Diodelaser met enkele staven

Koelmechanisme
‌Waterkoeling‌: Laserwaterkoeling is bedoeld om warmte af te voeren via watercirculatie. Het water wordt binnen en buiten de laser gecirculeerd om warmte aan het water over te dragen, en vervolgens gerecycled na dissipatie in de radiator. Waterkoeling heeft een hoge thermische geleidbaarheid en een hoog warmteoverdrachtsvermogen, en kan warmte sneller naar buiten overbrengen, waardoor een efficiënte en stabiele werking van de laser wordt gegarandeerd en het uitvalpercentage wordt verminderd.

‌Geleidingskoeling‌: Geleidingskoeling verwijst meestal naar het gebruik van de thermische geleidbaarheidseigenschappen van materialen zoals metalen om warmte af te voeren. Deze koelmethode is afhankelijk van de thermische geleidbaarheidsefficiëntie van het materiaal en wordt meestal gebruikt voor kleine apparaten of lokale warmteafvoer‌.

Toepasselijke scenario's
‌Waterkoeling‌: Geschikt voor scenario's die langdurig continu gebruik vereisen en stabiliteit garanderen. Waterkoeling kan een beter warmteafvoereffect bieden en het uitvalpercentage verminderen. Het is geschikt voor lasers met hoog vermogen of toepassingen die een hoge stabiliteit vereisen.
‌Geleidingskoeling‌: Geschikt voor kleine apparaten of lokale warmteafvoerbehoeften. Omdat geleidingskoeling afhankelijk is van de thermische geleidbaarheidsefficiëntie van het materiaal, is het warmtedissipatie-effect ervan relatief beperkt en is het geschikt voor apparaten met een laag vermogen of lage warmtedissipatie-eisen.

Onderhoudskosten en moeilijkheidsgraad
Waterkoeling: vereist regelmatige vervanging van kalkfilters en toevoeging van koelvloeistof, wat hoge onderhoudskosten met zich meebrengt.
Geleidingskoeling: relatief eenvoudig onderhoud, waarbij slechts regelmatige reiniging van de warmtedissipatiecomponenten vereist is, en lage onderhoudskosten.

CW-werkmodus
De CW-werkmodus betekent dat de laser continu werkt en dat de energie van de uitgangsstraal constant en ononderbroken blijft. Deze werkmodus is geschikt voor toepassingen die stabiele laserenergie vereisen, zoals glasvezelcommunicatie en materiaalverwerking. Het uitgangsvermogen van CW-lasers is relatief laag, maar kan stabiel blijven, wat geschikt is voor scenario's waarin een continue uitvoer van laserenergie vereist is. ‌

QCW-werkmodus
De QCW-werkmodus betekent dat de laser werkt in de vorm van pulsen, de duur (breedte) van elke puls is beperkt en er is een bepaald interval tussen de pulsen. QCW-lasers zenden gewoonlijk herhaaldelijk pulsen uit met een hoge frequentie, en de pulsbreedte kan indien nodig worden gemoduleerd om het uitgangsvermogen en de pulsenergie van de laser te regelen. Deze bedrijfsmodus is geschikt voor toepassingsscenario's met hoge eisen aan tijdresolutie, zoals radarsystemen en medische apparatuur. De hoogenergetische korte pulsen van QCW-lasers kunnen nauwkeurige meet- en behandelingseffecten opleveren. ‌

Specifieke toepassingsscenario's
‌CW-werkmodus‌: Geschikt voor toepassingen die stabiele laserenergie vereisen, zoals glasvezelcommunicatie en materiaalverwerking. In deze toepassingen kunnen CW-lasers een stabiel uitgangsvermogen leveren om te voldoen aan de continue behoeften van signaaloverdracht of materiaalverwerking.
‌QCW-werkmodus‌: Geschikt voor toepassingen met hoge eisen aan tijdresolutie, zoals radarsystemen en medische apparatuur. De hoogenergetische korte pulsen van QCW-lasers kunnen nauwkeurige meet- en behandelingseffecten opleveren.

De belangrijkste functies van de CS-laserbalk met FAC-lens zijn onder meer het focusseren van het licht, het verbeteren van de gerichtheid van de straal en het verkleinen van de divergentiehoek van de straal. ‌

Het licht dat door een laserbalk wordt uitgezonden, is zelf al laserlicht, maar omdat het meestal elliptisch of comavormig is wanneer het uit de resonator komt, is er een lens nodig om het te focusseren. De functie van de lens is om deze stralen in een lichtpunt te focusseren, waardoor de richtingsgevoeligheid van de straal wordt verbeterd en de divergentiehoek van de straal wordt verkleind.

Focus licht
De lens kan het door de laserdiode uitgezonden licht effectief focusseren om een ​​lichtvlek te vormen. Dit focusseringseffect kan de projectieafstand en helderheid van licht aanzienlijk vergroten, waardoor de toepassing van laserdiodes efficiënter en praktischer wordt.

Verbeter de gerichtheid van de straal
Door door de lens te focussen, kan de door de laserdiode uitgezonden straal geconcentreerder en gerichter zijn. Dit betekent dat de straal zich nauwkeuriger in een specifieke richting kan voortplanten, waardoor de verstrooiing en diffusie van de straal wordt verminderd en de transmissie-efficiëntie van de straal wordt verbeterd.

Verklein de straaldivergentiehoek
Het gebruik van lenzen kan de divergentiehoek van de door de laserdiode uitgezonden straal aanzienlijk verkleinen. De kleinere divergentiehoek betekent dat de straal tijdens de voortplanting een kleinere spreiding kan behouden, waardoor de collimatie en stabiliteit van de straal worden verbeterd.

Het ‘laser beam smile-effect’ verwijst naar het feit dat in een halfgeleiderlaserarray (LDA), als gevolg van de thermische spanning die tijdens het verpakkingsproces wordt geïntroduceerd, de laserchip een lichtuitstralende buiging in de snelle asrichting produceert, waardoor de lichtvlekken van elk lichtgevende eenheid mag niet in een rechte lijn staan. Dit fenomeen staat bekend als het ‘smile’-effect‌.

Oorzaak
De belangrijkste oorzaak van het "smile"-effect is de discrepantie in de thermische uitzettingscoëfficiënt tussen de laserchip en verpakkingsmaterialen zoals het koellichaam van het substraat tijdens het verpakkingsproces, resulterend in thermische spanning. Deze thermische spanning wordt verder verergerd wanneer de laser werkt, waardoor de laserchip gaat buigen, waardoor de lineariteit van de straal wordt beïnvloed.

Invloed
Het "smile"-effect heeft een aanzienlijke invloed op de straalkwaliteit, wat zich vooral manifesteert in de verslechtering van de lineariteit van de straal en de uniforme verdeling van lichtvlekken. Dit zal de moeilijkheid van bundelcollimatie, vormgeving en vezelkoppeling vergroten, waardoor de algehele prestaties van de laser worden beïnvloed.

Praktische implicaties en oplossingen
In praktische toepassingen zal het "smile"-effect de straalkwaliteit van krachtige halfgeleiderlasers beïnvloeden, vooral in toepassingen die een uiterst nauwkeurige uitlijning vereisen. Om de impact van het "smile"-effect te verminderen, kan dit worden verbeterd door het verpakkingsproces te optimaliseren, materialen te gebruiken met een meer passende thermische uitzettingscoëfficiënt, en door in het ontwerp rekening te houden met de impact van temperatuurveranderingen op de kwaliteit van de balken.

MCC-laserdiodestaven kunnen worden verpakt in een laserdiodestapel. ‌

MCC-laserdiodestaven kunnen via een verticale stapel (V-stapel) in een laserdiodestapel worden verpakt. Halfgeleiderlasers met verticale stapeling overwinnen het straalkwaliteitsprobleem van horizontale array-lasers, en hun straalkwaliteit is consistent met die van een enkele laserstraal, die geschikt is voor toepassingen met hoge straalkwaliteitseisen. Bovendien kan met de verbetering van de verpakkingstechnologie het aantal laserstaven in een verticaal gestapelde laser worden verhoogd van enkele naar 70, en kan het maximale uitgangsvermogen ook KW bereiken.

Verpakkingsstructuur
De verpakkingsstructuur van MCC-laserdiodestaven omvat doorgaans een kathode, een anode, een koelmiddelinlaat en -uitlaat. De koelmiddelinlaat van het koelmiddel bevindt zich dicht bij de anode van de laserarray, terwijl de koelmiddeluitlaat zich dicht bij de kathode bevindt. Dankzij deze structuur kunnen MCC-laserdiodestaven effectief warmte afvoeren en warmte beheren wanneer ze in een array worden gestapeld.

Toepassingsscenario's
Na verpakking in een laserdiodestapel kunnen MCC-laserdiodestaven worden toegepast op een verscheidenheid aan laservraagscenario's met hoog vermogen, zoals industriële verwerking, wetenschappelijk onderzoek, medische apparatuur, enz. Vanwege hun hoge uitgangsvermogen en goede straalkwaliteit, kan MCC laserdiodestaven kunnen na verpakking voldoen aan de hoge eisen die aan laserapparatuur op deze gebieden worden gesteld.