Einzelemitterdiodendienen als unabhängige, individuelle Pumpelemente für eine Laserquelle. IPG-Faserlaser verwenden eine verteilte Einzelemitter-Pumparchitektur, die frei von den Nachteilen der Stabpumpung ist. Im Gegensatz zu Stäben hat der Ausfall einer beliebigen Anzahl von Einzelemitterdioden keinen Einfluss auf die Leistung und Zuverlässigkeit der verbleibenden Dioden. Dieses skalierbare, modulare Design ermöglicht es IPG, Laser zu bauen, die praktisch wartungsfrei sind und über eine beliebige Anzahl redundanter Diodenpumpen verfügen, um eine kontinuierliche, zuverlässige Laserleistung über die längste Lebensdauer in der Branche zu gewährleisten. Durch Hinzufügen weiterer Dioden wird auch die Energieeffizienz erheblich gesteigert, da jede einzelne Diode weniger Leistung benötigt. Die außergewöhnlich hohe Zuverlässigkeit und Effizienz der IPG-Einzelemitter-Diodenpumpentechnologie wurde in unseren Labors nachgewiesen und durch die bekannte Feldzuverlässigkeit der IPG-Laser bestätigt.
- Startseite
- Technologie
- Einzelemitterdioden
Einzelemitterdioden
Was ist eine Laserdiode?
Laserdioden sind Halbleiterbauelemente, die mithilfe von Elektrizität Laserlicht emittieren. Laserdioden sind äußerst energieeffizient und zuverlässig, können jedoch nur eine Ausgangsleistung von bis zu einigen hundert Watt erzeugen. Daher basieren die meisten industriellen Halbleiter-, Dioden- und Faserlaser auf mehreren Dioden, die Laserlicht durch einen Pumpkoppler „pumpen“, bevor sie mithilfe von Optiken einen kontrollierten Strahl als Endausgang emittieren.
Die Architektur, mit der diese Laserdioden gekoppelt und gepumpt werden, hat einen entscheidenden Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Effizienz des fertigen Lasers. Dank einer einzigartigen Diodentechnologieplattform erzielen IPG-Faserlaser eine höhere Ausgangsleistung und eine bessere Strahlqualität als andere Faserlaser.
Was sind Einfachemitterdioden?
Es gibt verschiedene Methoden zur Kombination der Laserdiodenleistung, die von industriellen Laserherstellern eingesetzt werden. Eine gängige Methode besteht darin, mehrere Emitter entlang eines großflächigen Chips zu kombinieren, der als Bar, Bar Stack oder monolithisches Laserdiodenarray bezeichnet wird, wobei die Anzahl der Diodenemitter auf einer einzelnen Bar zwischen etwa 10 und 100 variiert. Obwohl die genauen Details je nach Ansatz variieren, zwingt die Bar-Architektur jede Diode dazu, sich eine gemeinsame Stromquelle und ein gemeinsames Wärmemanagementsystem zu teilen. Thermische und elektrische Übersprechungen schränken die Lebensdauer von Bars erheblich ein und beeinträchtigen ihre Leistung stark – die Lebensdauer einer Bar oder eines Bar-Stacks wird in der Regel durch den schwächsten Emitter oder ein unzuverlässiges Mikrokanal-Wasserkühlsystem begrenzt.
IPG-Dioden bieten überlegene Leistung
Ausgangsleistung einzelner Emitter
Kupplungseffizienz
MTBF bei Dauerbetrieb
Quasi-kontinuierliche Welle MTBF
Energieeffizienz (in Glasfaser)
Bar-Dioden
Ausgangsleistung einzelner Emitter 1bis 2 W
Kupplungseffizienz50 bis 75 %
Dauerwelle MTBF5.000 bis 10.000 Stunden
Quasi-Dauerwelle MTBF2.000 bis 5.000 Stunden
Energieeffizienz (in Glasfaser)25 bis 35 %
IPG-Einzelemitterpumpe
Ausgangsleistung einzelner Emitter 6bis 10+ W
Kupplungseffizienz 90bis 95 %
Dauerwelle MTBF> 200.000 Stunden
Quasi-kontinuierliche Welle MTBF> 200.000 Stunden
Energieeffizienz (in Glasfaser)50 bis 60 %
IPG-Dioden versorgen die effizientesten Laser der Welt mit Energie
Das Engagement für innovative Diodenarchitekturen und strenge Qualitätsanforderungen ermöglicht die Herstellung der energieeffizientesten Laser, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind. Erfahren Sie mehr über die Technologie hinter den hocheffizienten Faserlasern von IPG.
Weitere InformationenHerstellung von IPG-Dioden
IPG ist einer der größten Diodenhersteller weltweit – jährlich verlassen Dioden mit einer Nennleistung von mehreren Megawatt die Produktionsstätten von IPG. IPG-Dioden werden unter Verwendung von in der Telekommunikation bewährten Technologien und Verfahren hergestellt, und jeder Wafer wird nach strengen Standards qualifiziert. Die konsequente Verwendung von Dioden höchster Qualität ist ein entscheidender Faktor dafür, dass IPG-Faserlaser die längste Lebensdauer und höchste Energieeffizienz auf dem Markt bieten. Die Herstellung von Einzeldioden umfasst eine Reihe komplexer Schritte, um das endgültige Halbleiterbauelement herzustellen.
(1) Waferwachstum (2) Fotolithografie und Ätzen (3) Metallisierung (4) Die-Trennung (5) Bonding und Verpackung (6) Testen und Charakterisierung (7) Integration und Endmontage
1. Waferwachstum: Unter Verwendung der Molekularstrahlepitaxie (MBE) werden Wafer in die Prozesskammer geladen, wo mehrere Schichten oder Ablagerungen auf den Wafer aufgebracht werden. In einem iterativen Prozess werden p-Typ- und n-Typ-Materialien aufgebracht, um den p-n-Übergang zu erzeugen. Bei Anlegen eines elektrischen Stroms kann an diesem Übergang eine Laserstrahlung auftreten.
2. Fotolithografie und Ätzen: Die Fotolithografie ist ein Verfahren, mit dem Muster auf dem Wafer definiert werden, um verschiedene Bereiche des Wafers zu definieren. Ein Fotolack wird aufgetragen und dann durch eine Maske belichtet, um präzise Muster zu erzeugen. Anschließend werden in einem Ätzprozess die unerwünschten Halbleitermaterialien anhand der definierten Muster entfernt. Die MBE- und Fotolithografie-Schritte sind ein iterativer Prozess, mit dem mehrere Schichten aufgebaut und die einzelnen Chips auf dem Wafer-Substrat definiert werden können.
3. Metallisierung: Metallkontakte werden auf den Wafer aufgebracht, um eine elektrische Verbindung zu den p-Typ- und n-Typ-Bereichen herzustellen, die bei Anlegen einer Spannung zum Lasern führen.
4. Die-Trennung: Bei diesem Prozess wird der Wafer vor dem Verpacken in einzelne Dies geschnitten.
5. Verkleben und Verpacken: Die einzelnen Chips werden dann in ein Diodenpumpmodul verpackt, das mehrere Chips sowie zugehörige optische Elemente enthalten kann, um den Ausgang in eine Faser zu leiten. Das Gehäuse ist versiegelt, um die Diodenbaugruppe vor Umwelteinflüssen wie Staub und anderen Verunreinigungen zu schützen.
6. Prüfung und Charakterisierung: Es werden strenge Burn-in-Tests und Prüfungen durchgeführt, um sicherzustellen, dass das Modul die strengen Qualitäts- und Leistungsanforderungen erfüllt.
7. Integration und Endmontage: Diese Pumpdioden werden dann mit zusätzlichen Komponenten wie einer aktiven Faser und Steuerelektronik zu einer vollständigen Laserquelle zusammengebaut. Die Leistung lässt sich mithilfe von Faserkombinationstechniken leicht skalieren, sodass mehrere Pumpdioden innerhalb der Laserquelle zusammenarbeiten können. Durch die Bildung getrennter Gruppen von Pumpdioden und fortschrittliche Faserdesigns sind fortschrittliche Technologien wie Adjustable Mode Beam möglich.
