لیزر دیود تک میله

لیزر دیود تک میله شامل میله لیزر دیود MCC و میله لیزر دایود CS می باشد. MCC Diode Laser Bar‎ به یک میله لیزر نیمه هادی اطلاق می شود که از خنک کننده میکروکانال (MCC) استفاده می کند. نوار لیزر MCC عمدتاً برای ساختار بسته بندی لیزرهای نیمه هادی پرقدرت استفاده می شود. ویژگی اصلی آن عملکرد اتلاف گرمای کارآمد و توانایی کار تحت سیکل کاری بالا موج پیوسته و موج شبه پیوسته است.‌ نوار لیزر دیود بسته‌بندی شده CS به فرم بسته‌بندی لیزر نیمه‌رسانا اشاره دارد که در آن «CS» مخفف خنک‌کننده رسانایی است. این فرم بسته بندی عمدتاً برای لیزرهای نیمه هادی پرقدرت، به ویژه در چرخه کاری بالا و حالت عملکرد مداوم، که نیاز به یک محلول اتلاف گرما کارآمد دارد، استفاده می شود.

نوار MCC

نوار CS

رفع موهای زائد دستی

نوار لیزر دایود MCC

نوار لیزر دایود CS، FAC اختیاری است

مکانیزم خنک کننده
خنک‌کننده‌ی آب: خنک‌کننده‌ی آب لیزری برای دفع گرما از طریق گردش آب است. آب در داخل و خارج لیزر برای انتقال گرما به آب به گردش در می آید و پس از پخش شدن در رادیاتور بازیافت می شود. خنک‌کننده آب دارای قابلیت هدایت حرارتی و انتقال حرارت بالایی است و می‌تواند گرما را سریع‌تر به بیرون منتقل کند و در نتیجه عملکرد کارآمد و پایدار لیزر را تضمین کند و میزان خرابی را کاهش دهد.

خنک کننده رسانایی: خنک کننده رسانایی معمولاً به استفاده از خواص هدایت حرارتی موادی مانند فلزات برای دفع گرما اشاره دارد. این روش خنک‌کننده به بازده هدایت حرارتی ماده بستگی دارد و معمولاً برای دستگاه‌های کوچک یا اتلاف حرارت موضعی استفاده می‌شود.

سناریوهای قابل اجرا
خنک کننده آبی: مناسب برای سناریوهایی که نیاز به عملیات مداوم طولانی مدت دارند و پایداری را تضمین می کنند. خنک کننده آب می تواند اثر اتلاف گرما را بهتر ارائه دهد و میزان شکست را کاهش دهد. برای لیزرهای پرقدرت یا کاربردهایی که به پایداری بالا نیاز دارند، مناسب است.
خنک کننده رسانایی: مناسب برای دستگاه های کوچک یا نیازهای اتلاف حرارت موضعی. از آنجایی که خنک کننده رسانایی به بازده هدایت حرارتی ماده بستگی دارد، اثر اتلاف حرارت آن نسبتاً محدود است و برای دستگاه هایی با توان کم یا نیاز به اتلاف حرارت کم مناسب است.

هزینه و سختی تعمیر و نگهداری
خنک کننده آب: نیاز به تعویض منظم فیلترهای رسوبی و افزودن مایع خنک کننده دارد که هزینه های نگهداری بالایی دارد.
خنک کننده هدایت: تعمیر و نگهداری نسبتاً ساده، فقط به تمیز کردن منظم اجزای اتلاف گرما و هزینه های نگهداری کم نیاز دارد.

حالت کار CW
حالت کار CW به این معنی است که لیزر به صورت پیوسته عمل می کند و انرژی پرتو خروجی ثابت و بدون وقفه باقی می ماند. این حالت کار برای کاربردهایی که به انرژی لیزر پایدار نیاز دارند، مانند ارتباطات فیبر نوری و پردازش مواد، مناسب است. توان خروجی لیزرهای CW نسبتا کم است، اما می تواند ثابت بماند، که برای سناریوهایی که نیاز به خروجی مداوم انرژی لیزر دارند، مناسب است. ‌

حالت کار QCW
حالت کار QCW به این معنی است که لیزر به صورت پالس عمل می کند، مدت زمان (عرض) هر پالس محدود است و فاصله مشخصی بین پالس ها وجود دارد. لیزرهای QCW معمولاً پالس هایی را به طور مکرر در فرکانس بالا منتشر می کنند و عرض پالس را می توان در صورت نیاز برای کنترل توان خروجی و انرژی پالس لیزر مدوله کرد. این حالت عملیاتی برای سناریوهای کاربردی با نیازهای بالا برای وضوح زمانی، مانند سیستم های رادار و تجهیزات پزشکی مناسب است. پالس های کوتاه با انرژی بالا لیزرهای QCW می توانند اثرات اندازه گیری و درمان دقیقی را ارائه دهند. ‌

سناریوهای کاربردی خاص
حالت کار CW: مناسب برای کاربردهایی که به انرژی لیزر پایدار نیاز دارند، مانند ارتباطات فیبر نوری و پردازش مواد. در این کاربردها، لیزرهای CW می توانند توان خروجی پایداری را برای پاسخگویی به نیازهای پیوسته انتقال سیگنال یا پردازش مواد فراهم کنند.
‌حالت کار QCW: مناسب برای برنامه‌هایی با نیازهای بالا برای وضوح زمانی، مانند سیستم‌های رادار و تجهیزات پزشکی. پالس های کوتاه با انرژی بالا لیزرهای QCW می توانند اثرات اندازه گیری و درمان دقیقی را ارائه دهند.

روش های خنک کننده مختلف: نوار لیزر بسته بندی شده CS خنک کننده غیرفعال را اتخاذ می کند و معمولاً به سیستم های خنک کننده اضافی مانند آب دیونیزه و خنک کننده گردش پمپ فشار بالا نیاز ندارد. نوار لیزر میکرو کانال از خنک کننده مایع استفاده می کند، به ویژه خنک کننده میکرو کانال (MCC)، که ورودی مایع خنک کننده آن در نزدیکی نوار لیزر قرار دارد، با راندمان اتلاف حرارت بالا.
تفاوت ساختاری: ساختار میله دیود بسته بندی شده CS نسبتا ساده است و ممکن است طراحی کانال خنک کننده پیچیده را شامل نشود. نوار دیود میکروکانال حاوی خنک کننده میکروکانالی است که بخش مهمی از ساختار آن برای اتلاف موثر گرما است.

• الزامات نگهداری:بسته CS: طراحی بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، بدون دیود لیزر میکروکانال، بدون آب دیونیزه و خنک کننده گردش پمپ فشار بالا.
• نوار دیود لیزر میکروکانال:تعمیر و نگهداری منظم سیستم خنک کننده مورد نیاز است.
• سناریوهای مختلف برنامه:با توجه به روش خنک کننده ساده و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری، نوار دیود بسته بندی شده CS برای کاربردهای لیزری صنعتی بسیار مناسب است.

میله دیود میکروکانال به دلیل راندمان اتلاف حرارت بالا برای استفاده در چرخه کاری بالا و حالت کار مداوم مناسب تر است.

عملکرد اصلی نوار لیزر CS با لنز FAC شامل تمرکز نور، افزایش جهت دهی پرتو و کاهش زاویه واگرایی پرتو است. ‌

نور ساطع شده توسط میله لیزر در حال حاضر خود نور لیزر است، اما از آنجایی که معمولاً زمانی که از تشدید کننده خارج می شود بیضوی یا کما شکل است، برای فوکوس کردن آن به عدسی نیاز است. وظیفه عدسی این است که این پرتوها را به یک نقطه نوری متمرکز می کند و در نتیجه جهت پرتو را افزایش می دهد و زاویه واگرایی پرتو را کاهش می دهد.

تمرکز نور
لنز می تواند به طور موثر نور ساطع شده توسط دیود لیزر را برای تشکیل یک نقطه نور متمرکز کند. این اثر فوکوس می تواند به طور قابل توجهی فاصله طرح ریزی و روشنایی نور را افزایش دهد و استفاده از دیودهای لیزر را کارآمدتر و کاربردی تر کند.

جهت دهی پرتو را افزایش دهید
با فوکوس کردن از طریق لنز، پرتو ساطع شده توسط دیود لیزر می‌تواند متمرکزتر و جهت‌دارتر شود. این بدان معنی است که پرتو می تواند در یک جهت خاص با دقت بیشتری منتشر شود و باعث کاهش پراکندگی و انتشار پرتو و بهبود راندمان انتقال پرتو شود.

زاویه واگرایی پرتو را کاهش دهید
استفاده از لنزها می تواند به طور قابل توجهی زاویه واگرایی پرتو ساطع شده توسط دیود لیزر را کاهش دهد. کاهش زاویه واگرایی به این معنی است که پرتو می‌تواند در حین انتشار، گستردگی کمتری را حفظ کند و در نتیجه بر هم‌خوردگی و پایداری پرتو بهبود یابد.

هنگام استفاده از میله های لیزر MCC لیزری با آب خنک، به نکات زیر توجه کنید:
از نصب و اتصال صحیح سیستم خنک‌کننده آبی اطمینان حاصل کنید: از جمله کولرهای آبی، لوله‌های آب و خنک‌کننده‌ها، محکم بودن اتصال را بررسی کنید و از نشت یا نشت آب جلوگیری کنید.
انتخاب خنک کننده مناسب: توصیه می شود از مایعی با خاصیت اتلاف حرارت و ضد خوردگی خوب مانند آب مقطر یا مخلوط خنک کننده استفاده کنید و از مایعاتی که به تجهیزات آسیب می زند خودداری کنید.
‌کنترل دمای سیستم خنک‌کننده آب‌: با توجه به نیاز لیزر و محیط کار، دما را تنظیم کنید تا اطمینان حاصل شود که تجهیزات در دمای مناسب کار می‌کنند. دمای خیلی زیاد یا خیلی پایین خوب نیست.
سیستم خنک کننده آب را مرتب تمیز کنید: از مسدود شدن لوله های آب، کولرها و غیره توسط کثیفی که بر راندمان اتلاف گرما تأثیر می گذارد، خودداری کنید. از یک برس نرم یا هوای فشرده برای تمیز کردن استفاده کنید.
‌جلوگیری از یخ زدگی: در محیط‌های با دمای پایین، اطمینان حاصل کنید که لیزر و کولر آبی همیشه در محیطی بالاتر از 0 درجه سانتی‌گراد قرار دارند، یا لیزر و کولر آبی را در حالت روشن نگه دارید تا از ورود آب لوله جلوگیری شود. انجماد
استفاده از ضد یخ‌: وقتی دما به زیر 0 درجه می‌رسد، برای تمام آب‌های خنک‌کننده از ضدیخ استفاده کنید. در صورت عدم استفاده طولانی مدت یا قطع برق، آب کولر آبی را تخلیه کرده و تجهیزات را در محیطی بالاتر از 5 درجه نگهداری کنید.
از طریق اقدامات فوق، می توان اطمینان حاصل کرد که نوار لیزر MCC با آب خنک می شود عملکرد بهینه را حفظ کرده و عمر مفید خود را در طول استفاده افزایش می دهد.

اجزای دیود لیزری بسته بندی شده CS عمدتاً شامل قطعات زیر است:

تراشه لیزری: این قسمت اصلی دیود لیزر است که مسئول انتشار نور لیزر است. تراشه لیزری معمولاً از یک اتصال pn تشکیل شده است که از یک نیمه هادی نوع p و یک نیمه هادی نوع n تشکیل شده است که شامل یک لایه فعال است که نور ساطع می کند و پوششی که نور را منعکس می کند.

لایه متالیزاسیون: لایه متالیزاسیون برای اتصال تراشه لیزر و سایر اجزا استفاده می شود. معمولاً به یک شبکه عایق تقسیم می شود و کاتد و آند روی این لایه طراحی می شود.

بستر نصب: بستر نصب برای تثبیت و پشتیبانی تراشه لیزر و ایجاد اتلاف گرما استفاده می شود. در برخی موارد، از بستر نصب نیز برای جداسازی هیت سینک استفاده می شود.

مسیر اتلاف گرما: به منظور اطمینان از گرم نشدن بیش از حد دیود لیزر در حین کار، معمولاً طراحی مسیر اتلاف گرما وجود دارد. مسیر اتلاف گرما بسته به طراحی بسته بندی می تواند عمودی یا افقی باشد

اثر لبخند پرتو لیزر به این واقعیت اشاره دارد که در یک آرایه لیزر نیمه هادی (LDA)، به دلیل تنش حرارتی وارد شده در فرآیند بسته بندی، تراشه لیزری خمش ساطع کننده نور در جهت محور سریع ایجاد می کند و باعث ایجاد لکه های نوری در هر یک می شود. واحد ساطع کننده نور در یک خط مستقیم قرار نگیرد. این پدیده به اثر «لبخند» معروف است.

علت
علت اصلی اثر "لبخند" عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی بین تراشه لیزر و مواد بسته بندی مانند هیت سینک زیرلایه در طول فرآیند بسته بندی است که در نتیجه تنش حرارتی ایجاد می شود. این تنش حرارتی زمانی که لیزر کار می کند تشدید می شود و باعث خم شدن تراشه لیزر می شود و بنابراین خطی بودن پرتو را تحت تأثیر قرار می دهد.

نفوذ
اثر "لبخند" تأثیر قابل توجهی بر کیفیت پرتو دارد که عمدتاً در بدتر شدن خطی بودن پرتو و توزیع یکنواخت لکه های نور آشکار می شود. این باعث افزایش سختی تلاقی پرتو، شکل دهی و جفت شدن فیبر می شود و در نتیجه بر عملکرد کلی لیزر تأثیر می گذارد.

مفاهیم و راه حل های عملی
در کاربردهای عملی، اثر "لبخند" بر کیفیت پرتو لیزرهای نیمه هادی پرقدرت تأثیر می گذارد، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به تراز با دقت بالا دارند. به منظور کاهش تأثیر «لبخند»، می‌توان با بهینه‌سازی فرآیند بسته‌بندی، استفاده از موادی با ضریب انبساط حرارتی منطبق‌تر و در نظر گرفتن تأثیر تغییرات دما بر کیفیت پرتو در طراحی، آن را بهبود بخشید.

کاربرد دیودهای لیزر CS (LD) در فناوری چاپ عمدتاً به راندمان بالا، چگالی توان بالا و کنترل دقیق آنها متکی است. دیودهای لیزری از طریق اصل انتشار تحریک شده، لیزر تولید می کنند، که برای پاک کردن یا خشک کردن دقیق مواد در طول فرآیند چاپ استفاده می شود.

اصل کار دیودهای لیزر
ساختار اصلی یک دیود لیزر یک اتصال PN است که از یک نیمه هادی نوع P و یک نیمه هادی نوع N که با ناخالصی های مختلف دوپ شده است، تشکیل شده است. هنگامی که یک بایاس رو به جلو برای اتصال PN اعمال می شود، الکترون ها از ناحیه N به ناحیه P و حفره ها از ناحیه P به ناحیه N حرکت می کنند. این الکترون ها و حفره ها در نزدیکی محل اتصال PN برای تولید فوتون دوباره ترکیب می شوند. به منظور تولید لیزر، تشدید کننده های نوری و تشدید کننده های نوری نیز مورد نیاز است. انتشار تحریک شده به این معنی است که وقتی یک الکترون از سطح انرژی بالاتر به سطح انرژی پایین تر می پرد، یک فوتون آزاد می شود. اگر این فوتون با یک الکترون دیگر در سطح انرژی بالا برهمکنش داشته باشد، باعث می شود که الکترون نیز فوتونی با فرکانس و فاز یکسان آزاد کند و در نتیجه تقویت نور حاصل شود. تشدید کننده نوری از یک بازتابنده برای انعکاس فوتون ها در حفره استفاده می کند و تعداد فوتون ها را بیشتر می کند و در نهایت یک لیزر تشکیل می دهد. ‌

کاربرد دیودهای لیزر در فناوری چاپ
در فناوری چاپ، دیودهای لیزر عمدتاً در چاپ لیزری استفاده می شوند. جزء اصلی یک چاپگر لیزری یک اسکنر لیزری است که سطح یک درام حساس به نور را با پرتو لیزر تولید شده توسط یک دیود لیزر اسکن می کند. هنگامی که پرتو لیزر به درام حساس به نور تابش می کند، مواد رسانای نوری روی درام حساس به نور انرژی لیزر را جذب می کند و یک تصویر نهفته الکترواستاتیک را تشکیل می دهد. پس از آن، تونر بر روی تصویر نهفته الکترواستاتیک جذب می شود تا فرآیند چاپ کامل شود.

میله های دیود لیزری MCC را می توان در پشته دیود لیزری بسته بندی کرد. ‌

میله های دیود لیزری MCC را می توان در پشته دیود لیزری توسط پشته عمودی (V-stack) بسته بندی کرد. لیزرهای نیمه هادی پشته عمودی بر مشکل کیفیت پرتو لیزرهای آرایه افقی غلبه می کنند و کیفیت پرتو آنها با یک پرتو لیزر منطبق است که برای کاربردهایی با الزامات کیفیت پرتو بالا مناسب است. علاوه بر این، با بهبود فناوری بسته‌بندی، می‌توان تعداد میله‌های لیزر در یک لیزر عمودی را از چند به ۷۰ افزایش داد و حداکثر توان خروجی را نیز می‌توان به KW رساند.

ساختار بسته بندی
ساختار بسته بندی میله های دیود لیزر MCC به طور کلی شامل یک کاتد، یک آند، یک ورودی و خروجی مایع خنک کننده است. ورودی مایع خنک‌کننده به آند آرایه لیزر نزدیک است، در حالی که خروجی مایع خنک‌کننده نزدیک به کاتد است. این ساختار میله‌های دیود لیزری MCC را قادر می‌سازد تا به طور موثر گرما را دفع کنند و گرما را هنگامی که در یک آرایه قرار می‌گیرند مدیریت کنند.

سناریوهای کاربردی
پس از بسته بندی در پشته دیود لیزر، میله های دیود لیزر MCC را می توان در انواع سناریوهای تقاضای لیزر پرقدرت مانند پردازش صنعتی، تحقیقات علمی، تجهیزات پزشکی و غیره اعمال کرد. به دلیل توان خروجی بالا و کیفیت پرتو خوب، MCC میله های دیود لیزری پس از بسته بندی می توانند نیازهای بالای تجهیزات لیزر در این زمینه ها را برآورده کنند.

لیزر دیود تک میله ای در میله های دیود لیزری نصب نشده یا در بسته های رسانا یا خنک کننده فعال نصب می شود. بیشتر میله‌های دیود در ناحیه طول موج 755 تا 860 نانومتر یا بین ۹۴۰ نانومتر تا ۹۸۰ نانومتر کار می‌کنند. طول موج های 808 نانومتر (برای پمپاژ لیزرهای نئودیمیم) و 940 نانومتر (برای پمپاژ Yb:YAG) برجسته ترین هستند. طول موج مهم دیگر در حدود 975 تا 980 نانومتر برای پمپاژ لیزرهای فیبر پرقدرت دوپ شده با اربیوم یا دوپ شده با ایتربیوم و تقویت کننده ها است. یک دیود معمولی خنک‌شده غیرفعال بر روی پایه CS ارائه می‌شود، یک بسته استاندارد که با تجهیزات نصب مبتنی بر خنک‌کننده ترموالکتریک (TEC) سازگار است. پایه CS برای عملیات شبه CW (QCW) و CW با توان متوسط ​​مناسب است. برای خنک کردن آب فعال، از سینک های حرارتی میکرو کانالی استفاده می کند. میله های متعددی را می توان در جهت افقی یا عمودی برای افزایش توان خروجی روی هم قرار داد.

لیزر دایود تک میله پرقدرت به طور مستقیم (به عنوان لیزر دایود مستقیم) در پردازش مواد لیزری (به عنوان مثال جوشکاری لیزری و برخی درمان های سطحی) و به عنوان لیزرهای پزشکی (به عنوان مثال برای درمان فوتودینامیک، حذف خالکوبی، جراحی لیزر) استفاده می شود. میله‌های دیود نیز بیشتر برای استفاده نظامی به عنوان سلاح‌های لیزری میدان نبرد توسعه یافته‌اند. برای توان های بسیار بالا (تقریباً بیش از 100 وات)، از پشته های دیود استفاده می شود که چندین میله دیود ضروری هستند که در جهت عمودی روی هم چیده شده اند. یکی دیگر از کاربردهای رایج پمپاژ لیزرهای حالت جامد پرقدرت است - هم لیزرهای حجیم و هم لیزرهای فیبر.

Brandnew Technology، یکی از تولید کنندگان و تامین کنندگان پیشرو لیزر دیود در چین، دارای یک کارخانه حرفه ای است که با کیفیت بالا CS-mount LD، لیزر دیود تک نوار، لیزر دیود CW تولید می کند و با قیمت رقابتی به فروش می رساند. به عمده فروشی محصولات ما ساخته شده در چین خوش آمدید.