고전력 레이저 다이오드 스택의 분류

고출력 레이저 다이오드 스택다중 고출력 레이저 다이오드로 구성된 장치입니다. 크기가 작고 효율이 높습니다. 그들은 산업 가공 (예 : 절단 및 용접), 의료 수술, 과학 연구 및 국방에 널리 사용됩니다. 주요 장점은 다음과 같습니다. 소형 크기, 확장 가능한 전원은 멀티 kW 범위입니다. 이러한 구성은 일반적으로 고체 레이저 펌핑, 모발 제거 및 재료 가공과 같은 지시 된 에너지 응용에 사용됩니다.

1. 구조 및 포장 양식 별 분류
① 수직 스택
단일 바 수직 스택 : 단일 다이오드 막대로 구성되며 수직 방향으로 여러 막대를 쌓아서 더 높은 출력 전력이 달성됩니다. 각 막대에는 다중 레이저 다이오드 칩이 포함되어 있으며,이 칩은 전기적으로 전기적으로 연결되거나 병렬로 연결되어 더 큰 전류 운반 용량과 더 높은 전력 출력을 제공합니다.
멀티 바 수직 스택 : 전력을 더욱 증가시키기 위해 여러 막대를 수직으로 쌓을 수 있습니다. 이 구조는 더 작은 공간에서 매우 높은 전력 밀도를 달성 할 수 있지만 더 큰 열산 문제를 가져옵니다. 다중 막대가 밀접하게 배열되기 때문에 수직 방향으로 열을 전도하고 소산하기가 어려워지며 장비의 안정적인 작동을 보장하려면보다 효율적인 열산 기술이 필요합니다.

특징 : 수직 스태킹 구조의 주요 특징은 높은 전력 밀도로 제한된 공간에서 더 큰 레이저 전력을 생성 할 수 있습니다. 그러나,이 구조는 또한 스태킹 층의 수가 증가함에 따라 수직 방향의 열전달 저항이 증가하여 국소 과열로 이어지고 레이저 다이오드의 성능과 수명에 쉽게 영향을 줄 수 있기 때문에이 구조는 심각한 열 소산 문제에 직면한다.
horizontal 어레이
선형 배열 및 2 차원 확장 : 수평 어레이는 수평 방향으로 레이저 다이오드 바 또는 기타 광 방출 장치를 선형 또는 2 차원 배열 구조를 형성하는 것을 나타냅니다. 선형 배열은 가장 기본적인 형태이며, 막대의 수를 늘려 전력을 증가시킬 수 있습니다. 2 차원 팽창은 수평 및 수직 방향으로 배열되지만 광 방출 영역 및 전력 출력을 더욱 확장합니다.
특징 : 수평 어레이 구조의 장점은 균일 성 최적화 및 스팟 형성 유연성입니다. 광 방출 장치는 수평 방향으로 더 고르게 분포되므로 빔의 균일 성 및 안정성 제어를 달성하는 것이 더 쉽습니다. 또한, 배열의 레이아웃과 광학 요소의 설계를 조정함으로써, 다양한 응용 시나리오의 요구를 충족시키기 위해 지점의 모양과 크기를 유연하게 변경할 수 있습니다.

하이브리드 포장 구조
복합 수직 및 수평 설계 복합 솔루션 : 더 높은 전력 및보다 복잡한 응용 분야의 요구를 충족시키기 위해 수직 및 수평 설계를 결합한 하이브리드 포장 구조가 때때로 사용됩니다. 이 구조는 수직 스태킹의 고전력 밀도 이점을 유지하며 수평 어레이의 균일 성 및 스팟 형성 유연성을 갖습니다. 수직 및 수평 부품의 비율과 레이아웃을 합리적으로 설계함으로써 전력, 효율 및 빔 품질의 최상의 균형을 얻을 수 있습니다.
적용 사례 : 섬유 커플 링 시스템은 하이브리드 포장 구조의 일반적인 응용 사례입니다. 이 시스템에서, 수직 스택 레이저 다이오드 스택은 광원으로 사용되며, 생성 된 레이저는 광학 커플 링 장치를 통해 광섬유에 결합된다. 광섬유는 레이저를 전달할뿐만 아니라 빔을 더 형성하고 필터링하여 빔 품질 및 전송 효율을 향상시킬 수 있습니다. 이 구조는 재료 처리, 커뮤니케이션, 치료 및 기타 분야에 널리 사용되며 관련 산업의 개발을 촉진하는 데 중요한 역할을했습니다.

2. 파장 및 출력 특성 별 분류
① 근적외선 대역 (700–1100 nm) -755 NM\/ 808NM\/ 940NM\/ 1064NM 레이저 다이오드 스택
일반적인 응용 분야 : 재료 가공 분야 에서이 밴드의 레이저 다이오드 스택은 금속 및 플라스틱과 같은 재료의 절단, 용접 및 표면 처리에 사용될 수 있습니다. 그것의 파장은 많은 재료에 잘 흡수 될 수있어 효율적인 처리를 달성 할 수있다. 예를 들어, 자동차 제조에서는 자동차 몸체의 금속 시트 용접에 사용됩니다. 전자 산업에서는 회로 보드의 절단 및 용접에 사용됩니다. 솔리드 스테이트 레이저 펌핑 측면에서, ND : YAG와 같은 고형 상태 레이저를 펌핑하는 것과 같은 고형 상태 레이저에 에너지를 제공하기위한 펌프 공급원으로 사용될 수 있습니다. 레이저 다이오드 스택에 의해 생성 된 빛은 적합한 커플 링 방법을 통해 고체 레이저의 게인 매체에 결합되어 고체 레이저의 출력 전력 및 효율을 향상시킵니다.

② 중간외 밴드 (1.5–2 μm)
적용 : 가스 감지 측면에서, 많은 가스 분자는 중간 충격 밴드에서 특징적인 흡수 피크를 가지기 때문에이 밴드의 레이저 다이오드 스택은 환경에서 유해한 가스를 모니터링하는 것과 같은 특정 가스의 존재 및 농도를 감지하는 데 사용될 수 있습니다. 의료 수술 분야에서 조직 절단 및 응고와 같은 수술에 사용될 수 있습니다. 생물학적 조직에 대한 파장의 침투 및 흡수 특성은 특정 안과 수술 및 연조직 수술과 같은 특정 외과 시나리오에서 이점을 제공합니다.
Visive Light Band (400–700 nm)
응용 프로그램 : 디스플레이 기술 분야에서는 레이저 TV 및 레이저 프로젝터와 같은 레이저 디스플레이 장치에 사용하여 다양한 색상의 레이저 빔을 조절하여 고해상도 및 고 색상 포화 이미지 디스플레이를 달성 할 수 있습니다. 생물학적 영상에서 생물학자가 생물학적 샘플의 구조와 기능을 연구하도록 돕기 위해 세포 영상, 조직 영상 등에 사용될 수 있습니다. 가시 광선의 짧은 파장으로 인해 더 높은 공간 해상도를 제공 할 수 있습니다.
④ 조정 가능한 파장 스택
파장 동적 조정 기술 (예 : 외부 격자 피드백) : 외부 격자 피드백과 같은 기술을 채택함으로써 레이저 파장을 동적으로 조정할 수 있습니다. 이 조정 가능한 파장 스택은 다양한 응용 프로그램 시나리오에서 유연성이 높습니다. 예를 들어, 스펙트럼 분석 실험에서, 다른 파장의 레이저를 정확하게 선택하여 더 풍부한 스펙트럼 정보를 얻기 위해 필요에 따라 샘플을 자극 할 수있다; 다중 파장 통신 시스템에서는 파장의 유연한 스위칭 및 할당을 달성하여 통신 시스템의 용량 및 성능을 향상시킬 수 있습니다.

3. 냉각 방법으로 분류
① 마이크로 채널 냉각
원리 및 효율 장점 : 마이크로 채널 냉각은 레이저 다이오드 스택 근처에 작은 액체 채널을 생성하여 냉각수 가이 채널에서 순환하여 열을 제거 할 수 있도록합니다. 이 냉각 방법은 냉각수와 열원 사이의 접촉 영역을 증가시켜 열 소산 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 효율적인 열 교환 기능을 갖습니다. 냉각수는 유량 공정 동안 레이저 다이오드에서 열을 빠르게 전달하여 스택을 낮은 온도 수준으로 유지하고 안정적인 작동을 보장 할 수 있습니다.
산업 고전력 장면 응용 프로그램 : 고출력 레이저 절단, 용접 및 기타 가공 장비와 같은 산업 고전력 적용 시나리오에서 레이저 다이오드 스택은 많은 열을 생성합니다. 마이크로 채널 액체 냉각은이 고열 부하에 효과적으로 대처하고 장기 고전력 작동 하에서 장비의 성능과 신뢰성을 보장 할 수 있습니다. 예를 들어, 대형 금속 가공 워크샵에서 마이크로 채널 액체 냉각을 사용하는 레이저 다이오드 스택은 고정밀 레이저 절단 장비를위한 안정적인 광원을 제공하여 품질과 효율을 보장 할 수 있습니다.

짐 전기 냉각 (TEC)
정확한 온도 제어가 필요한 시나리오 (과학 연구 기기와 같은) : 열전 냉각은 반도체 재료의 펠티에 효과를 사용합니다. 전류가 두 개의 다른 금속 또는 반도체로 구성된 루프를 통과하면 노드에서 열 흡수 또는 열 방출이 발생합니다. 전류의 방향과 크기를 제어함으로써, 레이저 다이오드 스택은 정확하게 제어 될 수있다. 이 냉각 방법은 매우 안정적인 온도 환경을 제공 할 수 있습니다. 분광기 및 고정밀 센서와 같은 매우 고온 정확도가 필요한 일부 과학적 연구 기기의 경우 열전 전기 냉각 레이저 다이오드 스택 스택은 기기의 성능이 온도 변동에 의해 영향을받지 않도록하여 측정의 정확성과 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
air 냉각 및 자연 대류 냉각
저전력 휴대용 장치의 적용 가능성 : 공기 냉각은 팬을 통해 공기 흐름을 강제하여 레이저 다이오드 스택에 의해 생성 된 열을 제거하는 것입니다. 자연 대류 냉각은 열을 소산하기 위해 공기의 자연 온도 차이로 인한 대류에 의존합니다. 이 두 가지 냉각 방법에는 복잡한 냉각 시스템과 냉각제가 필요하지 않으며 간단한 구조와 저렴한 비용이 있습니다. 소형 레이저 범위 핀더 및 휴대용 레이저 프로젝터와 같은 저전력 휴대용 장치의 경우 공기 냉각 및 자연 대류 냉각은 장치의 휴대 성과 단순성을 유지하면서 열 소산 요구 사항을 충족 할 수 있습니다. 장치 작동 중에도 열을 효과적으로 소산하여 과열로 인해 레이저 다이오드 스택이 손상되지 않으며 장치에 너무 많은 부담을 줄 수는 없습니다.

4. 출력 전력 및 구동 모드 별 분류
① 연속파 (CW) 레이저 스택
파워 범위 (백 와트에서 킬로와트) :연속파 레이저 스택은 연속적이고 안정적인 레이저를 출력 할 수 있으며, 전력 범위는 백 와트 레벨에서 킬로와트 레벨로 확장 될 수 있습니다. 이 광범위한 전력 범위를 통해 다양한 응용 프로그램 시나리오의 요구를 충족시킬 수 있습니다. 예를 들어, 산업 처리에서 더 높은 전력이지만 매우 높은 전력 요구 사항이 필요하지 않은 재료 절단 및 용접과 같은 일부 작업의 경우 100 와트 레벨 연속파 레이저 스택이 유능 할 수 있습니다. 전력 요구 사항이 높은 일부 대규모 산업 생산 또는 과학 연구 실험에서는 충분한 에너지를 제공하기 위해 킬로와트 수준의 연속파 레이저 스택이 필요합니다.
장기 안정성 요구 사항 :연속파 레이저 스택은 오랫동안 안정적인 레이저를 지속적으로 출력해야하므로 장기 안정성에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 산업 생산 공정에서 장비는 오랫동안 실행해야합니다. 레이저 스택의 출력 전력이 불안정하면 처리 품질의 변동을 일으키고 제품의 일관성과 자격을 갖춘 속도에 영향을 미칩니다. 장기 물리 실험 또는 화학 분석과 같은 과학 연구 분야에서, 레이저 스택은 실험 데이터의 정확성과 신뢰성을 보장하기 위해 안정적인 출력을 유지해야합니다. 장기 안정성의 요구 사항을 충족시키기 위해서는 열 소산 시스템 최적화, 고품질 재료 선택 및 엄격한 포장을 수행하는 등 설계 및 제조 공정에서 일련의 측정이 필요합니다.
펄스 레이저 스택
짧은 펄스 (나노 초 레벨) 및 울트라 시트 펄스 (피코 초\/펨토초 레벨) :펄스 레이저 스택은 짧은 펄스 레이저 출력을 생성 할 수 있으며, 이는 펄스 폭에 따라 짧은 펄스 (나노초 레벨) 및 초트래 펄스 (피코 초\/펨토초 레벨)로 나눌 수 있습니다. 짧은 펄스 레이저 스택에 의해 생성 된 펄스 폭은 나노초 레벨에있다. 이 펄스 레이저는 높은 피크 전력을 가지며 특정 금속 재료의 정밀 절단 및 드릴링과 같은 정확도 및 속도 가공에 대한 요구 사항이 높은 일부 장면에 적합합니다. Ultrashort 펄스 레이저 스택의 펄스 폭은 피코 초 또는 펨토초 수준에 도달합니다. 그것은 매우 낮은 열 영향 구역을 특징으로하며 명백한 열 손상을 일으키지 않고 재료를 처리 할 수 ​​있습니다. 따라서 반도체 칩 제조 및 유리 절단과 같은 정밀 처리 분야에서 중요한 응용 프로그램이 있습니다.
응용 프로그램 :정밀 가공, LIDAR : 정밀 가공, 펄스 레이저 스택의 높은 정밀도 및 고 에너지 밀도를 통해 전자 제품 산업에서 작은 전자 부품을 제조하고 광학장에서 광학 렌즈를 가공하는 등 다양한 재료의 미세한 가공을 달성 할 수 있습니다. LIDAR 필드에서, 펄스 레이저 스택은 방출 원으로 사용되어 짧은 펄스 또는 레이저의 초고트 펄스를 방출 한 다음 반사 된 광 신호를 수신함으로써 대상의 거리 및 위치 정보를 감지합니다. 펄스 레이저의 특성으로 인해 고정식 거리 측정 및 목표 인식이 달성 될 수 있으며 자율 주행, 항공 우주 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다.

고출력 레이저 다이오드 스택의 분류는 구조 및 포장 (수직 스택, 수평 어레이, 하이브리드 포장), 파장 및 출력 특성 (근적 인 적외선, 중간 충돌, 가시 광선, 조정 가능), 냉각 방법 (마이크로 채널 액체 냉각, 열전 냉각, 공기 냉각 및 자연적인 대비), 출력 모드 및 구동 모드 (지속적인 모드 및 구동 모드) 및 구동 모드를 포함합니다. (산업 제조, 의료 생물학, 과학 연구 및 국방). 기술을 선택할 때는 전력 요구 사항, 파장 범위, 열 소산 조건, 응용 환경 및 비용 효율성을 종합적으로 고려해야합니다. 예를 들어, 산업 고출력 처리는 마이크로 채널 액체 냉각을 갖는 수직 스택 또는 하이브리드 포장 구조에 우선 순위를 부여합니다. 정밀 의료 수술은 근적외선 또는 중간 충격 밴드와 정밀 온도 조절 기능을 갖춘 스택을 선택할 수 있습니다. 과학 연구 분야에서, 특정 실험 요구에 따라 조정 가능 또는 특정 파장 스택이 선택되며, 장기 안정적인 작동을 보장하기 위해 적절한 냉각 및 구동 모드와 결합됩니다.

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