단일 바 다이오드 레이저

단일 바 다이오드 레이저에는 MCC 다이오드 레이저 바와 CS 다이오드 레이저 바가 포함됩니다. MCC 다이오드 레이저 바‌는 마이크로채널 쿨러(MCC)를 사용하는 반도체 레이저 바를 말합니다. MCC Laser Bar는 주로 고출력 반도체 레이저의 패키징 구조에 사용됩니다. 핵심 기능은 효율적인 방열 성능과 높은 듀티 사이클 연속파 및 준연속파에서 작동할 수 있는 능력입니다. CS 패키지 다이오드 레이저 바는 반도체 레이저 패키징 형태를 말하며, 여기서 "CS"는 전도 냉각을 나타냅니다. 이 패키징 형태는 주로 고출력 반도체 레이저에 사용되며, 특히 효율적인 방열 솔루션이 필요한 높은 듀티 사이클 및 연속 작동 모드에서 사용됩니다.

MCC 바

CS 바

휴대용 제모

MCC 다이오드 레이저 바

CS 다이오드 레이저 바, FAC 옵션

냉각 메커니즘
‌수냉식‌: 레이저 수냉식은 물 순환을 통해 열을 방출하는 것입니다. 물은 레이저 내부와 외부를 순환하여 물에 열을 전달한 다음 라디에이터에서 소산된 후 재활용됩니다. 수냉식은 높은 열전도율과 열 전달 능력을 갖추고 있으며, 열을 외부로 더 빠르게 전달할 수 있어 레이저의 효율적이고 안정적인 작동을 보장하고 고장률을 줄입니다.

‌전도 냉각‌: 전도 냉각은 일반적으로 열을 발산하기 위해 금속과 같은 재료의 열전도 특성을 사용하는 것을 의미합니다. 이 냉각 방법은 재료의 열전도 효율에 따라 달라지며 일반적으로 소형 장치 또는 국부적인 방열에 사용됩니다.

적용 가능한 시나리오
‌수냉식‌: 장기간 연속 작동이 필요하고 안정성이 보장되는 시나리오에 적합합니다. 수냉식은 더 나은 방열 효과를 제공하고 고장률을 줄일 수 있습니다. 높은 안정성이 요구되는 고출력 레이저나 응용 분야에 적합합니다.
‌전도 냉각‌: 소형 장치 또는 국부적인 열 방출 요구 사항에 적합합니다. 전도 냉각은 재료의 열전도 효율에 따라 달라지므로 방열 효과가 상대적으로 제한적이며 전력이 낮거나 방열 요구 사항이 낮은 장치에 적합합니다.

유지관리 비용 및 난이도
수냉식: 정기적인 스케일 필터 교체와 냉각수 추가가 필요하므로 유지 관리 비용이 많이 듭니다.
전도 냉각: 유지 관리가 상대적으로 간단하고 방열 부품을 정기적으로 청소하기만 하면 되며 유지 관리 비용이 저렴합니다.

CW 작업 모드
CW 작업 모드는 레이저가 연속적인 방식으로 작동하고 출력 빔의 에너지가 일정하고 중단 없이 유지됨을 의미합니다. 이 작업 모드는 광섬유 통신 및 재료 가공과 같이 안정적인 레이저 에너지가 필요한 응용 분야에 적합합니다. CW 레이저의 출력은 상대적으로 낮지만 안정적으로 유지될 수 있어 레이저 에너지의 지속적인 출력이 필요한 시나리오에 적합합니다. ‌

QCW 작업 모드
QCW 작업 모드는 레이저가 펄스 형태로 작동하고 각 펄스의 지속 시간(폭)이 제한되며 펄스 사이에 일정한 간격이 있음을 의미합니다. QCW 레이저는 일반적으로 고주파에서 펄스를 반복적으로 방출하며 필요에 따라 펄스 폭을 변조하여 레이저의 출력 전력과 펄스 에너지를 제어할 수 있습니다. 이 작동 모드는 레이더 시스템 및 의료 장비와 같이 시간 분해능에 대한 요구 사항이 높은 애플리케이션 시나리오에 적합합니다. QCW 레이저의 고에너지 단펄스로 정밀한 측정과 치료 효과를 얻을 수 있습니다. ‌

특정 애플리케이션 시나리오
‌CW 작업 모드‌: 광섬유 통신 및 재료 가공과 같이 안정적인 레이저 에너지가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 이러한 응용 분야에서 CW 레이저는 신호 전송 또는 재료 가공의 지속적인 요구 사항을 충족하기 위해 안정적인 출력을 제공할 수 있습니다.
‌QCW 작업 모드‌: 레이더 시스템 및 의료 장비와 같이 시간 분해능에 대한 요구 사항이 높은 애플리케이션에 적합합니다. QCW 레이저의 고에너지 단펄스로 정밀한 측정과 치료 효과를 얻을 수 있습니다.

다양한 냉각 방법: CS 패키지 레이저 바는 수동 냉각을 채택하며 일반적으로 탈이온수 및 고압 펌프 순환 냉각과 같은 추가 냉각 시스템이 필요하지 않습니다. 마이크로 채널 레이저 바는 액체 냉각 방식을 사용하며, 특히 냉각 액체 입구가 레이저 바 근처에 위치한 마이크로 채널 쿨러(MCC)를 사용하여 방열 효율이 높습니다.
구조적 차이: CS 패키지 다이오드 바의 구조는 비교적 간단하며 복잡한 냉각 채널 설계가 필요하지 않을 수 있습니다. 마이크로채널 다이오드 바에는 효과적인 열 방출을 위한 구조의 중요한 부분인 마이크로채널 쿨러가 포함되어 있습니다.

• 유지 관리 요구 사항:CS 패키지: 유지 관리가 필요 없는 설계, 마이크로채널 레이저 다이오드 없음, 탈이온수 없음 및 고압 펌프 순환 냉각.
• 마이크로채널 레이저 다이오드 바:냉각 시스템의 정기적인 유지 관리가 필요합니다.
• 다양한 애플리케이션 시나리오:유지 관리가 필요 없고 간단한 냉각 방법으로 인해 CS 패키지 다이오드 바는 산업용 등급 레이저 응용 분야에 매우 적합합니다.

마이크로채널 다이오드 바는 높은 열 방출 효율로 인해 높은 듀티 사이클 및 연속 작업 모드에 사용하기에 더 적합합니다.

FAC 렌즈가 장착된 CS 레이저 바의 주요 기능에는 빛의 집중, 빔의 지향성 향상, 빔의 발산 각도 감소 등이 있습니다. ‌

레이저 막대에서 방출되는 빛은 이미 레이저 빛 자체이지만 공진기에서 나올 때 일반적으로 타원형 또는 코마 모양이므로 초점을 맞추려면 렌즈가 필요합니다. 렌즈의 기능은 이러한 광선을 광점에 집중시켜 광선의 지향성을 향상시키고 광선의 발산 각도를 줄이는 것입니다.

포커스 라이트
렌즈는 레이저 다이오드에서 방출된 빛을 효과적으로 집중시켜 광점을 형성할 수 있습니다. 이러한 포커싱 효과는 투사 거리와 빛의 밝기를 크게 증가시켜 레이저 다이오드의 적용을 더욱 효율적이고 실용적으로 만듭니다.

빔의 지향성을 향상시킵니다.
렌즈를 통해 초점을 맞추면 레이저 다이오드에서 방출되는 빔이 더 집중되고 방향성이 높아질 수 있습니다. 이는 빔이 특정 방향으로 더 정확하게 전파되어 빔의 산란과 확산을 줄이고 빔의 전송 효율을 향상시킬 수 있음을 의미합니다.

빔 발산 각도 감소
렌즈를 사용하면 레이저 다이오드에서 방출되는 빔의 발산 각도를 크게 줄일 수 있습니다. 발산각이 감소한다는 것은 빔이 전파 중에 더 작은 확산을 유지할 수 있음을 의미하며, 이를 통해 빔의 시준 및 안정성이 향상됩니다.

수냉식 레이저 MCC 레이저 바를 사용할 때 다음 사항에 주의하십시오.
‌수냉식 시스템‌의 올바른 설치 및 연결을 확인하십시오. 워터 쿨러, 송수관 및 냉각수를 포함하여 연결이 견고한지 확인하고 누수 또는 누수를 방지하십시오‌.
‌적절한 냉각수 선택‌: 증류수나 냉각수 혼합물 등 방열 및 부식 방지 특성이 좋은 액체를 사용하는 것이 좋으며, 장비를 손상시키는 액체의 사용은 피하는 것이 좋습니다.
‌수냉식 시스템 온도 제어‌: 레이저 요구 사항 및 작업 환경에 따라 장비가 적절한 온도에서 작동하도록 온도를 조정합니다. 온도가 너무 높거나 너무 낮은 것은 좋지 않습니다.
‌수냉식 시스템을 정기적으로 청소하십시오‌: 송수관, 냉각기 등이 먼지로 막히지 않도록 하십시오. 이는 방열 효율에 영향을 미칩니다. 청소할 때는 부드러운 솔이나 압축 공기를 사용하십시오‌.
‌동결 방지‌: 저온 환경에서는 레이저와 워터 쿨러를 항상 섭씨 0도 이상의 환경에 두거나 레이저와 워터 쿨러의 전원을 켜진 상태로 유지하여 배관 내 물이 얼지 않도록 하세요. 동결.
‌부동액 사용‌: 온도가 0도 이하로 떨어지면 모든 냉각수에 부동액을 사용하십시오. 장기간 사용하지 않거나 전원이 꺼진 경우에는 수냉식 쿨러의 물을 배수한 후 5도 이상의 환경에 보관하십시오.‌
위의 조치를 통해 수냉식 MCC 레이저 바는 사용 중에 최적의 성능을 유지하고 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.

CS 패키지 레이저 다이오드 부품에는 주로 다음 부품이 포함됩니다.

레이저 칩: 레이저 다이오드의 핵심 부품으로 레이저 빛을 방출하는 역할을 합니다. 레이저 칩은 일반적으로 p형 반도체와 n형 반도체로 구성된 pn 접합으로 구성되며, 여기에는 빛을 방출하는 활성층과 빛을 반사하는 코팅이 포함됩니다.

금속화 층: 금속화 층은 레이저 칩과 기타 구성 요소를 연결하는 데 사용됩니다. 일반적으로 절연 그리드로 구분되며 이 층에 음극과 양극이 설계됩니다.

장착 기판: 장착 기판은 레이저 칩을 고정 및 지지하고 열 방출을 제공하는 데 사용됩니다. 어떤 경우에는 장착 기판을 사용하여 방열판을 분리하기도 합니다.

열 방출 경로: 레이저 다이오드가 작동 중에 과열되지 않도록 하기 위해 일반적으로 열 방출 경로 설계가 있습니다. 패키지 디자인에 따라 열 방출 경로는 수직 또는 수평이 될 수 있습니다.

레이저 빔 스마일 효과는 반도체 레이저 어레이(LDA)에서 패키징 공정 중에 발생하는 열 응력으로 인해 레이저 칩이 빠른 축 방향으로 발광 굽힘을 생성하여 각 칩의 광점을 유발한다는 사실을 말합니다. 발광부가 일직선이 되지 않도록 하세요. 이 현상은 "스마일" 효과로 알려져 있다‌.

원인
"스마일" 효과의 주요 원인은 패키징 공정 중 레이저 칩과 기판 방열판과 같은 패키징 재료 간의 열팽창 계수 불일치로 인해 열 응력이 발생하는 것입니다. 이러한 열 응력은 레이저가 작동 중일 때 더욱 악화되어 레이저 칩이 구부러져 빔의 선형성에 영향을 미칩니다.

영향
"스마일" 효과는 빔 품질에 큰 영향을 미치며, 이는 주로 빔의 선형성 저하와 광점의 균일한 분포에서 나타납니다. 이는 빔 시준, 성형 및 섬유 결합의 어려움을 증가시켜 레이저의 전반적인 성능에 영향을 미칩니다.

실질적인 시사점과 해결책
실제 응용 분야에서 "스마일" 효과는 특히 고정밀 정렬이 필요한 응용 분야에서 고출력 반도체 레이저의 빔 품질에 영향을 미칩니다. "스마일" 효과의 영향을 줄이기 위해 패키징 프로세스를 최적화하고, 열팽창 계수가 더 일치하는 재료를 사용하고, 설계 시 온도 변화가 빔 품질에 미치는 영향을 고려하여 개선할 수 있습니다.

인쇄 기술에 CS 레이저 다이오드(LD)를 적용하는 것은 주로 고효율, 고출력 밀도 및 정밀한 제어에 달려 있습니다. 레이저 다이오드는 유도 방출 원리를 통해 레이저를 생성하며, 이는 인쇄 과정에서 재료를 정확하게 제거하거나 경화하는 데 사용됩니다.

레이저 다이오드의 작동 원리
레이저 다이오드의 기본 구조는 P형 반도체와 서로 다른 불순물이 도핑된 N형 반도체로 구성된 PN 접합입니다. PN 접합에 순방향 바이어스가 인가되면 전자는 N 영역에서 P 영역으로 이동하고 정공은 P 영역에서 N 영역으로 이동합니다. 이러한 전자와 정공은 PN 접합 근처에서 재결합하여 광자를 생성합니다. 레이저를 생성하려면 유도 방출 및 광학 공진기도 필요합니다. 자극방출은 전자가 높은 에너지 준위에서 낮은 에너지 준위로 점프할 때 광자가 방출되는 것을 의미합니다. 이 광자가 높은 에너지 수준에서 다른 전자와 상호 작용하면 전자도 동일한 주파수와 위상의 광자를 방출하여 광 증폭을 달성하게 됩니다. 광학 공진기는 반사판을 사용하여 공동의 광자를 반사함으로써 광자 수를 더욱 증가시키고 결국 레이저를 형성합니다. ‌

인쇄 기술에 레이저 다이오드 적용
인쇄 기술에서 레이저 다이오드는 주로 레이저 인쇄에 사용됩니다. 레이저 프린터의 핵심 부품은 레이저 다이오드에서 생성된 레이저 빔으로 감광 드럼 표면을 스캔하는 레이저 스캐너입니다. 레이저 빔이 감광 드럼에 조사되면 감광 드럼의 광도전 물질이 레이저 에너지를 흡수하여 정전 잠상을 형성합니다. 이어서, 정전잠상에 토너가 흡착되어 인쇄공정이 완료된다.

MCC 레이저 다이오드 바는 레이저 다이오드 스택에 패키징될 수 있습니다. ‌

MCC 레이저 다이오드 바는 수직 스택(V-스택)을 통해 레이저 다이오드 스택으로 패키징될 수 있습니다. 수직 스택 반도체 레이저는 수평 배열 레이저의 빔 품질 문제를 극복하고 빔 품질이 단일 레이저 빔의 빔 품질과 일치하므로 빔 품질 요구 사항이 높은 응용 분야에 적합합니다. 또한, 패키징 기술의 발전으로 수직으로 적층된 레이저의 레이저 바 수는 몇 개에서 70개로 늘어날 수 있으며, 최대 출력도 KW에 달할 수 있다.

포장 구조
MCC 레이저 다이오드 바의 패키징 구조는 일반적으로 음극, 양극, 냉각수 입구 및 출구를 포함합니다. 냉각수의 냉각수 입구는 레이저 어레이의 양극에 가깝고 냉각수 출구는 음극에 가깝습니다. 이 구조를 통해 MCC 레이저 다이오드 바는 배열로 쌓을 때 효과적으로 열을 발산하고 열을 관리할 수 있습니다.

애플리케이션 시나리오
레이저 다이오드 스택으로 패키징한 후 MCC 레이저 다이오드 바는 산업 처리, 과학 연구, 의료 장비 등과 같은 다양한 고출력 레이저 수요 시나리오에 적용될 수 있습니다. 높은 전력 출력과 우수한 빔 품질로 인해 MCC 레이저 다이오드 바는 포장 후 해당 분야의 레이저 장비에 대한 높은 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

단일 바 다이오드 레이저는 비장착형 레이저 다이오드 바 형태로 사용 가능하거나 전도성 또는 능동 냉각 패키지에 장착 가능합니다. 대부분의 다이오드 바는 755nm에서 860nm까지 또는 940nm에서 980nm 사이의 파장 영역에서 작동합니다. 808nm(네오디뮴 레이저 펌핑용) 및 940nm(Yb:YAG 펌핑용)의 파장이 가장 두드러집니다. 또 다른 중요한 파장은 에르븀 도핑 또는 이터븀 도핑 고출력 광섬유 레이저 및 증폭기를 펌핑하기 위한 약 975~980nm입니다. 일반적인 수동 냉각 다이오드는 TEC(열전 냉각기) 기반 장착 고정 장치와 호환되는 표준 패키지인 CS 마운트에 제공됩니다. CS 마운트는 QCW(quasi-CW) 및 중간 전력 CW 작동에 적합합니다. 활성 수냉을 위해 마이크로 채널 방열판을 사용합니다. 여러 개의 막대를 가로 또는 세로 방향으로 쌓아서 출력 전력을 높일 수 있습니다.

고출력 단일 바 다이오드 레이저는 레이저 재료 가공(예: 레이저 용접 및 특정 표면 처리) 및 의료용 레이저(예: 광역학 치료, 문신 제거, 레이저 수술)에서 직접적으로(직접 다이오드 레이저로) 사용됩니다. 다이오드 바는 또한 전장 레이저 무기로 군사용으로 개발되었습니다. 매우 높은 전력(약 100W 이상)의 경우 다이오드 스택을 사용하는데, 이는 수직 방향으로 쌓인 여러 개의 다이오드 바가 필수적입니다. 또 다른 일반적인 응용 분야는 벌크 레이저와 파이버 레이저 모두에 해당하는 고출력 고체 레이저의 펌핑입니다.

중국의 선도적인 다이오드 레이저 제조업체 및 공급업체 중 하나인 Brandnew Technology는 고품질 CS 마운트 LD, 단일 바 다이오드 레이저, CW 다이오드 레이저를 제조하고 경쟁력 있는 가격에 판매하는 전문 공장을 보유하고 있습니다. 중국산 제품 도매에 오신 것을 환영합니다.