Laser Diode đơn thanh

Cơ chế làm mát
‌Làm mát bằng nước‌: Làm mát bằng nước bằng laser là tản nhiệt thông qua sự tuần hoàn của nước. Nước được tuần hoàn bên trong và bên ngoài tia laser để truyền nhiệt vào nước, sau đó được tái chế sau khi tiêu tán trong bộ tản nhiệt. Làm mát bằng nước có khả năng dẫn nhiệt và truyền nhiệt cao, đồng thời có thể truyền nhiệt ra bên ngoài nhanh hơn, từ đó đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định của tia laser cũng như giảm tỷ lệ hỏng hóc‌.

‌Làm mát dẫn truyền‌: Làm mát dẫn nhiệt thường đề cập đến việc sử dụng các đặc tính dẫn nhiệt của vật liệu như kim loại để tản nhiệt. Phương pháp làm mát này phụ thuộc vào hiệu suất dẫn nhiệt của vật liệu và thường được sử dụng cho các thiết bị nhỏ hoặc tản nhiệt cục bộ‌.

Các tình huống áp dụng
‌Làm mát bằng nước‌: Thích hợp cho các tình huống yêu cầu hoạt động liên tục trong thời gian dài và đảm bảo sự ổn định. Làm mát bằng nước có thể mang lại hiệu quả tản nhiệt tốt hơn và giảm tỷ lệ hỏng hóc. Nó phù hợp với các tia laser công suất cao hoặc các ứng dụng đòi hỏi độ ổn định cao‌.
‌Làm mát dẫn truyền‌: Thích hợp cho các thiết bị nhỏ hoặc nhu cầu tản nhiệt cục bộ. Vì làm mát dẫn nhiệt phụ thuộc vào hiệu suất dẫn nhiệt của vật liệu nên hiệu quả tản nhiệt của nó tương đối hạn chế và phù hợp với các thiết bị có yêu cầu tiêu thụ điện năng hoặc tản nhiệt thấp‌.

Chi phí bảo trì và khó khăn
Làm mát bằng nước: yêu cầu thay thế thường xuyên các bộ lọc cặn và bổ sung chất làm mát, chi phí bảo trì cao.
Làm mát dẫn nhiệt: bảo trì tương đối đơn giản, chỉ cần vệ sinh thường xuyên các bộ phận tản nhiệt và chi phí bảo trì thấp.

Chế độ làm việc CW
Chế độ làm việc CW có nghĩa là tia laser hoạt động liên tục và năng lượng của chùm tia đầu ra không đổi và không bị gián đoạn. Chế độ làm việc này phù hợp với các ứng dụng yêu cầu năng lượng laser ổn định, chẳng hạn như truyền thông cáp quang và xử lý vật liệu. Công suất đầu ra của laser CW tương đối thấp nhưng có thể duy trì ổn định, phù hợp với các tình huống yêu cầu năng lượng laser phát ra liên tục. ‌

Chế độ làm việc QCW
Chế độ làm việc QCW có nghĩa là tia laser hoạt động ở dạng xung, thời lượng (độ rộng) của mỗi xung bị giới hạn và có một khoảng cách nhất định giữa các xung. Laser QCW thường phát ra các xung lặp đi lặp lại ở tần số cao và độ rộng xung có thể được điều chỉnh khi cần thiết để kiểm soát công suất đầu ra và năng lượng xung của laser. Chế độ vận hành này phù hợp với các kịch bản ứng dụng có yêu cầu cao về độ phân giải thời gian, chẳng hạn như hệ thống radar và thiết bị y tế. Các xung ngắn năng lượng cao của laser QCW có thể mang lại hiệu quả đo lường và điều trị chính xác. ‌

Kịch bản ứng dụng cụ thể
‌Chế độ làm việc CW‌: Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu năng lượng laser ổn định, chẳng hạn như truyền thông cáp quang và xử lý vật liệu. Trong các ứng dụng này, laser CW có thể cung cấp công suất đầu ra ổn định để đáp ứng nhu cầu truyền tín hiệu hoặc xử lý vật liệu liên tục.
‌Chế độ làm việc QCW‌: Thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu cao về độ phân giải thời gian, chẳng hạn như hệ thống radar và thiết bị y tế. Các xung ngắn năng lượng cao của laser QCW có thể mang lại hiệu quả đo lường và điều trị chính xác.

Chức năng chính của thanh laser CS với thấu kính FAC bao gồm tập trung ánh sáng, tăng cường tính định hướng của chùm tia và giảm góc phân kỳ của chùm tia. ‌

Ánh sáng phát ra từ thanh laser bản thân nó đã là ánh sáng laser, nhưng vì nó thường có hình elip hoặc hình hôn mê khi phát ra từ bộ cộng hưởng nên cần có một thấu kính để tập trung ánh sáng. Chức năng của thấu kính là tập trung các tia này vào một điểm sáng, từ đó tăng cường tính định hướng của chùm tia và giảm góc phân kỳ của chùm tia‌.

Ánh sáng tập trung
Ống kính có thể tập trung hiệu quả ánh sáng phát ra từ diode laser để tạo thành một điểm sáng. Hiệu ứng lấy nét này có thể làm tăng đáng kể khoảng cách chiếu và độ sáng của ánh sáng, giúp việc ứng dụng điốt laser trở nên hiệu quả và thiết thực hơn‌.

Tăng cường tính định hướng của chùm tia
Bằng cách tập trung qua thấu kính, chùm tia phát ra từ diode laser có thể tập trung hơn và có tính định hướng hơn. Điều này có nghĩa là chùm tia có thể truyền theo một hướng cụ thể chính xác hơn, làm giảm sự tán xạ và khuếch tán của chùm tia, đồng thời cải thiện hiệu suất truyền của chùm tia‌.

Giảm góc phân kỳ chùm tia
Việc sử dụng thấu kính có thể làm giảm đáng kể góc phân kỳ của chùm tia phát ra từ diode laser. Góc phân kỳ giảm có nghĩa là chùm tia có thể duy trì độ lan truyền nhỏ hơn trong quá trình truyền, do đó cải thiện khả năng chuẩn trực và ổn định của chùm tia‌.

‌Hiệu ứng nụ cười chùm tia laser‌ đề cập đến thực tế là trong một mảng laser bán dẫn (LDA), do ứng suất nhiệt được tạo ra trong quá trình đóng gói, chip laser tạo ra sự uốn cong phát sáng theo hướng trục nhanh, gây ra các đốm sáng của mỗi mảng. bộ phận phát sáng không nằm trên một đường thẳng. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng "nụ cười".

Gây ra
Nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng "nụ cười" là do hệ số giãn nở nhiệt không khớp giữa chip laser và vật liệu đóng gói như chất nền tản nhiệt trong quá trình đóng gói, dẫn đến ứng suất nhiệt. Ứng suất nhiệt này càng trầm trọng hơn khi tia laser hoạt động, khiến chip laser bị uốn cong, do đó ảnh hưởng đến tính tuyến tính của chùm tia‌.

Ảnh hưởng
Hiệu ứng "nụ cười" có tác động đáng kể đến chất lượng chùm sáng, biểu hiện chủ yếu ở sự suy giảm độ tuyến tính của chùm sáng và sự phân bố đồng đều của các điểm sáng. Điều này sẽ làm tăng độ khó của việc đối chiếu chùm tia, định hình và ghép sợi, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của tia laser.

Ý nghĩa thực tiễn và giải pháp
Trong các ứng dụng thực tế, hiệu ứng "nụ cười" sẽ ảnh hưởng đến chất lượng chùm tia của laser bán dẫn công suất cao, đặc biệt trong các ứng dụng đòi hỏi sự căn chỉnh có độ chính xác cao. Để giảm tác động của hiệu ứng "nụ cười", có thể cải thiện bằng cách tối ưu hóa quy trình đóng gói, sử dụng vật liệu có hệ số giãn nở nhiệt phù hợp hơn và xem xét tác động của sự thay đổi nhiệt độ đến chất lượng chùm tia trong thiết kế.

Các thanh diode laser MCC có thể được đóng gói thành ngăn xếp diode laser. ‌

Các thanh diode laser MCC có thể được đóng gói thành ngăn xếp diode laser bằng ngăn xếp dọc (ngăn chữ V). Laser bán dẫn xếp chồng dọc khắc phục được vấn đề về chất lượng chùm tia của laser mảng ngang và chất lượng chùm tia của chúng phù hợp với chất lượng chùm tia laser đơn, phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu chất lượng chùm tia cao. Ngoài ra, với sự cải tiến của công nghệ đóng gói, số lượng thanh laser trong một máy laser xếp chồng theo chiều dọc có thể tăng từ vài lên 70 và công suất đầu ra tối đa cũng có thể đạt tới KW.

Cấu trúc bao bì
Cấu trúc đóng gói của các thanh diode laser MCC thường bao gồm cực âm, cực dương, đầu vào và đầu ra chất làm mát. Đầu vào chất làm mát của chất làm mát gần với cực dương của mảng laser, trong khi đầu ra chất làm mát gần với cực âm‌. Cấu trúc này cho phép các thanh điốt laser MCC tản nhiệt hiệu quả và quản lý nhiệt khi xếp chồng lên nhau thành một mảng.

Kịch bản ứng dụng
Sau khi đóng gói thành ngăn xếp diode laser, các thanh diode laser MCC có thể được áp dụng cho nhiều tình huống có nhu cầu laser công suất cao khác nhau, chẳng hạn như xử lý công nghiệp, nghiên cứu khoa học, thiết bị y tế, v.v. Do công suất đầu ra cao và chất lượng chùm tia tốt, MCC thanh diode laser có thể đáp ứng các yêu cầu cao cho thiết bị laser trong các lĩnh vực này sau khi được đóng gói.