enostavnejših sistemih.

Poleg obdelave materialov obstaja veliko drugih aplikacij, ki lahko izkoristijo visoko moč teh laserjev, kot sta lasersko tiskanje in označevanje. Aplikacije v zdravstvu se običajno ne zanašajo na najvišjo razpoložljivo moč, kjer je življenjska doba laserja pomembnejša in jo je mogoče znatno podaljšati z delovanjem pri nižjih ravneh moči. Poleg tega se lahko v medicinskih aplikacijah diodni laserji povežejo tudi prek optičnih vlaken, da dovedejo moč do pacientove točke zdravljenja.

Kontaktni podatki:

Če imate kakršne koli ideje, se obrnite na nas. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili svojemu cilju, da svojim strankam zagotovimo visoko kakovost, nizke cene in najboljšo storitev.