| لحام التغليف مجموعات قضبان الليزر الثنائي | AuSn معبأة |
| الطول الموجي المركزي | 1064 نانومتر |
| طاقة الإخراج | ≥55 واط |
| التيار العامل | ≤30 أمبير |
| جهد العمل | ≤24 فولت |
| وضع العمل | CW |
| طول التجويف | 900 ملم |
| مرآة الإخراج | ت = 20% |
| درجة حرارة الماء | 25±3 درجة مئوية |
اشترك في وسائل التواصل الاجتماعي الخاصة بنا للحصول على منشورات سريعة
خلاصة
يتزايد الطلب على وحدات الليزر المضخّة بالديود ذات الموجة المستمرة (CW) بسرعة، كمصدر ضخ أساسي لليزرات الحالة الصلبة. توفر هذه الوحدات مزايا فريدة لتلبية المتطلبات الخاصة بتطبيقات ليزر الحالة الصلبة. يتميز ليزر الحالة الصلبة G2 - مضخة ديود، وهو المنتج الجديد من سلسلة مضخات ديود ذات الموجة المستمرة من LumiSpot Tech، بمجال تطبيق أوسع وقدرات أداء أفضل.
في هذه المقالة، سنُركز على تطبيقات وخصائص ومزايا ليزر الحالة الصلبة بمضخة الصمام الثنائي CW. وفي نهاية المقالة، سأعرض تقرير اختبار مضخة الصمام الثنائي CW من Lumispot Tech ومزاياها الخاصة.
مجال التطبيق
تُستخدم ليزرات أشباه الموصلات عالية القدرة بشكل رئيسي كمصادر ضخ لليزرات الحالة الصلبة. في التطبيقات العملية، يُعد مصدر ضخ ليزر أشباه الموصلات ثنائي الصمامات أساسيًا لتحسين تقنية ليزرات الحالة الصلبة المضخوخة بالثنائي الصمامات.
يستخدم هذا النوع من الليزر ليزرًا شبه موصل ذي خرج ثابت الطول الموجي، بدلًا من مصباح الكريبتون أو الزينون التقليدي، لضخ البلورات. ونتيجةً لذلك، يُطلق على هذا الليزر المُحسّن اسم "النوع الثاني".ndجيل من ليزر المضخة CW (G2-A)، الذي يتميز بالكفاءة العالية، وعمر الخدمة الطويل، وجودة الشعاع الجيدة، والاستقرار الجيد، والاكتناز والتصغير.
قدرة ضخ عالية الطاقة
يوفر مصدر مضخة ثنائي الموجة المستمر (CW) دفعة قوية من معدل الطاقة الضوئية، مما يضخّ بفعالية وسط الكسب في ليزر الحالة الصلبة، لتحقيق أفضل أداء له. كما أن قدرته القصوى العالية نسبيًا (أو متوسط قدرته) تتيح مجموعة أوسع من التطبيقات فيالصناعة والطب والعلوم.
شعاع ممتاز واستقرار
تتميز وحدة ليزر ضخ أشباه الموصلات CW بجودة شعاع ضوئي متميزة، مع استقرار تلقائي، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق خرج ليزر دقيق وقابل للتحكم. صُممت الوحدات لإنتاج شعاع ضوئي واضح المعالم ومستقر، مما يضمن ضخًا موثوقًا ومتسقًا لليزر الحالة الصلبة. تلبي هذه الميزة تمامًا متطلبات تطبيقات الليزر في معالجة المواد الصناعية. القطع بالليزر، والبحث والتطوير.
تشغيل الموجة المستمرة
يجمع وضع العمل CW بين مزايا ليزر الطول الموجي المستمر والليزر النبضي. الفرق الرئيسي بينهما هو قوة خرج الليزر.CW يتميز الليزر، المعروف أيضًا باسم ليزر الموجة المستمرة، بوضع عمل مستقر والقدرة على إرسال موجة مستمرة.
تصميم مضغوط وموثوق
يمكن دمج CW DPL بسهولة في النظام الحاليليزر الحالة الصلبةبفضل تصميمها وبنيتها المدمجة، تضمن بنيتها المتينة ومكوناتها عالية الجودة موثوقية طويلة الأمد، مما يقلل من وقت التوقف وتكاليف الصيانة، وهو أمر بالغ الأهمية في التصنيع الصناعي والإجراءات الطبية.
الطلب في السوق على سلسلة DPL - فرص السوق المتنامية
مع تزايد الطلب على ليزرات الحالة الصلبة في مختلف الصناعات، تزداد الحاجة إلى مصادر ضخ عالية الأداء، مثل وحدات الليزر المضخوخة بالديودات ذات الموجات المستمرة. تعتمد قطاعات مثل التصنيع والرعاية الصحية والدفاع والبحث العلمي على ليزرات الحالة الصلبة في التطبيقات الدقيقة.
باختصار، بصفتها مصدر ضخّ ثنائيّ لليزر الحالة الصلبة، فإنّ خصائص هذه المنتجات، بما في ذلك قدرة ضخّ عالية الطاقة، ووضع تشغيل مستمرّ، وجودة شعاع ممتازة واستقرار، وتصميم هيكليّ مدمج، تزيد من الطلب السوقيّ على وحدات الليزر هذه. وبصفتها المورّد، تبذل شركة Lumispot Tech جهودًا كبيرة لتحسين الأداء والتقنيات المستخدمة في سلسلة DPL.
مجموعة منتجات G2-A DPL من Lumispot Tech
تحتوي كل مجموعة من المنتجات على ثلاث مجموعات من وحدات المصفوفة الأفقية المكدسة، حيث تتمتع كل مجموعة من وحدات المصفوفة الأفقية المكدسة بقوة ضخ تبلغ حوالي 100 وات عند 25 أمبير، وقوة ضخ إجمالية تبلغ 300 وات عند 25 أمبير.
تظهر أدناه بقعة فلورسنت مضخة G2-A:
البيانات الفنية الرئيسية لليزر الحالة الصلبة لمضخة الصمام الثنائي G2-A:
قوتنا في التكنولوجيا
1. تقنية إدارة الحرارة العابرة
تُستخدم ليزرات الحالة الصلبة المضخوخة بأشباه الموصلات على نطاق واسع في تطبيقات الموجات شبه المستمرة (CW) ذات ذروة خرج طاقة عالية، وتطبيقات الموجات المستمرة (CW) ذات متوسط خرج طاقة مرتفع. في هذه الليزرات، يؤثر ارتفاع المشتت الحراري والمسافة بين الرقاقات (أي سُمك الطبقة السفلية والرقاقة) بشكل كبير على قدرة المنتج على تبديد الحرارة. تُحسّن المسافة الأكبر بين الرقاقات تبديد الحرارة، لكنها تزيد من حجم المنتج. على العكس، إذا قلّت المسافة بين الرقاقات، سينخفض حجم المنتج، لكن قدرة المنتج على تبديد الحرارة قد تكون غير كافية. يُعدّ استخدام أصغر حجم لتصميم ليزر حالة صلبة مضخوخ بأشباه الموصلات يلبي متطلبات تبديد الحرارة مهمةً صعبةً في التصميم.
رسم بياني لمحاكاة الحالة الحرارية المستقرة
تطبق شركة Lumispot Tech طريقة العناصر المحدودة لمحاكاة وحساب مجال درجة حرارة الجهاز. ويُستخدم مزيج من محاكاة الحالة المستقرة لانتقال الحرارة في الحالة الصلبة ومحاكاة درجة حرارة السائل في هذه المحاكاة. في ظروف التشغيل المستمر، كما هو موضح في الشكل أدناه، يُقترح أن يتمتع المنتج بأفضل تباعد وترتيب للرقائق في ظل ظروف محاكاة الحالة المستقرة لانتقال الحرارة في الحالة الصلبة. في ظل هذه التباعد والهيكل، يتميز المنتج بقدرة جيدة على تبديد الحرارة، وانخفاض درجة حرارة الذروة، وخصائصه الأكثر إحكامًا.
2.لحام AuSnعملية التغليف
تستخدم شركة Lumispot Tech تقنية تغليف تستخدم لحام AnSn بدلاً من لحام الإنديوم التقليدي لمعالجة مشاكل التعب الحراري، والهجرة الكهربائية، والهجرة الكهربائية الحرارية الناتجة عن لحام الإنديوم. ومن خلال استخدام لحام AuSn، تهدف شركتنا إلى تعزيز موثوقية المنتج وطول عمره الافتراضي. ويتم هذا الاستبدال مع ضمان تباعد ثابت بين قضبان اللحام، مما يُسهم في تحسين موثوقية المنتج وعمره الافتراضي.
في تقنية تغليف ليزر الحالة الصلبة المضخوخ بأشباه الموصلات عالي القدرة، اعتمد العديد من المصنّعين الدوليين معدن الإنديوم (In) كمادة لحام نظرًا لمزاياه المتمثلة في انخفاض درجة انصهاره، وانخفاض إجهاد اللحام، وسهولة تشغيله، وقدرته الجيدة على التشوه البلاستيكي والتسرب. ومع ذلك، في ليزرات الحالة الصلبة المضخوخة بأشباه الموصلات، وفي ظل ظروف التشغيل المستمر، يُسبب الإجهاد المتناوب إجهادًا لطبقة لحام الإنديوم، مما يؤدي إلى فشل المنتج. ويتضح معدل فشل لحام الإنديوم بشكل كبير، لا سيما في درجات الحرارة العالية والمنخفضة وعرض النبضات الطويل.
مقارنة اختبارات العمر المتسارع لليزر مع حزم اللحام المختلفة
بعد 600 ساعة من الشيخوخة، تفشل جميع المنتجات المغلفة بلحام الإنديوم؛ في حين تعمل المنتجات المغلفة بالقصدير الذهبي لأكثر من 2000 ساعة دون أي تغيير تقريبًا في الطاقة؛ مما يعكس مزايا تغليف AuSn.
لتحسين موثوقية ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة مع الحفاظ على اتساق مؤشرات الأداء المختلفة، اعتمدت شركة Lumispot Tech اللحام الصلب (AuSn) كنوع جديد من مواد التغليف. يُعد استخدام مادة ركيزة مطابقة لمعامل التمدد الحراري (CTE-Matched Submount)، والتخفيف الفعال للإجهاد الحراري، حلاً مثاليًا للمشاكل التقنية التي قد تواجهها أثناء تحضير اللحام الصلب. يُعدّ التمعدن السطحي شرطًا أساسيًا لحام مادة الركيزة (الركيزة الفرعية) بشريحة أشباه الموصلات. ويتمثل التمعدن السطحي في تكوين طبقة حاجز انتشار وطبقة تسلل لحام على سطح مادة الركيزة.
رسم تخطيطي لآلية الهجرة الكهربائية لليزر المغلف بلحام الإنديوم
لتحسين موثوقية ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة مع الحفاظ على اتساق مؤشرات الأداء المختلفة، اعتمدت شركة Lumispot Tech اللحام الصلب (AuSn) كنوع جديد من مواد التغليف. يُعد استخدام مادة ركيزة مطابقة لمعامل التمدد الحراري (CTE-Matched Submount)، والتخفيف الفعال للإجهاد الحراري، حلاً مثاليًا للمشاكل التقنية التي قد تواجهها أثناء تحضير اللحام الصلب. يُعدّ التمعدن السطحي شرطًا أساسيًا لحام مادة الركيزة (الركيزة الفرعية) بشريحة أشباه الموصلات. ويتمثل التمعدن السطحي في تكوين طبقة حاجز انتشار وطبقة تسلل لحام على سطح مادة الركيزة.
الغرض منه هو منع انتشار اللحام إلى مادة الركيزة من جهة، وتعزيز اللحام بقدرة لحام مادة الركيزة من جهة أخرى، ومنع طبقة اللحام من التجويف. كما يمكن لمعدنة السطح أن تمنع أكسدة سطح مادة الركيزة وتسرب الرطوبة، وتقلل من مقاومة التلامس في عملية اللحام، وبالتالي تحسين قوة اللحام وموثوقية المنتج. إن استخدام لحام AuSn الصلب كمادة لحام في ليزرات الحالة الصلبة المضخوخة لأشباه الموصلات يمكن أن يتجنب بفعالية إجهاد الإنديوم، والأكسدة، والهجرة الكهروحرارية، وغيرها من العيوب، مما يحسن بشكل كبير من موثوقية ليزرات أشباه الموصلات، بالإضافة إلى إطالة عمر الليزر. يمكن أن يتغلب استخدام تقنية تغليف الذهب والقصدير على مشاكل الهجرة الكهروحرارية والهجرة الكهروحرارية للحام الإنديوم.
الحل من Lumispot Tech
في الليزرات المستمرة أو النبضية، تؤدي الحرارة الناتجة عن امتصاص وسط الليزر لإشعاع المضخة وتبريده الخارجي إلى توزيع غير متساوٍ للحرارة داخله، مما يؤدي إلى تدرجات في درجات الحرارة، مما يُسبب تغيرات في معامل انكسار الوسط، ومن ثم يُنتج تأثيرات حرارية مختلفة. يؤدي الترسيب الحراري داخل وسط الكسب إلى تأثير العدسة الحرارية وتأثير الانكسار المزدوج المُستحث حراريًا، مما يُسبب خسائر معينة في نظام الليزر، مما يؤثر على استقرار الليزر في التجويف وجودة شعاع الخرج. في نظام الليزر المُستمر، يتغير الإجهاد الحراري في وسط الكسب بزيادة طاقة المضخة. تؤثر التأثيرات الحرارية المختلفة في النظام بشكل كبير على نظام الليزر بأكمله، مما يؤدي إلى تحسين جودة الشعاع وزيادة طاقة الخرج، وهي إحدى المشكلات التي يجب حلها. لقد سعى العلماء جاهدين منذ فترة طويلة إلى تثبيط وتخفيف التأثير الحراري للبلورات أثناء عملية العمل، وقد أصبح هذا أحد أهم مجالات البحث الحالية.
ليزر Nd:YAG مع تجويف عدسة حرارية
في مشروع تطوير ليزر Nd:YAG عالي الطاقة المضخوخ بتقنية LD، تم حل مشكلة ليزر Nd:YAG مع تجويف العدسة الحرارية، بحيث يمكن للوحدة الحصول على طاقة عالية مع الحصول على جودة شعاع عالية.
في مشروع لتطوير ليزر Nd:YAG عالي الطاقة باستخدام LD، قامت شركة Lumispot Tech بتطوير وحدة G2-A، والتي تحل بشكل كبير مشكلة الطاقة المنخفضة بسبب التجاويف التي تحتوي على عدسات حرارية، مما يسمح للوحدة بالحصول على طاقة عالية مع جودة شعاع عالية.
وقت النشر: ٢٤ يوليو ٢٠٢٣