| Kapselungslot von Diodenlaser-Stabstapel | AuSn verpackt |
| Zentrale Wellenlänge | 1064 nm |
| Ausgangsleistung | ≥55W |
| Arbeitsstrom | ≤30 A |
| Arbeitsspannung | ≤24V |
| Arbeitsmodus | CW |
| Hohlraumlänge | 900mm |
| Ausgabespiegel | T = 20 % |
| Wassertemperatur | 25 ± 3 ℃ |
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Abstrakt
Die Nachfrage nach diodengepumpten CW-Lasermodulen (Continuous Wave) als wesentliche Pumpquelle für Festkörperlaser steigt rasant. Diese Module bieten einzigartige Vorteile, um den spezifischen Anforderungen von Festkörperlaseranwendungen gerecht zu werden. G2 – ein Diodenpumpen-Festkörperlaser, das neue Produkt der CW-Diodenpumpenserie von LumiSpot Tech, hat ein breiteres Anwendungsfeld und bessere Leistungsfähigkeiten.
In diesen Artikel werden wir Inhalte aufnehmen, die sich auf die Produktanwendungen, Produktmerkmale und Produktvorteile des CW-Diodenpumpen-Festkörperlasers konzentrieren. Am Ende des Artikels zeige ich Ihnen den Testbericht des CW DPL von Lumispot Tech und unsere besonderen Vorteile.
Das Anwendungsfeld
Als Pumpquellen für Festkörperlaser werden hauptsächlich Hochleistungs-Halbleiterlaser eingesetzt. In praktischen Anwendungen ist eine Halbleiterlaserdioden-Pumpquelle der Schlüssel zur Optimierung der laserdiodengepumpten Festkörperlasertechnologie.
Bei diesem Lasertyp wird zum Pumpen der Kristalle ein Halbleiterlaser mit fester Wellenlänge anstelle der herkömmlichen Krypton- oder Xenonlampe verwendet. Aus diesem Grund wird dieser verbesserte Laser 2 genanntndGeneration des CW-Pumplasers (G2-A), der sich durch hohe Effizienz, lange Lebensdauer, gute Strahlqualität, gute Stabilität, Kompaktheit und Miniaturisierung auszeichnet.
Hochleistungspumpfähigkeit
Die CW-Diodenpumpquelle bietet einen intensiven Anstieg der optischen Energierate und pumpt das Verstärkungsmedium im Festkörperlaser effektiv, um die beste Leistung des Festkörperlasers zu erzielen. Darüber hinaus ermöglicht seine relativ hohe Spitzenleistung (oder Durchschnittsleistung) ein breiteres AnwendungsspektrumIndustrie, Medizin und Wissenschaft.
Hervorragender Strahl und Stabilität
Das CW-Halbleiter-Pumplasermodul verfügt über die herausragende Qualität eines Lichtstrahls mit spontaner Stabilität, was für die Realisierung der steuerbaren, präzisen Laserlichtausgabe von entscheidender Bedeutung ist. Die Module sind so konzipiert, dass sie ein wohldefiniertes und stabiles Strahlprofil erzeugen und so ein zuverlässiges und gleichmäßiges Pumpen des Festkörperlasers gewährleisten. Diese Eigenschaft erfüllt perfekt die Anforderungen der Laseranwendung in der industriellen Materialbearbeitung, Laserschneidenund Forschung und Entwicklung.
Kontinuierlicher Wellenbetrieb
Der CW-Arbeitsmodus kombiniert die Vorteile eines Lasers mit kontinuierlicher Wellenlänge und eines gepulsten Lasers. Der Hauptunterschied zwischen einem CW-Laser und einem gepulsten Laser ist die Ausgangsleistung.CW Der Laser, der auch als Dauerstrichlaser bekannt ist, zeichnet sich durch einen stabilen Arbeitsmodus und die Fähigkeit aus, eine Dauerwelle zu senden.
Kompaktes und zuverlässiges Design
CW DPL lässt sich problemlos in den Strom integrierenFestkörperlaserabhängig von der kompakten Bauweise und Struktur. Ihre robuste Konstruktion und die hochwertigen Komponenten gewährleisten eine langfristige Zuverlässigkeit und minimieren Ausfallzeiten und Wartungskosten, was besonders in der industriellen Fertigung und bei medizinischen Verfahren wichtig ist.
Die Marktnachfrage der DPL-Serie – wachsende Marktchancen
Da die Nachfrage nach Festkörperlasern in verschiedenen Branchen weiter zunimmt, steigt auch der Bedarf an Hochleistungspumpquellen wie CW-diodengepumpten Lasermodulen. Branchen wie Fertigung, Gesundheitswesen, Verteidigung und wissenschaftliche Forschung verlassen sich bei Präzisionsanwendungen auf Festkörperlaser.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Eigenschaften der Produkte als Diodenpumpquelle des Festkörperlasers: Hochleistungspumpfähigkeit, CW-Betriebsmodus, ausgezeichnete Strahlqualität und -stabilität sowie kompakt strukturiertes Design die Marktnachfrage nach diesen Produkten erhöhen Lasermodule. Als Zulieferer legt Lumispot Tech außerdem großen Wert darauf, die Leistung und die eingesetzten Technologien der DPL-Serie zu optimieren.
Produktpaket-Set G2-A DPL von Lumispot Tech
Jeder Produktsatz enthält drei Gruppen horizontal gestapelter Array-Module, wobei jede Gruppe horizontal gestapelter Array-Module eine Pumpleistung von etwa 100 W bei 25 A und eine Gesamtpumpleistung von 300 W bei 25 A hat.
Der Fluoreszenzfleck der G2-A-Pumpe ist unten dargestellt:
Die wichtigsten technischen Daten des G2-A-Diodenpumpen-Festkörperlasers:
Unsere Stärke in Technologien
1. Transiente Wärmemanagementtechnologie
Halbleitergepumpte Festkörperlaser werden häufig für quasi-kontinuierliche Wellenanwendungen (CW) mit hoher Spitzenleistung und kontinuierliche Wellenanwendungen (CW) mit hoher Durchschnittsleistung eingesetzt. Bei diesen Lasern haben die Höhe der Wärmesenke und der Abstand zwischen den Chips (dh die Dicke des Substrats und des Chips) einen erheblichen Einfluss auf die Wärmeableitungsfähigkeit des Produkts. Ein größerer Span-zu-Span-Abstand führt zu einer besseren Wärmeableitung, erhöht jedoch das Produktvolumen. Wenn umgekehrt der Spanabstand verringert wird, verringert sich die Produktgröße, die Wärmeableitungsfähigkeit des Produkts reicht jedoch möglicherweise nicht aus. Die Nutzung des kompaktesten Volumens zur Entwicklung eines optimalen halbleitergepumpten Festkörperlasers, der die Wärmeableitungsanforderungen erfüllt, ist bei der Konstruktion eine schwierige Aufgabe.
Diagramm der stationären thermischen Simulation
Lumispot Tech wendet die Finite-Elemente-Methode an, um das Temperaturfeld des Geräts zu simulieren und zu berechnen. Für die thermische Simulation wird eine Kombination aus stationärer thermischer Simulation der Wärmeübertragung im festen Zustand und thermischer Simulation der Flüssigkeitstemperatur verwendet. Für kontinuierliche Betriebsbedingungen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt: Es wird vorgeschlagen, dass das Produkt unter den stationären thermischen Simulationsbedingungen der Feststoffwärmeübertragung den optimalen Chipabstand und die optimale Anordnung aufweist. Bei diesem Abstand und dieser Struktur weist das Produkt eine gute Wärmeableitungsfähigkeit, eine niedrige Spitzentemperatur und die kompaktesten Eigenschaften auf.
2.AuSn-LotEinkapselungsprozess
Lumispot Tech verwendet eine Verpackungstechnik, die AnSn-Lot anstelle von herkömmlichem Indium-Lot verwendet, um Probleme im Zusammenhang mit thermischer Ermüdung, Elektromigration und elektrisch-thermischer Migration, die durch Indium-Lot verursacht werden, anzugehen. Durch den Einsatz von AuSn-Lot möchte unser Unternehmen die Produktzuverlässigkeit und Langlebigkeit verbessern. Dieser Austausch erfolgt unter Gewährleistung eines konstanten Stabstapelabstands, was weiter zur Verbesserung der Produktzuverlässigkeit und -lebensdauer beiträgt.
In der Verpackungstechnologie von leistungsstarken halbleitergepumpten Festkörperlasern wird Indium (In)-Metall aufgrund seiner Vorteile von niedrigem Schmelzpunkt, geringer Schweißspannung, einfacher Bedienung und gutem Kunststoff von immer mehr internationalen Herstellern als Schweißmaterial übernommen Verformung und Infiltration. Bei halbleitergepumpten Festkörperlasern führt die Wechselbeanspruchung jedoch unter Dauerbetriebsbedingungen zu einer Spannungsermüdung der Indium-Schweißschicht, was zu einem Produktversagen führt. Besonders bei hohen und niedrigen Temperaturen und langen Pulsbreiten ist die Ausfallrate beim Indiumschweißen sehr offensichtlich.
Vergleich beschleunigter Lebensdauertests von Lasern mit unterschiedlichen Lotpaketen
Nach 600 Stunden Alterung versagen alle mit Indiumlot verkapselten Produkte; während die mit Goldzinn verkapselten Produkte mehr als 2.000 Stunden lang nahezu ohne Leistungsveränderung arbeiten; was die Vorteile der AuSn-Einkapselung widerspiegelt.
Um die Zuverlässigkeit von Hochleistungs-Halbleiterlasern zu verbessern und gleichzeitig die Konsistenz verschiedener Leistungsindikatoren aufrechtzuerhalten, setzt Lumispot Tech auf Hartlot (AuSn) als neuen Typ von Verpackungsmaterial. Die Verwendung eines Substratmaterials mit angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-Matched Submount) und die wirksame Freisetzung thermischer Spannungen stellen eine gute Lösung für die technischen Probleme dar, die bei der Herstellung von Hartlot auftreten können. Eine notwendige Voraussetzung dafür, dass das Substratmaterial (Submount) mit dem Halbleiterchip verlötet werden kann, ist die Oberflächenmetallisierung. Bei der Oberflächenmetallisierung handelt es sich um die Bildung einer Diffusionsbarriere- und Lotinfiltrationsschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials.
Schematische Darstellung des Elektromigrationsmechanismus eines in Indiumlot eingekapselten Lasers
Um die Zuverlässigkeit von Hochleistungs-Halbleiterlasern zu verbessern und gleichzeitig die Konsistenz verschiedener Leistungsindikatoren aufrechtzuerhalten, setzt Lumispot Tech auf Hartlot (AuSn) als neuen Typ von Verpackungsmaterial. Die Verwendung eines Substratmaterials mit angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-Matched Submount) und die wirksame Freisetzung thermischer Spannungen stellen eine gute Lösung für die technischen Probleme dar, die bei der Herstellung von Hartlot auftreten können. Eine notwendige Voraussetzung dafür, dass das Substratmaterial (Submount) mit dem Halbleiterchip verlötet werden kann, ist die Oberflächenmetallisierung. Bei der Oberflächenmetallisierung handelt es sich um die Bildung einer Diffusionsbarriere- und Lotinfiltrationsschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials.
Sein Zweck besteht einerseits darin, die Diffusion des Lots in das Substratmaterial zu blockieren, andererseits darin, die Schweißfähigkeit des Lots mit dem Substratmaterial zu stärken und ein Austreten der Lotschicht in den Hohlraum zu verhindern. Die Oberflächenmetallisierung kann auch die Oberflächenoxidation des Substratmaterials und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern, den Kontaktwiderstand im Schweißprozess verringern und so die Schweißfestigkeit und Produktzuverlässigkeit verbessern. Durch die Verwendung von Hartlot AuSn als Schweißmaterial für halbleitergepumpte Festkörperlaser können Indiumspannungsermüdung, Oxidation und elektrothermische Migration sowie andere Defekte wirksam vermieden werden, wodurch die Zuverlässigkeit von Halbleiterlasern sowie die Lebensdauer des Lasers erheblich verbessert werden. Durch den Einsatz der Gold-Zinn-Verkapselungstechnologie können die Probleme der Elektromigration und der elektrothermischen Migration von Indiumlot gelöst werden.
Lösung von Lumispot Tech
Bei kontinuierlichen oder gepulsten Lasern führt die durch die Absorption der Pumpstrahlung durch das Lasermedium und die äußere Kühlung des Mediums erzeugte Wärme zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Inneren des Lasermediums, was zu Temperaturgradienten und damit zu Änderungen des Brechungsindex des Mediums führt und dann verschiedene thermische Effekte erzeugen. Die thermische Abscheidung innerhalb des Verstärkungsmediums führt zum thermischen Linseneffekt und zum thermisch induzierten Doppelbrechungseffekt, der zu bestimmten Verlusten im Lasersystem führt und sich auf die Stabilität des Lasers im Hohlraum und die Qualität des Ausgangsstrahls auswirkt. In einem kontinuierlich laufenden Lasersystem ändert sich die thermische Spannung im Verstärkungsmedium mit zunehmender Pumpleistung. Die verschiedenen thermischen Effekte im System wirken sich erheblich auf das gesamte Lasersystem aus, um eine bessere Strahlqualität und eine höhere Ausgangsleistung zu erzielen, was eines der zu lösenden Probleme darstellt. Wie man den thermischen Effekt von Kristallen im Arbeitsprozess effektiv hemmen und abmildern kann, beschäftigt Wissenschaftler seit langem und ist zu einem der aktuellen Forschungsschwerpunkte geworden.
Nd:YAG-Laser mit thermischer Linsenkavität
Im Projekt zur Entwicklung leistungsstarker LD-gepumpter Nd:YAG-Laser wurden die Nd:YAG-Laser mit thermischem Linsenhohlraum so gelöst, dass das Modul eine hohe Leistung bei gleichzeitig hoher Strahlqualität erzielen kann.
Im Rahmen eines Projekts zur Entwicklung eines leistungsstarken LD-gepumpten Nd:YAG-Lasers hat Lumispot Tech das G2-A-Modul entwickelt, das das Problem der geringeren Leistung aufgrund von thermischen Linsen enthaltenden Hohlräumen weitgehend löst und es dem Modul ermöglicht, eine hohe Leistung zu erzielen mit hoher Strahlqualität.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 24. Juli 2023