| Vergusslot von Diodenlaser-Barrenstapel | AuSn verpackt |
| Zentrale Wellenlänge | 1064 nm |
| Ausgangsleistung | ≥55 W |
| Arbeitsstrom | ≤30 A |
| Betriebsspannung | ≤24 V |
| Arbeitsmodus | CW |
| Hohlraumlänge | 900 mm |
| Ausgabespiegel | T = 20 % |
| Wassertemperatur | 25 ± 3 °C |
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Abstrakt
Die Nachfrage nach CW-Diodenlasermodulen (Continuous Wave) steigt als wichtige Pumpquelle für Festkörperlaser rasant an. Diese Module bieten einzigartige Vorteile und erfüllen die spezifischen Anforderungen von Festkörperlaseranwendungen. Der G2 – ein Diodenpump-Festkörperlaser, das neue Produkt der CW-Diodenpump-Serie von LumiSpot Tech, bietet ein breiteres Anwendungsspektrum und bessere Leistungsmerkmale.
In diesem Artikel befasse ich mich mit den Produktanwendungen, Produktmerkmalen und Produktvorteilen des CW-Diodenpump-Festkörperlasers. Am Ende des Artikels stelle ich den Testbericht des CW DPL von Lumispot Tech und unsere besonderen Vorteile vor.
Das Anwendungsfeld
Hochleistungs-Halbleiterlaser werden hauptsächlich als Pumpquellen für Festkörperlaser eingesetzt. In der Praxis ist eine Halbleiterlaserdioden-Pumpquelle der Schlüssel zur Optimierung der diodengepumpten Festkörperlasertechnologie.
Dieser Lasertyp verwendet einen Halbleiterlaser mit fester Wellenlänge anstelle der herkömmlichen Krypton- oder Xenonlampe zum Pumpen der Kristalle. Daher wird dieser verbesserte Laser als 2.ndGeneration von CW-Pumplasern (G2-A), die sich durch hohe Effizienz, lange Lebensdauer, gute Strahlqualität, gute Stabilität, Kompaktheit und Miniaturisierung auszeichnen.
Hochleistungs-Pumpleistung
Die CW-Diodenpumpquelle bietet einen intensiven optischen Energieschub und pumpt das Verstärkungsmedium im Festkörperlaser effektiv, um die beste Leistung des Festkörperlasers zu erzielen. Darüber hinaus ermöglicht ihre relativ hohe Spitzenleistung (oder Durchschnittsleistung) ein breiteres Anwendungsspektrum inIndustrie, Medizin und Wissenschaft.
Hervorragende Strahlstärke und Stabilität
Das CW-Halbleiter-Pumplasermodul zeichnet sich durch eine herausragende Lichtstrahlqualität mit spontaner Stabilität aus, die für eine präzise und steuerbare Laserlichtleistung entscheidend ist. Die Module erzeugen ein klar definiertes und stabiles Strahlprofil und gewährleisten so ein zuverlässiges und gleichmäßiges Pumpen des Festkörperlasers. Diese Eigenschaft erfüllt perfekt die Anforderungen von Laseranwendungen in der industriellen Materialbearbeitung. Laserschneiden, und F&E.
Dauerstrichbetrieb
Der CW-Arbeitsmodus vereint die Vorteile eines Dauerstrichlasers und eines gepulsten Lasers. Der Hauptunterschied zwischen einem CW-Laser und einem gepulsten Laser liegt in der Leistungsabgabe.CW Der Laser, der auch als Dauerstrichlaser bezeichnet wird, zeichnet sich durch einen stabilen Arbeitsmodus und die Fähigkeit aus, eine kontinuierliche Welle zu senden.
Kompaktes und zuverlässiges Design
CW DPL lässt sich problemlos in die aktuelleFestkörperlaserAbhängig von der kompakten Bauweise und Struktur. Ihre robuste Konstruktion und die hochwertigen Komponenten gewährleisten langfristige Zuverlässigkeit und minimieren Ausfallzeiten und Wartungskosten, was insbesondere in der industriellen Fertigung und bei medizinischen Verfahren wichtig ist.
Die Marktnachfrage nach der DPL-Serie – wachsende Marktchancen
Da die Nachfrage nach Festkörperlasern branchenübergreifend weiter steigt, steigt auch der Bedarf an Hochleistungs-Pumpquellen wie CW-Diodenlasermodulen. Branchen wie Fertigung, Gesundheitswesen, Verteidigung und wissenschaftliche Forschung setzen für Präzisionsanwendungen auf Festkörperlaser.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Produkteigenschaften als Diodenpumpquelle für Festkörperlaser – hohe Pumpleistung, CW-Betrieb, hervorragende Strahlqualität und -stabilität sowie kompaktes Design – die Marktnachfrage nach diesen Lasermodulen steigern. Als Lieferant investiert Lumispot Tech zudem viel in die Optimierung der Leistung und der in der DPL-Serie eingesetzten Technologien.
Produktpaket 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 aufweist.
Der G2-A-Pump-Fluoreszenzfleck ist unten dargestellt:
Die wichtigsten technischen Daten des G2-A Diodenpump-Festkörperlasers:
Unsere Stärke in Technologien
1. Transiente Wärmemanagementtechnologie
Halbleitergepumpte Festkörperlaser werden häufig für Quasi-Dauerstrich-Anwendungen (CW) mit hoher Spitzenleistung und Dauerstrich-Anwendungen (CW) mit hoher Durchschnittsleistung eingesetzt. Bei diesen Lasern beeinflussen die Höhe der Wärmesenke und der Abstand zwischen den Chips (d. h. die Dicke von Substrat und Chip) maßgeblich die Wärmeableitungsfähigkeit des Produkts. Ein größerer Chip-zu-Chip-Abstand verbessert die Wärmeableitung, erhöht aber das Produktvolumen. Umgekehrt verringert sich bei reduziertem Chipabstand zwar die Produktgröße, die Wärmeableitungsfähigkeit des Produkts kann jedoch unzureichend sein. Die Nutzung eines möglichst kompakten Volumens zur Entwicklung eines optimalen halbleitergepumpten Festkörperlasers, der die Anforderungen an die Wärmeableitung erfüllt, ist eine anspruchsvolle Designaufgabe.
Graph der stationären thermischen Simulation
Lumispot Tech verwendet die Finite-Elemente-Methode zur Simulation und Berechnung des Temperaturfelds des Geräts. Die thermische Simulation erfolgt durch eine Kombination aus stationärer Wärmeübertragungssimulation und Flüssigkeitstemperatursimulation. Für Dauerbetriebsbedingungen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, wird für das Produkt ein optimaler Chipabstand und eine optimale Chipanordnung unter stationären Wärmeübertragungsbedingungen vorgeschlagen. Mit diesem Abstand und dieser Struktur verfügt das Produkt über eine gute Wärmeableitung, eine niedrige Spitzentemperatur und äußerst kompakte Eigenschaften.
2.AuSn-LotKapselungsprozess
Lumispot Tech verwendet eine Verpackungstechnik mit AnSn-Lot anstelle von herkömmlichem Indiumlot, um Probleme im Zusammenhang mit thermischer Ermüdung, Elektromigration und elektrisch-thermischer Migration durch Indiumlot zu lösen. Durch den Einsatz von AuSn-Lot will unser Unternehmen die Produktzuverlässigkeit und -lebensdauer verbessern. Dieser Ersatz erfolgt unter Gewährleistung konstanter Abstände zwischen den Riegelstapeln, was die Produktzuverlässigkeit und -lebensdauer weiter verbessert.
In der Verpackungstechnologie für leistungsstarke, halbleitergepumpte Festkörperlaser wird Indiummetall (In) aufgrund seiner Vorteile wie niedrigem Schmelzpunkt, geringer Schweißspannung, einfacher Handhabung sowie guter plastischer Verformung und Infiltration von immer mehr internationalen Herstellern als Schweißmaterial eingesetzt. Bei halbleitergepumpten Festkörperlasern führt die Wechselspannung jedoch im Dauerbetrieb zu Spannungsermüdung der Indiumschweißschicht und damit zu Produktausfällen. Insbesondere bei hohen und niedrigen Temperaturen sowie langen Pulsbreiten ist die Ausfallrate beim Indiumschweißen deutlich erhöht.
Vergleich beschleunigter Lebensdauertests von Lasern mit unterschiedlichen Lötpaketen
Nach 600 Stunden Alterung versagen alle mit Indiumlot gekapselten Produkte, während die mit Goldzinn gekapselten Produkte mehr als 2.000 Stunden lang nahezu ohne Leistungsänderung funktionieren, was die Vorteile der AuSn-Kapselung widerspiegelt.
Um die Zuverlässigkeit von Hochleistungshalbleiterlasern zu verbessern und gleichzeitig die Konsistenz verschiedener Leistungsindikatoren zu gewährleisten, setzt Lumispot Tech Hartlot (AuSn) als neuartiges Verpackungsmaterial ein. Die Verwendung eines Substratmaterials mit angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-Matched Submount) und die effektive Freisetzung thermischer Spannungen sind eine gute Lösung für die technischen Probleme, die bei der Herstellung von Hartlot auftreten können. Voraussetzung für das Löten des Substratmaterials (Submount) mit dem Halbleiterchip ist die Oberflächenmetallisierung. Oberflächenmetallisierung ist die Bildung einer Diffusionsbarriere und einer Lotinfiltrationsschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials.
Schematische Darstellung des Elektromigrationsmechanismus eines in Indiumlot gekapselten Lasers
Um die Zuverlässigkeit von Hochleistungshalbleiterlasern zu verbessern und gleichzeitig die Konsistenz verschiedener Leistungsindikatoren zu gewährleisten, setzt Lumispot Tech Hartlot (AuSn) als neuartiges Verpackungsmaterial ein. Die Verwendung eines Substratmaterials mit angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-Matched Submount) und die effektive Freisetzung thermischer Spannungen sind eine gute Lösung für die technischen Probleme, die bei der Herstellung von Hartlot auftreten können. Voraussetzung für das Löten des Substratmaterials (Submount) mit dem Halbleiterchip ist die Oberflächenmetallisierung. Oberflächenmetallisierung ist die Bildung einer Diffusionsbarriere und einer Lotinfiltrationsschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials.
Sein Zweck besteht einerseits darin, die Diffusion des Lots zum Substratmaterial zu blockieren, andererseits die Schweißfähigkeit des Lots mit dem Substratmaterial zu stärken und so zu verhindern, dass sich die Lotschicht im Hohlraum festsetzt. Eine Oberflächenmetallisierung kann auch die Oxidation der Substratmaterialoberfläche und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern, den Kontaktwiderstand beim Schweißprozess verringern und somit die Schweißfestigkeit und Produktzuverlässigkeit verbessern. Die Verwendung des Hartlots AuSn als Schweißmaterial für halbleitergepumpte Festkörperlaser kann Spannungsermüdung, Oxidation und elektrothermische Migration sowie andere Defekte bei Indium wirksam vermeiden und so die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Halbleiterlasern deutlich verbessern. Durch den Einsatz einer Gold-Zinn-Verkapselungstechnologie können die Probleme der Elektromigration und elektrothermischen Migration von Indiumlot gelöst werden.
Lösung von Lumispot Tech
Bei kontinuierlich oder gepulst laufenden Lasern führt die durch die Absorption der Pumpstrahlung durch das Lasermedium und die externe Kühlung des Mediums erzeugte Wärme zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Lasermedium. Dies führt zu Temperaturgradienten, die den Brechungsindex des Mediums ändern und verschiedene thermische Effekte hervorrufen. Die Wärmeablagerung im Verstärkungsmedium führt zum thermischen Linseneffekt und zur thermisch induzierten Doppelbrechung, die wiederum zu Verlusten im Lasersystem führt und die Stabilität des Lasers im Resonator sowie die Qualität des Ausgangsstrahls beeinträchtigt. In einem kontinuierlich laufenden Lasersystem ändert sich die thermische Spannung im Verstärkungsmedium mit zunehmender Pumpleistung. Die verschiedenen thermischen Effekte im System beeinträchtigen das gesamte Lasersystem erheblich und erfordern eine bessere Strahlqualität und höhere Ausgangsleistung. Dies ist eines der zu lösenden Probleme. Wie sich der thermische Effekt von Kristallen im Arbeitsprozess wirksam hemmen und abschwächen lässt, beschäftigt Wissenschaftler schon lange und ist zu einem der wichtigsten Forschungsthemen geworden.
Nd:YAG-Laser mit thermischer Linsenkavität
Im Projekt zur Entwicklung leistungsstarker LD-gepumpter Nd:YAG-Laser wurde die Lösung für Nd:YAG-Laser mit thermischer Linsenkavität entwickelt, sodass das Modul eine hohe Leistung bei gleichzeitig hoher Strahlqualität erzielen kann.
Im Rahmen eines Projekts zur Entwicklung eines LD-gepumpten Nd:YAG-Lasers mit hoher Leistung hat Lumispot Tech das Modul G2-A entwickelt, das das Problem der geringeren Leistung aufgrund von Hohlräumen mit thermischen Linsen weitgehend löst und es dem Modul ermöglicht, eine hohe Leistung bei hoher Strahlqualität zu erzielen.
Beitragszeit: 24. Juli 2023