Diodegepompte solid-state (DPSS) lasersystemen

Het versterkingsmedium moet aansluiten op de vereiste golflengte, het pulsenergieregime en de herhalingsfrequentie. De Patara PIV-familie gebruikt Nd:YAG bij 532 nm voor 100 of 200 W per oscillator, met pulsen van 10 of 20 mJ bij een referentiepunt van 10 kHz. De Nd:YLF-opties werken op 527 nm en leveren 30, 40 of 50 mJ per oscillator bij een referentiepunt van 1 kHz. Gigashot HE gebruikt Nd:YLF voor 10 J bij 1053 nm of 5 J bij 527 nm, terwijl Gigashot L Nd:YAG gebruikt bij 1064, 532 of 355 nm. Kies in de praktijk eerst de uitgangsgolflengte en bevestig daarna de vereiste energie, herhalingsfrequentie en compatibiliteit van downstream optische coatings.

Selecteer de pulsenergie op basis van de interactiedrempel of de verlichtingsvereiste en stel vervolgens de herhalingsfrequentie in volgens de processnelheid en het beschikbare thermische budget. GS-10000-QMI levert 10 J bij 20 Hz, terwijl GSL-012-QTU meer dan 125 mJ bij 100 Hz levert en IK-016-QTG 1,8 mJ bij 9 kHz levert. De PIV-familie bestrijkt 10 tot 50 mJ per oscillator en kan, afhankelijk van het model, werken van single shot tot 50 kHz, al neemt de pulsenergie af naarmate de frequentie stijgt. Een hoger gemiddeld vermogen verhoogt de eisen aan koeling en faciliteiten, ook wanneer de afzonderlijke pulsen kleiner zijn. De uiteindelijke keuze vereist daarom gelijktijdige controle van piekenergie, gemiddeld vermogen, opwarming van het doel, timing van de detector en de beschikbare koelmiddelcapaciteit.

Het PA-platform met dubbele oscillator is de specifieke PIV-optie, omdat het twee onafhankelijk geregelde pulsen produceert via een gemeenschappelijke bundelcombinatie-assemblage. De configuratie PA-050-QMGF-PIV levert 50 mJ per oscillator bij 527 nm en een referentiesnelheid van 1 kHz, met werking van single shot tot 5 kHz. De puls-tot-puls stabiliteit per oscillator is gespecificeerd op minder dan 0,5% rms en de uitgangsstabiliteit over acht uur op minder dan 1% rms, wat consistente lichtvlakverlichting ondersteunt. Elke oscillator kan intern of extern worden getriggerd, zodat de pulsafstand kan worden afgestemd op de deeltjessnelheid en de timing van de camera. Bij het integratieontwerp moeten ook triggerniveaus, latency, jitter, optische overlap en het vereiste vertragingsbereik worden gecontroleerd met de uiteindelijke controllerconfiguratie.

Waarden voor bundelkwaliteit mogen pas worden vergeleken nadat de vereiste bundelvorm is vastgesteld. IK-016-QTG is een TEM00-systeem met een M² kleiner dan 1,3, een bundeldiameter kleiner dan 0,9 mm en een divergentie van 1,7 mrad, wat geschikt is voor gerichte micromachining. Voor GSL-012-QTU zijn een M² kleiner dan 5, een divergentie kleiner dan 1,0 mrad en een uitgangsbundel van 5,5 ± 1 mm gespecificeerd, terwijl Gigashot HE een flat-top-profiel van 22 mm in het nabijveld gebruikt in plaats van een TEM00-specificatie. De Nd:YLF PIV-varianten zijn multimode met een M² kleiner dan 25 en een bundeldivergentie over de volledige hoek kleiner dan 8 mrad, maar bieden een puls-tot-puls stabiliteit van minder dan 0,5% rms. Deze waarden weerspiegelen verschillende toepassingsprioriteiten, dus een lagere M²-waarde moet niet automatisch als beter worden beschouwd.

Alle uitgelichte laserkoppen zijn watergekoeld en gespecificeerd voor een niet-condenserend bedrijfsbereik van 18 tot 30 °C, maar de eisen aan de faciliteiten verschillen aanzienlijk. Gigashot HE accepteert 85 tot 264 VAC, de Patara-kop met dubbele oscillator vereist 190 tot 250 VAC en Gigashot L vraagt om 120/220 VAC driefasenvoeding bij 30 A met een rackgemonteerde chiller. Voor PA-050 bedraagt de koelbehoefte van de gecombineerde kop 3.000 W bij 3,5 GPM. De installatie-eisen voor IKLWA vragen om minimaal 1,5 GPM, of 5,7 liter per minuut, ongeveer 800 W warmteafvoercapaciteit, circa 49 psi inlaatdruk en temperatuurregeling tot ±0,1 °C. Engineers moeten de chiller, leidingen, filtratie, interlocks en elektrische distributie dimensioneren voordat de mechanische lay-out wordt vastgelegd.

Externe timing en overkoepelende besturing worden ondersteund, maar de beschikbare interface hangt af van het platform. Patara maakt het mogelijk elke oscillator onafhankelijk te triggeren vanuit interne of externe bronnen, wat essentieel is voor het regelen van de timing van PIV-pulsparen. Gigashot HE gebruikt een MOPA-architectuur, kan worden geleverd met optionele oscillator injection seeding en beschikt over besturingselektronica die digitale bediening op afstand ondersteunt. IKLWA wordt geleverd als een gesloten laserkop, dus de integrator moet voor het bestelde systeem bevestigen welke aandrijfelektronica, Q-switch-besturing, temperatuurregeling en interlockinterfaces zijn inbegrepen. Leg vóór vrijgave voor productie in de interfacespecificatie de triggerspanning, actieve flank, latency, toelaatbare jitter, fouttoestanden, kabellengte en veilig uitschakelgedrag vast.

Dit zijn laser systemen van klasse IV en die moeten waar mogelijk worden geïntegreerd in een ontworpen veiligheidsbehuizing. Beschikbare golflengten omvatten ultraviolet bij 355 nm, zichtbaar groen bij 527 en 532 nm en infrarood bij 1053 en 1064 nm. Daarom moeten veiligheidsbrillen, kijkkaarten, sensoren en beam dumps worden geselecteerd voor de daadwerkelijke configuratie. Directe blootstelling en spiegelende reflecties moeten worden voorkomen met vergrendelde toegang, een geregelde sluiter, emissie-indicatie en geschikte waarschuwingssystemen. Interlocks voor koeling en doorstroming zijn eveneens belangrijk, omdat verlies van koelmiddel pompdioden en Q-switchcomponenten kan beschadigen. De uiteindelijke risicobeoordeling van de machine moet normaal bedrijf, uitlijning, onderhoud en voorzienbare enkelvoudige foutcondities afdekken.

Eén enkele levensduurwaarde mag niet op elk DPSS-lasersysteem in deze serie worden toegepast. De pomptechnologie wordt beschreven als geschikt voor meer dan één miljard pulsen voordat degradatie een bedrijfsaanpassing vereist, terwijl voor geselecteerde Gigashot-systemen een garantie van twee jaar of 10.000 bedrijfsuren op de pompdiode geldt. Bij IKLWA kan veroudering een geleidelijke verhoging van de stuurstroom vereisen om het uitgangsvermogen te behouden, waarbij vervanging of upgrade in beeld komt zodra de toegestane stroomlimiet van 30 A is bereikt. De kwaliteit van het koelmiddel, de bedrijfstemperatuur, de duty cycle en de optische reinheid hebben grote invloed op de praktische onderhoudsintervallen. Registreer vermogen, pulsstabiliteit, stroom, toestand van het koelmiddel en bedrijfsuren, zodat degradatie kan worden vastgesteld voordat die het procesvermogen beïnvloedt.