Laserdiodenbarren und -arrays
- Technologie
- DPSS-Laser
- Partner
- Cutting Edge Optronics (CEO)
Die CW/QCW-Laserdiodenbarren und -Arrays im Bereich 780–980 nm bilden eine konfigurierbare Produktfamilie und keine einzelne feste Teilenummer. Das Sortiment umfasst leitungsgekühlte, mit gefiltertem Wasser gekühlte und mikrokanalgekühlte Ausführungen für die Integration in OEM-Lasersysteme und Laborgeräte. Die Standardwellenlängen reichen von 780 bis 980 nm und umfassen die häufig verwendeten Optionen 808, 885 und 940 nm; für spezifische Anwendungen lassen sich auch kundenspezifische Wellenlängen konfigurieren.
Je nach Gehäusevariante und Betriebsart reicht das Portfolio von CW-Einzelbarren bis hin zu QCW-Arrays mit mehreren Barren und Spitzenleistungen im Kilowattbereich. Zu den Anwendungen zählen DPSS-Seiten- und Endpumpen, Materialbearbeitung, Laserschneiden, Kunststoffschweißen, Haarentfernung, LiDAR, LIBS, Entfernungsmessung, Halbleiterfertigung und Hochenergie-Lasersysteme. Ingenieure können je nach erforderlicher thermischer, optischer, elektrischer und mechanischer Schnittstelle zwischen den Bauformen A, G, H, Derringer, High Density Stack, Shooter, Microchannel Cooled Stack und Array-Submodulen wählen.
Eigenschaften
- CW- und QCW-Betriebsarten – Geeignet für Laserarchitekturen mit kontinuierlicher Ausgabe und gepulstem Betrieb.
- Standard-Wellenlängenbereich von 780–980 nm – Deckt etablierte Pumpbänder einschließlich 808, 885 und 940 nm ab.
- Optionen für konduktive Kühlung und Flüssigkeitskühlung – Ermöglichen die Anpassung der thermischen Schnittstelle an die verfügbare Systeminfrastruktur.
- Gehäuse für gefiltertes Nicht-DI-Wasser – Reduzieren bei ausgewählten Arrays den Bedarf an einem separaten Kreislauf für deionisiertes Wasser.
- DI-Wasser-Mikrokanalkühlung – Unterstützt dichte Stacks mit bis zu 60 Barren und hoher mittlerer Leistung.
- Hartgelötete, ausdehnungsangepasste Konstruktionen – Sorgen für mechanische Stabilität bei wiederholter thermischer Belastung.
- Optionen für Fast-Axis- und Slow-Axis-Linsen – Helfen Entwicklern, die Strahldivergenz an nachgelagerte Optiken anzupassen.
- Mehrwellenlängen-Konfigurationen – Unterstützen Systeme, die mehr als eine Emissionswellenlänge benötigen.
- Barrenabstände von 150 µm bis 1,7 mm – Bieten Flexibilität beim Ausgleich von Packungsdichte und thermischen Anforderungen.
- High Density Stack Leistungsdichte bis nahezu 25 kW/cm² – Bündelt gepulste Leistung auf einer kompakten emittierenden Fläche.
- Standard- und kundenspezifische Gehäusekonfigurationen – Unterstützen unterschiedliche Footprints, elektrische Anschlüsse und optische Geometrien.
Verfügbare Modellvariationen
Alle verfügbaren Varianten und ein Vergleich ihrer Spezifikationen
Spezifikationen
| Spezifikation | Bereich oder Optionen |
|---|---|
Produkttyp | Laserdiodenbarren, Array-Submodule, lineare Arrays, vertikale Stapel, High-Density-Stacks und mikrokanalgekühlte Stapel |
Standard-Wellenlängenbereich | 780–980 nm |
Gängige Pumpwellenlängen | 808 nm, 885 nm und 940 nm |
Betriebsarten | Dauerstrich und Quasi-Dauerstrich |
Kühlmethoden | Leitkühlung, Kühlung mit gefiltertem Nicht-DI-Wasser und Mikrokanalkühlung mit DI-Wasser |
Ausgangsleistungsbereich von CW-Arrays | 20–6.000 W, abhängig vom Gehäuse |
Bereich der QCW-Spitzenleistung von Arrays | 100–14.400 W, abhängig vom Gehäuse |
Ausgangsleistung pro Bar | Im Produktprogramm sind mehr als 100 W CW und mehr als 200 W QCW pro Bar verfügbar |
Anzahl der Bars | 1–72, abhängig von Gehäuse und Betriebsart |
Emissionslänge der Bar | 3–10 mm |
Betriebsstrom | Typischerweise 50–100 A CW und 140–170 A QCW; einzelne Varianten sind mit 25 A CW bzw. 180 A QCW spezifiziert |
Typische Spannung pro Bar | 1–2 V |
Leistungswandlungseffizienz | Typischerweise 55 %; ARR121C080 ist bei 808 nm und 80 W mit 47 % spezifiziert |
Bar-zu-Bar-Abstand | 150 µm bis 1,7 mm; MCS-Konfigurationen verwenden 800–1.200 µm |
Pulsbreite | Abhängig vom Gehäuse; bis zu 300 ms für das H Package und mehrere QCW-Formate sowie bis zu 300 µs für den High Density Stack |
Maximaler QCW-Tastgrad | Bis zu 25 %, abhängig vom Gehäuse |
Typische Rohstrahldivergenz, FWHM | 33 × 6° oder 37 × 7°, abhängig von Betriebsart und Konfiguration |
Typische Strahldivergenz mit Optik, FWHM | 1 × 6° oder 1 × 7°; ausgewählte Konfigurationen für die schnelle Achse sind mit ≤0,25° verfügbar |
Betriebstemperatur für ARR291P1800, ARR121C080 und ASM232P200 | -40 bis +70 °C |
Lagertemperatur für ARR291P1800, ARR121C080 und ASM232P200 | -40 bis +85 °C |
Laserklassifizierung für die aufgeführten Geräte mit Teilenummer | Klasse IV |
Vergleich des Gehäuseprogramms
| Parameter | H Package | Derringer | High Density Stack | Array-Submodul | A Package | G Package | Shooter | MCS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Kühlung | Gefiltertes Nicht-DI-Wasser | Gefiltertes Nicht-DI-Wasser | Leitungsgekühlt; Anpassungen für ausgewählte Plattformen | Abhängig vom Kühlkörper | Leitungsgekühlt | Leitungsgekühlt | Gefiltertes Nicht-DI-Wasser | DI-Wasser-Mikrokanal |
Betriebsarten | QCW | QCW und CW | QCW | QCW und CW | QCW und CW | QCW und CW | QCW und CW | QCW und CW |
Wellenlänge | 780–980 nm | 780–980 nm | 780–980 nm | 780–980 nm | 780–980 nm | 780–980 nm | 780–980 nm | 780–980 nm |
Array-Ausgangsleistung | 150–1.800 W QCW | 600–4.000 W QCW; 60–200 W CW | 400–4.000 W QCW | 100–5.200 W QCW; 20–40 W CW | 200–3.200 W QCW; 20–160 W CW | 200–5.200 W QCW; 40 W CW | 1.200–14.400 W QCW; 120–480 W CW | 12.000 W QCW; 60–6.000 W CW |
Anzahl der Bars | Bis zu 12 | 3–20 QCW; 3–5 CW | 1–20 | 1–26 QCW; 1 CW | 1–16 QCW; 1–4 CW | 1–26 QCW; 1 CW | 6–72 QCW; 6–12 CW | 1–60 |
Bar-Emissionslänge | 10 mm | 10 mm | 3–10 mm | 5–10 mm | 10 mm | 10 mm | 10 mm | 10 mm |
Betriebsstrom | 140 A | 170 A QCW; 50 A CW | 170 A | 170 A QCW; 50 A CW | 170 A QCW; 50 A CW | 170 A QCW; 50 A CW | 170 A QCW; 50 A CW | 170 A QCW; 100 A CW |
Barrenabstand | 1,65 mm | mindestens 400 µm | 150 µm | mindestens 150 µm | mindestens 400 µm | mindestens 150 µm | mindestens 400 µm | 800–1.200 µm |
Maximaler QCW-Tastgrad | 25 % | 5 % | 5 % | 5 % | 5 % | 5 % | 5 % | 25 % |
Typische Rohdivergenz, FWHM | 33 × 6° | 33 × 6° QCW; 37 × 7° CW | 33 × 6° | 33 × 6° QCW; 37 × 7° CW | 33 × 6° QCW; 37 × 7° CW | 33 × 6° QCW; 37 × 7° CW | 33 × 6° QCW; 37 × 7° CW | 33 × 6° QCW; 37 × 7° CW |
FAQs
für Laserdiodenbarren und -arrays
Wählen Sie das Kühlkonzept nach durchschnittlicher Wärmeabfuhr, verfügbarer Wasserqualität und Wartungsanforderungen. Die Gehäusevarianten A und G nutzen leitungsgebundene Kühlung, während H Package, Derringer und Shooter gefiltertes Nicht-DI-Wasser verwenden; das MCS erfordert einen Mikrokanalkreislauf mit DI-Wasser. Die leitungsgebundene Kühlung macht Fluidanschlüsse am Array überflüssig, erfordert jedoch weiterhin eine ausreichend dimensionierte Kühlplatte oder einen geeigneten Kühlkörper, während Flüssigkeitskühlung für dichte Multi-Bar-Konfigurationen besser geeignet ist. Schätzen Sie die abzuführende Wärme anhand der elektrischen Eingangsleistung und des typischen Wirkungsgrads von 47–55 %, bevor Sie das thermische System auslegen. Beim ARR291P1800 beträgt der minimale Kühlmitteldurchfluss 0,5 gpm bzw. 1,9 Liter pro Minute, bei einem typischen Druckabfall von 15 psi.
CW-Betrieb ist geeignet, wenn eine unterbrechungsfreie optische Ausgangsleistung erforderlich ist, während QCW-Betrieb bei kontrollierten Pulsen eine höhere Spitzenleistung liefert. Das Portfolio reicht bis zu 6.000 W CW in MCS-Konfigurationen und bis zu 14.400 W QCW-Spitzenleistung im Shooter Package. QCW-Grenzwerte müssen anhand von Pulsbreite, Wiederholrate und Tastgrad gemeinsam bewertet werden und nicht allein anhand der Spitzenleistung; die meisten Gehäusevarianten sind für einen Tastgrad von bis zu 5 % ausgelegt, während H- und MCS-Formate 25 % erreichen. Treiber und Kühlsystem müssen sowohl für den momentanen elektrischen Strom als auch für die mittlere thermische Last ausgelegt sein. Deshalb sollte der teilespezifische Betriebsbereich bestätigt werden, bevor Treiber, Chiller und Elektronik zur Pulssteuerung ausgewählt werden.
Die Auswahl der Gehäusevariante hängt von Pumpgeometrie, Emissionslänge, optischer Intensität und verfügbarem Bauraum ab. Derringer-, A-, G- und Shooter-Arrays sind für lineare Ausgabe konfiguriert und können zum Seitenpumpen von Festkörperlaserkristallen eingesetzt werden, während der High Density Stack kompakte Endpump-, LiDAR-, LIBS- und Entfernungsmesssysteme unterstützen kann. Das H Package ist für Direct-Diode-Anwendungen wie Kunststoffschweißen und Haarentfernung vorgesehen, mit vertikalen Stapeln von bis zu 12 Barren. MCS-Arrays unterstützen Designs mit hoher Brillanz und hoher mittlerer Leistung mit bis zu 60 Barren. Eine optische Modellierung sollte bestätigen, dass der gewählte Barrenabstand, die Emissionslänge und die Linsenanordnung zur Geometrie von Kristall, Lichtleiter oder Werkstück passen.
Die Emissionswellenlänge verändert sich mit der Sperrschicht- und Kühlkörpertemperatur, daher ist die thermische Regelung Teil der Wellenlängenspezifikation. Für die 808-nm-Varianten ARR291P1800, ARR121C080 und ASM232P200 ist eine Wellenlängenverschiebung von etwa 0,25 nm pro °C angegeben. Eine Temperaturänderung von 10 °C kann die Zentralwellenlänge daher um etwa 2,5 nm verschieben, was relevant ist, wenn mit einem schmalen Kristallabsorptionsband oder einer Diodentoleranz von ±3 nm gearbeitet wird. Der Kühlungs-Sollwert sollte zusammen mit der Ziel-Absorptionswellenlänge festgelegt werden und nicht erst nach der optischen Integration. Ein Betrieb unterhalb des Umgebungs-Taupunkts erfordert außerdem eine trockene Stickstoffatmosphäre, um Kondensation an der Diodenbaugruppe zu verhindern.
Der Treiber muss anhand des Betriebsstroms, der gesamten Durchlassspannung, des Pulsformats und der zulässigen transienten Bedingungen des gewählten Arrays ausgewählt werden. Typische Ströme auf Produktebene liegen bei 50 A für CW-Packages und 140–170 A für QCW-Packages, während das Beispiel ASM232P200 mit 180 A arbeitet und das MCS-CW-Format 100 A erreicht. Die Spannung liegt typischerweise bei 1–2 V pro Barren, doch die Serienschaltung bestimmt den Gesamtbedarf; ARR291P1800 arbeitet bei 24 V und ARR121C080 bei 6,8 V. Verbindungen mit geringer Induktivität sowie kontrollierte Anstiegs- und Abfallzeiten des Stroms sind wichtig, um Überschwingen zu begrenzen. Die aufgeführten Geräte mit spezifischer Teilenummer erlauben weder Rückstrom noch Sperrspannung, daher sollte die Treiberschaltung geeignete Sperr- und Schutzmaßnahmen enthalten.
Die Strahlkonditionierung sollte auf Grundlage der numerischen Apertur der aufnehmenden Optik, der erforderlichen Spotgeometrie und der zulässigen optischen Verluste gewählt werden. Die typische unkollimierte Divergenz beträgt 33 × 6° für QCW-Konfigurationen und 37 × 7° für CW-Konfigurationen, angegeben als FWHM. Varianten mit Linsen reduzieren den Wert auf der schnellen Achse auf etwa 1°, während ausgewählte G-Package- und MCS-Konfigurationen eine Kollimation der schnellen Achse von 0,25° oder weniger ermöglichen. Bei Bedarf kann auch eine Kollimation der langsamen Achse ergänzt werden. Das optische Design sollte die gesamte Emitterbreite, den Barrenabstand, die wellenlängenabhängige Beschichtungsleistung und Ausrichtungsänderungen durch mechanische und thermische Toleranzen berücksichtigen.
Die Arrays mit spezifischer Teilenummer sind Laserkomponenten der Klasse IV und erfordern während Test und Integration eine kontrollierte Entwicklungsumgebung. Das fertige System sollte ein geeignetes Gehäuse, Verriegelungen, Strahlfallen, Warnanzeigen und wellenlängengeeignete Schutzbrillen für direkte und gestreute Strahlung umfassen. Die Betriebstemperaturgrenzen für ARR291P1800, ARR121C080 und ASM232P200 liegen bei -40 bis +70 °C, die Lagertemperatur bei -40 bis +85 °C. Kondensation muss verhindert werden, wenn das Gerät oder das Kühlmittel unterhalb des lokalen Taupunkts betrieben wird; falls erforderlich, ist trockener Stickstoff bereitzustellen. Mechanische, elektrische, thermische und laserschutztechnische Verifikationen sollten abgeschlossen sein, bevor das Array mit Nennstrom betrieben wird.
Betrachten Sie die Sortimentswerte als Auswahlgrenzen und nicht als garantierte Werte für jede bestellbare Konfiguration. Exakte optische Leistung, Wellenlängentoleranz, spektrale Breite, Anzahl der Barren, Kühlmittelbedingungen und mechanische Abmessungen hängen vom gewählten Package und der Teilenummer ab. So ist ARR291P1800 beispielsweise ein 12-Barren-QCW-H Package bei 808 nm mit 1.800 W, während ARR121C080 ein Vier-Barren-CW-Derringer mit 80 W bei derselben nominellen Wellenlänge ist. Einige ältere Datenblätter zeigen zudem eine breitere Wellenlängenverfügbarkeit als den aktuellen Standardbereich von 780–980 nm, daher sollte die Wellenlängenverfügbarkeit nicht zwischen verschiedenen Packages extrapoliert werden. Die endgültige Spezifikation sollte Betriebstemperatur, Pulsprofil, Tastgrad, Linsenausstattung, Kühlkreislauf und Abnahmetestbedingungen definieren.
