| لحام التغليف مجموعات قضبان ليزر الديود | معبأة في أستراليا |
| الطول الموجي المركزي | 1064 نانومتر |
| طاقة الخرج | ≥55 واط |
| التيار العامل | ≤30 أمبير |
| جهد التشغيل | ≤24 فولت |
| وضع التشغيل | CW |
| طول التجويف | 900 مم |
| مرآة الإخراج | T = 20% |
| درجة حرارة الماء | 25±3 درجة مئوية |
اشترك في حساباتنا على مواقع التواصل الاجتماعي لتصلك منشوراتنا فور نشرها.
خلاصة
يتزايد الطلب على وحدات الليزر ذات الضخ الثنائي المستمر (CW) بسرعة باعتبارها مصدر ضخ أساسيًا لليزر الحالة الصلبة. توفر هذه الوحدات مزايا فريدة لتلبية المتطلبات الخاصة بتطبيقات ليزر الحالة الصلبة. يتميز ليزر الحالة الصلبة G2 - A ذو الضخ الثنائي، وهو المنتج الجديد من سلسلة مضخات الضخ الثنائي المستمر من LumiSpot Tech، بنطاق استخدام أوسع وقدرات أداء أفضل.
سنتناول في هذه المقالة تطبيقات وميزات ومزايا ليزر الحالة الصلبة ذي المضخة الثنائية المستمرة. وفي نهاية المقالة، سأعرض تقرير اختبار ليزر الحالة الصلبة ذي المضخة الثنائية المستمرة من شركة لوميسبوت تك، بالإضافة إلى مزاياه الخاصة.
مجال التطبيق
تُستخدم ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة بشكل أساسي كمصادر ضخ لليزر الحالة الصلبة. وفي التطبيقات العملية، يُعد مصدر ضخ ليزر أشباه الموصلات ثنائي الصمام عنصرًا أساسيًا لتحسين تقنية ليزر الحالة الصلبة المضخّم بواسطة ليزر ثنائي الصمام.
يستخدم هذا النوع من الليزر ليزرًا شبه موصل ذو طول موجي ثابت بدلاً من مصباح الكريبتون أو الزينون التقليدي لضخ البلورات. ونتيجة لذلك، يُطلق على هذا الليزر المُطوَّر اسم 2ndجيل ليزر الضخ المستمر (G2-A)، والذي يتميز بالكفاءة العالية، وعمر الخدمة الطويل، وجودة الشعاع الجيدة، والاستقرار الجيد، والصغر، والصغر.
قدرة ضخ عالية الطاقة
يوفر مصدر ضخ الصمام الثنائي ذو الموجة المستمرة دفقة مكثفة من الطاقة الضوئية، مما يؤدي إلى ضخ وسط التضخيم في ليزر الحالة الصلبة بكفاءة عالية، لتحقيق أفضل أداء ممكن لهذا الليزر. كما أن قدرته الذروية العالية نسبيًا (أو قدرته المتوسطة) تتيح نطاقًا أوسع من التطبيقات فيالصناعة والطب والعلوم.
شعاع ممتاز وثبات
تتميز وحدة ليزر الضخ شبه الموصلة ذات الموجة المستمرة بجودة شعاع ضوئي فائقة، مع استقرار تلقائي، وهو أمر بالغ الأهمية لتحقيق إخراج ضوئي ليزري دقيق وقابل للتحكم. صُممت هذه الوحدات لإنتاج شعاع ضوئي محدد جيدًا ومستقر، مما يضمن ضخًا موثوقًا ومتسقًا لليزر الحالة الصلبة. تلبي هذه الميزة تمامًا متطلبات تطبيقات الليزر في معالجة المواد الصناعية. القطع بالليزروالبحث والتطوير.
التشغيل بالموجة المستمرة
يجمع نمط التشغيل المستمر بين مزايا الليزر ذي الطول الموجي المستمر والليزر النبضي. ويكمن الفرق الرئيسي بينهما في القدرة الناتجة.CW يتميز الليزر، المعروف أيضًا باسم ليزر الموجة المستمرة، بخصائص وضع التشغيل المستقر والقدرة على إرسال موجة مستمرة.
تصميم صغير الحجم وموثوق
يمكن دمج CW DPL بسهولة في النظام الحاليليزر الحالة الصلبةوذلك تبعاً للتصميم والهيكل المدمجين. يضمن هيكلها المتين ومكوناتها عالية الجودة موثوقية طويلة الأمد، مما يقلل من وقت التوقف وتكاليف الصيانة، وهو أمر بالغ الأهمية في التصنيع الصناعي والإجراءات الطبية.
الطلب السوقي على سلسلة DPL - فرص سوقية متنامية
مع استمرار تزايد الطلب على ليزرات الحالة الصلبة في مختلف الصناعات، تتزايد الحاجة إلى مصادر ضخ عالية الأداء، مثل وحدات الليزر ذات الضخ الثنائي المستمر. وتعتمد صناعات مثل التصنيع والرعاية الصحية والدفاع والبحث العلمي على ليزرات الحالة الصلبة لتطبيقات دقيقة.
باختصار، تُعدّ هذه المنتجات، كمصدر ضخ ثنائي لليزر الحالة الصلبة، ذات خصائص مميزة تشمل قدرة ضخ عالية، ونمط تشغيل مستمر، وجودة شعاع ممتازة واستقرار عالٍ، وتصميم هيكلي مدمج، مما يزيد من الطلب عليها في السوق. كما تبذل شركة Lumispot Tech، بصفتها المورد، جهودًا حثيثة لتحسين الأداء والتقنيات المستخدمة في سلسلة DPL.
مجموعة منتجات G2-A DPL من لوميسبوت تك
تحتوي كل مجموعة من المنتجات على ثلاث مجموعات من وحدات المصفوفة المكدسة أفقيًا، وتبلغ قدرة ضخ كل مجموعة من وحدات المصفوفة المكدسة أفقيًا حوالي 100 واط عند 25 أمبير، وإجمالي قدرة ضخ تبلغ 300 واط عند 25 أمبير.
تظهر أدناه بقعة التألق لمضخة G2-A:
البيانات الفنية الرئيسية لليزر الحالة الصلبة G2-A ذي مضخة الصمام الثنائي:
قوتنا في التقنيات
1. تقنية إدارة الحرارة العابرة
تُستخدم ليزرات الحالة الصلبة المضخّمة بأشباه الموصلات على نطاق واسع في تطبيقات الموجة شبه المستمرة (CW) ذات القدرة الذروية العالية، وفي تطبيقات الموجة المستمرة (CW) ذات القدرة المتوسطة العالية. في هذه الليزرات، يؤثر ارتفاع المشتت الحراري والمسافة بين الرقائق (أي سُمك الركيزة والرقاقة) بشكل كبير على قدرة المنتج على تبديد الحرارة. تؤدي زيادة المسافة بين الرقائق إلى تحسين تبديد الحرارة، ولكنها تزيد من حجم المنتج. في المقابل، إذا تم تقليل المسافة بين الرقائق، سيقل حجم المنتج، ولكن قد لا تكون قدرة المنتج على تبديد الحرارة كافية. يُعدّ تصميم ليزر الحالة الصلبة المضخّم بأشباه الموصلات الأمثل، والذي يلبي متطلبات تبديد الحرارة، باستخدام أصغر حجم ممكن، مهمة صعبة في مجال التصميم.
رسم بياني لمحاكاة الحالة الحرارية المستقرة
تستخدم شركة Lumispot Tech طريقة العناصر المحدودة لمحاكاة وحساب المجال الحراري للجهاز. ويتم استخدام مزيج من محاكاة الحالة المستقرة لانتقال الحرارة في الحالة الصلبة ومحاكاة درجة حرارة السائل لإجراء المحاكاة الحرارية. في ظروف التشغيل المستمر، كما هو موضح في الشكل أدناه، يُقترح أن يتمتع المنتج بتباعد وترتيب مثاليين للرقائق في ظل ظروف محاكاة الحالة المستقرة لانتقال الحرارة في الحالة الصلبة. في ظل هذا التباعد والهيكل، يتمتع المنتج بقدرة جيدة على تبديد الحرارة، ودرجة حرارة قصوى منخفضة، وخصائص مضغوطة للغاية.
2.لحام AuSnعملية التغليف
تستخدم شركة لوميسبوت تك تقنية تغليف تعتمد على لحام الذهب والقصدير (AuSn) بدلاً من لحام الإنديوم التقليدي، وذلك لمعالجة مشاكل الإجهاد الحراري والهجرة الكهربائية والهجرة الحرارية الكهربائية الناتجة عن لحام الإنديوم. وباستخدام لحام الذهب والقصدير، تهدف شركتنا إلى تعزيز موثوقية المنتج وإطالة عمره. ويتم هذا الاستبدال مع ضمان ثبات المسافة بين قضبان اللحام، مما يُسهم بشكل أكبر في تحسين موثوقية المنتج وعمره الافتراضي.
في تقنية تغليف ليزر الحالة الصلبة عالي الطاقة المضخّم بأشباه الموصلات، اعتمد العديد من المصنّعين العالميين معدن الإنديوم (In) كمادة لحام نظرًا لمزاياه المتمثلة في انخفاض درجة انصهاره، وانخفاض إجهاد اللحام، وسهولة التشغيل، وقابليته الجيدة للتشكيل اللدن والتغلغل. مع ذلك، في ليزر الحالة الصلبة المضخّم بأشباه الموصلات الذي يعمل بشكل مستمر، يتسبب الإجهاد المتناوب في إجهاد طبقة لحام الإنديوم، مما يؤدي إلى تلف المنتج. ويكون معدل فشل لحام الإنديوم واضحًا جدًا، خاصةً في درجات الحرارة المرتفعة والمنخفضة، ومع فترات النبض الطويلة.
مقارنة اختبارات العمر المتسارع لأجهزة الليزر ذات أغلفة اللحام المختلفة
بعد 600 ساعة من التقادم، فشلت جميع المنتجات المغلفة بلحام الإنديوم؛ بينما عملت المنتجات المغلفة بالذهب والقصدير لأكثر من 2000 ساعة دون أي تغيير تقريبًا في الطاقة؛ مما يعكس مزايا التغليف بالذهب والقصدير.
لتحسين موثوقية ليزرات أشباه الموصلات عالية الطاقة مع الحفاظ على اتساق مؤشرات الأداء المختلفة، تعتمد شركة لوميسبوت تك اللحام الصلب (AuSn) كنوع جديد من مواد التغليف. ويُعدّ استخدام مادة الركيزة المتوافقة مع معامل التمدد الحراري (CTE-Matched Submount) حلاً فعالاً للمشاكل التقنية التي قد تُصادف أثناء تحضير اللحام الصلب، حيث يُسهم في تخفيف الإجهاد الحراري. ويُشترط لضمان لحام مادة الركيزة (الطبقة الفرعية) بشريحة أشباه الموصلات وجود طبقة معدنية سطحية. وتتمثل هذه الطبقة في تكوين حاجز انتشار وطبقة تغلغل اللحام 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، تعتمد شركة لوميسبوت تك اللحام الصلب (AuSn) كنوع جديد من مواد التغليف. ويُعدّ استخدام مادة الركيزة المتوافقة مع معامل التمدد الحراري (CTE-Matched Submount) حلاً فعالاً للمشاكل التقنية التي قد تُصادف أثناء تحضير اللحام الصلب، حيث يُسهم في تخفيف الإجهاد الحراري. ويُشترط لضمان لحام مادة الركيزة (الطبقة الفرعية) بشريحة أشباه الموصلات وجود طبقة معدنية سطحية. وتتمثل هذه الطبقة في تكوين حاجز انتشار وطبقة تغلغل اللحام على سطح مادة الركيزة.
يهدف هذا الإجراء، من جهة، إلى منع انتشار اللحام إلى مادة الركيزة، ومن جهة أخرى، إلى تعزيز قدرة اللحام على الالتحام بمادة الركيزة، ومنع تكوّن طبقة اللحام في التجويف. كما يمنع التمعدن السطحي أكسدة سطح مادة الركيزة وتغلغل الرطوبة، ويقلل مقاومة التلامس أثناء عملية اللحام، وبالتالي يحسن قوة اللحام وموثوقية المنتج. إن استخدام لحام AuSn الصلب كمادة لحام لأشعة الليزر الصلبة المضخّة بأشباه الموصلات يتجنب بشكل فعال إجهاد الإنديوم، والأكسدة، والهجرة الكهروحرارية، وغيرها من العيوب، مما يحسن بشكل كبير موثوقية أشعة الليزر وأعمارها. كما أن استخدام تقنية التغليف بالذهب والقصدير يتغلب على مشكلات الهجرة الكهربائية والهجرة الكهروحرارية للحام الإنديوم.
حل من شركة لوميسبوت تك
في الليزر المستمر أو النبضي، تؤدي الحرارة المتولدة عن امتصاص إشعاع الضخ بواسطة وسط الليزر والتبريد الخارجي لهذا الوسط إلى توزيع غير متجانس لدرجة الحرارة داخله، مما ينتج عنه تدرجات حرارية تُسبب تغيرات في معامل انكسار الوسط، وبالتالي تأثيرات حرارية متنوعة. يؤدي الترسيب الحراري داخل وسط التضخيم إلى تأثير العدسة الحرارية وتأثير الانكسار المزدوج المُستحث حراريًا، مما يُسبب خسائر معينة في نظام الليزر، ويؤثر على استقرار الليزر داخل التجويف وجودة شعاع الخرج. في نظام الليزر الذي يعمل باستمرار، يتغير الإجهاد الحراري في وسط التضخيم مع زيادة قدرة الضخ. تؤثر التأثيرات الحرارية المختلفة في النظام بشكل كبير على نظام الليزر ككل، مما يجعل الحصول على جودة شعاع أفضل وقدرة خرج أعلى أحد التحديات التي يجب حلها. لطالما شغل العلماء كيفية كبح وتخفيف التأثير الحراري للبلورات أثناء التشغيل، وقد أصبح هذا أحد أبرز مجالات البحث الحالية.
ليزر Nd:YAG مع تجويف عدسة حرارية
في مشروع تطوير ليزرات Nd:YAG عالية الطاقة التي يتم ضخها بواسطة ليزر ثنائي، تم حل مشكلة ليزرات Nd:YAG ذات تجويف العدسة الحرارية، بحيث يمكن للوحدة الحصول على طاقة عالية مع الحصول على جودة شعاع عالية.
في مشروع لتطوير ليزر Nd:YAG عالي الطاقة يتم ضخه بواسطة ليزر ثنائي، قامت شركة Lumispot Tech بتطوير وحدة G2-A، والتي تحل بشكل كبير مشكلة انخفاض الطاقة بسبب تجاويف العدسات الحرارية، مما يسمح للوحدة بالحصول على طاقة عالية مع جودة شعاع عالية.
تاريخ النشر: 24 يوليو 2023