| Verkapselungslot von Diodenlaser-Barrenstapel | AuSn Packed |
| Zentrale Wellenlänge | 1064 nm |
| Ausgangsleistung | ≥55W |
| Betriebsstrom | ≤30 A |
| Betriebsspannung | ≤24V |
| Arbeitsmodus | CW |
| Hohlraumlänge | 900 mm |
| Ausgangsspiegel | T = 20 % |
| Wassertemperatur | 25±3℃ |
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Abstrakt
Die Nachfrage nach CW-diodengepumpten Lasermodulen steigt rasant, da sie eine unverzichtbare Pumpquelle für Festkörperlaser darstellen. Diese Module bieten einzigartige Vorteile, um die spezifischen Anforderungen von Festkörperlaseranwendungen zu erfüllen. Der G2 – ein diodengepumpter Festkörperlaser, das neue Produkt der CW-Diodenpumpen-Serie von LumiSpot Tech, zeichnet sich durch ein breiteres Anwendungsfeld und verbesserte Leistungsfähigkeit aus.
In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Anwendungsbereiche, Merkmale und Vorteile des CW-Diodenpump-Festkörperlasers. Abschließend präsentiere ich den Testbericht des CW-DPL von Lumispot Tech und erläutere unsere besonderen Vorteile.
Das Anwendungsfeld
Hochleistungs-Halbleiterlaser werden hauptsächlich als Pumpquellen für Festkörperlaser eingesetzt. In der Praxis ist eine Halbleiterlaser-Diodenpumpquelle entscheidend für die Optimierung der diodengepumpten Festkörperlasertechnologie.
Dieser Lasertyp nutzt einen Halbleiterlaser mit fester Wellenlänge anstelle der herkömmlichen Krypton- oder Xenonlampe zum Pumpen der Kristalle. Daher wird dieser verbesserte Laser als 2-Laser bezeichnet.ndGeneration eines CW-Pumplasers (G2-A), der sich durch hohe Effizienz, lange Lebensdauer, gute Strahlqualität, gute Stabilität, Kompaktheit und Miniaturisierung auszeichnet.
Hohe Pumpleistung
Die CW-Diodenpumpquelle liefert einen intensiven optischen Energieimpuls, der das Verstärkungsmedium im Festkörperlaser effektiv pumpt und so dessen optimale Leistung ermöglicht. Ihre relativ hohe Spitzenleistung (bzw. mittlere Leistung) eröffnet zudem ein breiteres Anwendungsspektrum.Industrie, Medizin und Wissenschaft.
Ausgezeichnete Balkenleistung und Stabilität
Das CW-Halbleiter-Pumplasermodul zeichnet sich durch einen herausragenden, spontan stabilen Lichtstrahl aus, der für eine präzise und kontrollierbare Laserleistung unerlässlich ist. Die Module sind so konzipiert, dass sie ein wohldefiniertes und stabiles Strahlprofil erzeugen und somit ein zuverlässiges und gleichmäßiges Pumpen des Festkörperlasers gewährleisten. Diese Eigenschaft erfüllt optimal die Anforderungen von Laseranwendungen in der industriellen Materialbearbeitung. Laserschneidenund Forschung & Entwicklung.
Kontinuierlicher Wellenbetrieb
Der CW-Betriebsmodus vereint die Vorteile von Dauerstrichlasern und Pulslasern. Der Hauptunterschied zwischen einem CW-Laser und einem Pulslaser liegt in der Ausgangsleistung.CW Der Laser, auch als Dauerstrichlaser bekannt, zeichnet sich durch einen stabilen Arbeitsmodus und die Fähigkeit zur Aussendung einer kontinuierlichen Welle aus.
Kompaktes und zuverlässiges Design
CW DPL lässt sich problemlos in das aktuelle System integrieren.Festkörperlaserabhängig 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 von Bedeutung ist.
Die Marktnachfrage nach der DPL-Serie – Wachsende Marktchancen
Mit der steigenden Nachfrage nach Festkörperlasern in verschiedenen Branchen wächst auch der Bedarf an leistungsstarken Pumpquellen wie CW-diodengepumpten Lasermodulen. Branchen wie die Fertigungsindustrie, das Gesundheitswesen, die Verteidigungsindustrie und die wissenschaftliche Forschung setzen Festkörperlaser für Präzisionsanwendungen ein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Eigenschaften der Produkte als Diodenpumpquelle für Festkörperlaser – hohe Pumpleistung, Dauerstrichbetrieb, exzellente Strahlqualität und -stabilität sowie kompakte Bauweise – 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
Jedes Produktset enthält drei Gruppen horizontal gestapelter Array-Module, wobei jede Gruppe horizontal gestapelter Array-Module eine Pumpleistung von etwa 100 W bei 25 A aufweist und die gesamte Pumpleistung 300 W bei 25 A beträgt.
Der Fluoreszenzfleck der G2-A-Pumpe ist unten abgebildet:
Die wichtigsten technischen Daten des G2-A Diodenpumpen-Festkörperlasers:
Unsere Stärke in Technologien
1. Technologie für das transiente Wärmemanagement
Halbleitergepumpte Festkörperlaser finden breite Anwendung in quasi-kontinuierlichen (CW) Anwendungen mit hoher Spitzenleistung sowie in kontinuierlichen (CW) Anwendungen mit hoher mittlerer Ausgangsleistung. Bei diesen Lasern beeinflussen die Höhe des Kühlkörpers und der Chipabstand (d. h. die Dicke des Substrats und des Chips) die Wärmeabfuhr maßgeblich. Ein größerer Chipabstand verbessert die Wärmeabfuhr, erhöht aber das Produktvolumen. Umgekehrt führt eine Verringerung des Chipabstands zu einer kleineren Produktgröße, die Wärmeabfuhr kann jedoch unzureichend sein. Die Entwicklung eines optimalen halbleitergepumpten Festkörperlasers mit möglichst kompaktem Volumen, der die Anforderungen an die Wärmeabfuhr erfüllt, stellt eine anspruchsvolle Designaufgabe dar.
Diagramm der stationären thermischen Simulation
Lumispot Tech verwendet die Finite-Elemente-Methode zur Simulation und Berechnung des Temperaturfelds des Geräts. Für die thermische Simulation wird eine Kombination aus stationärer thermischer Simulation der Wärmeübertragung in Festkörpern und thermischer Simulation der Flüssigkeitstemperatur verwendet. Für den Dauerbetrieb, wie in der Abbildung unten dargestellt, wird das Produkt mit dem optimalen Chipabstand und der optimalen Chipanordnung unter den Bedingungen der stationären thermischen Simulation der Wärmeübertragung in Festkörpern ausgestattet. Mit diesem Abstand und dieser Struktur weist das Produkt eine gute Wärmeableitung, niedrige Spitzentemperaturen und eine besonders kompakte Bauweise auf.
2.AuSn-LotVerkapselungsprozess
Lumispot Tech verwendet ein neues Gehäuseverfahren mit AuSn-Lot anstelle des herkömmlichen Indiumlots, um Probleme wie thermische Ermüdung, Elektromigration und elektrisch-thermische Migration, die durch Indiumlot verursacht werden, zu beheben. Durch den Einsatz von AuSn-Lot will unser Unternehmen die Zuverlässigkeit und Lebensdauer unserer Produkte verbessern. Dieser Austausch erfolgt unter Beibehaltung eines konstanten Abstands zwischen den Platinenstapeln, was die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Produkte zusätzlich erhöht.
In der Gehäusetechnologie von Hochleistungs-Halbleiter-gepumpten Festkörperlasern wird Indium (In) aufgrund seiner Vorteile wie niedrigem Schmelzpunkt, geringer Schweißspannung, einfacher Verarbeitung sowie guter plastischer Verformbarkeit und Infiltration von immer mehr internationalen Herstellern als Schweißmaterial eingesetzt. Bei Halbleiter-gepumpten Festkörperlasern im Dauerbetrieb führt die wechselnde Belastung jedoch zu Materialermüdung der Indium-Schweißschicht, was Produktausfälle zur Folge hat. Insbesondere bei hohen und niedrigen Temperaturen sowie langen Pulsdauern ist die Ausfallrate der Indium-Schweißung sehr hoch.
Vergleich beschleunigter Lebensdauertests von Lasern mit unterschiedlichen Lötgehäusen
Nach 600 Stunden Alterung versagen alle mit Indiumlot verkapselten Produkte; die mit Gold-Zinn verkapselten Produkte hingegen funktionieren über 2000 Stunden nahezu unverändert; dies verdeutlicht die Vorteile der AuSn-Verkapselung.
Um die Zuverlässigkeit von Hochleistungs-Halbleiterlasern zu verbessern und gleichzeitig die Konsistenz verschiedener Leistungsindikatoren zu gewährleisten, verwendet Lumispot Tech Hartlötmetall (AuSn) als neuartiges Gehäusematerial. Durch die Verwendung eines Substratmaterials mit angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-angepasstes Submount) und die effektive Reduzierung von Wärmespannungen wird eine optimale Lösung für die technischen Probleme bei der Herstellung von Hartlötmetallen gefunden. Voraussetzung für das Verlöten des Substratmaterials (Submount) mit dem Halbleiterchip ist die Oberflächenmetallisierung. Diese bezeichnet die Bildung einer Diffusionsbarriere und einer 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 zu gewährleisten, verwendet Lumispot Tech Hartlötmetall (AuSn) als neuartiges Gehäusematerial. Durch die Verwendung eines Substratmaterials mit angepasstem Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-angepasstes Submount) und die effektive Reduzierung von Wärmespannungen wird eine optimale Lösung für die technischen Probleme bei der Herstellung von Hartlötmetallen gefunden. Voraussetzung für das Verlöten des Substratmaterials (Submount) mit dem Halbleiterchip ist die Oberflächenmetallisierung. Diese bezeichnet die Bildung einer Diffusionsbarriere und einer Lotinfiltrationsschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials.
Die Oberflächenmetallisierung dient einerseits dazu, die Diffusion des Lotes in das Substratmaterial zu verhindern, andererseits die Lötverbindung mit dem Substratmaterial zu verbessern und Hohlräume in der Lotschicht zu vermeiden. Sie beugt zudem der Oxidation und dem Eindringen von Feuchtigkeit vor, reduziert den Kontaktwiderstand beim Löten und verbessert so die Schweißfestigkeit und Produktzuverlässigkeit. Der Einsatz von Gold-Zinn-Hartlot als Lötmaterial für halbleitergepumpte Festkörperlaser vermeidet effektiv Spannungsermüdung, Oxidation, elektrothermische Migration und andere Defekte im Indiumlot und erhöht dadurch die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Halbleiterlaser signifikant. Die Gold-Zinn-Verkapselungstechnologie behebt die Probleme der Elektromigration und elektrothermischen Migration des Indiumlotes.
Lösung von Lumispot Tech
In kontinuierlichen und gepulsten Lasern führt die durch die Absorption der Pumpstrahlung im Lasermedium und dessen externe Kühlung erzeugte Wärme zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Lasermedium. Dies verursacht Temperaturgradienten, die wiederum Änderungen des Brechungsindex des Mediums und damit verschiedene thermische Effekte hervorrufen. Die Wärmeablagerung im Verstärkungsmedium führt zu thermischen Linseneffekten und thermisch induzierter Doppelbrechung, was Verluste im Lasersystem verursacht und die Stabilität des Lasers im Resonator sowie die Qualität des Ausgangsstrahls beeinträchtigt. In einem kontinuierlich betriebenen Lasersystem ändert sich die thermische Spannung im Verstärkungsmedium mit zunehmender Pumpleistung. Die verschiedenen thermischen Effekte im System beeinträchtigen die Strahlqualität und die Ausgangsleistung erheblich und stellen daher ein zu lösendes Problem dar. Die effektive Unterdrückung und Minderung der thermischen Effekte in Kristallen während des Betriebs beschäftigt Wissenschaftler seit Langem und ist zu einem aktuellen Forschungsschwerpunkt geworden.
Nd:YAG-Laser mit thermischem Linsenresonator
Im Rahmen des Projekts zur Entwicklung von Hochleistungs-LD-gepumpten Nd:YAG-Lasern wurde die Lösung für Nd:YAG-Laser mit thermischem Linsenresonator gefunden, sodass 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 thermischer Linsen in den Resonatoren weitgehend löst und es dem Modul ermöglicht, eine hohe Leistung bei gleichzeitig hoher Strahlqualität zu erzielen.
Veröffentlichungsdatum: 24. Juli 2023