| 封止用はんだ ダイオードレーザーバースタック | AuSnパック |
| 中心波長 | 1064nm |
| 出力電力 | ≥55W |
| 動作電流 | ≤30 A |
| 動作電圧 | ≤24V |
| 動作モード | CW |
| キャビティの長さ | 900mm |
| 出力ミラー | T = 20% |
| 水温 | 25±3℃ |
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抽象的な
固体レーザーの重要な励起光源として、CW（連続波）ダイオード励起レーザーモジュールの需要が急速に高まっています。これらのモジュールは、固体レーザー用途の特定の要件を満たす独自の利点を提供します。LumiSpot Tech社のCWダイオード励起シリーズの新製品であるG2 - Aダイオード励起固体レーザーは、より広い応用分野と優れた性能を備えています。
この記事では、CWダイオードポンプ固体レーザーの製品用途、製品機能、および製品の利点に焦点を当てた内容を掲載します。記事の最後には、Lumispot Tech社のCW DPLのテストレポートと、当社独自の利点についてご紹介します。
応用分野
高出力半導体レーザーは、主に固体レーザーの励起光源として用いられる。実用的な応用においては、半導体レーザーダイオード励起光源が、レーザーダイオード励起固体レーザー技術の最適化に不可欠である。
このタイプのレーザーは、結晶を励起するために従来のクリプトンランプやキセノンランプの代わりに、固定波長出力の半導体レーザーを使用します。そのため、この改良型レーザーは2nd高効率、長寿命、良好なビーム品質、優れた安定性、コンパクト性、小型化といった特徴を持つCWポンプレーザー（G2-A）の世代。
高出力ポンプ能力
CWダイオードポンプ光源は、強力な光エネルギーバーストを提供し、固体レーザー内の利得媒体を効果的に励起して、固体レーザーの最高の性能を実現します。また、その比較的高いピークパワー（または平均パワー）により、より幅広いアプリケーションが可能になります。産業、医療、科学。
優れたビーム幅と安定性
CW半導体ポンピングレーザーモジュールは、優れた光ビーム品質と自発的な安定性を備えており、制御可能な高精度レーザー光出力を実現する上で非常に重要です。このモジュールは、明確で安定したビームプロファイルを生成するように設計されており、固体レーザーの信頼性と一貫性のあるポンピングを保証します。この機能は、産業材料加工におけるレーザーアプリケーションの要求を完全に満たしています。 レーザー切断、そして研究開発。
DPLシリーズの市場需要 - 拡大する市場機会
固体レーザーの需要が様々な産業分野で拡大し続けるにつれ、CWダイオード励起レーザーモジュールなどの高性能励起光源の必要性も高まっています。製造業、医療、防衛、科学研究といった産業は、精密な用途に固体レーザーに依存しています。
要約すると、固体レーザーのダイオード励起光源として、高出力励起能力、CW動作モード、優れたビーム品質と安定性、コンパクトな構造設計といった製品特性により、これらのレーザーモジュールに対する市場需要が高まっています。サプライヤーであるLumispot Techも、DPLシリーズの性能と適用技術の最適化に多大な努力を払っています。
Lumispot Tech社製G2-A DPL製品バンドルセット
各製品セットには、水平方向に積み重ねられたアレイモジュールが3グループ含まれており、各グループの水平積層アレイモジュールは約100W@25Aの揚水能力を持ち、全体の揚水能力は300W@25Aです。
G2-Aポンプの蛍光スポットを以下に示します。
G2-Aダイオードポンプ固体レーザーの主な技術データ：
当社の強みはテクノロジー分野にあります
1. 過渡熱管理技術
半導体励起固体レーザーは、高ピーク出力の準連続波（CW）用途や高平均出力の連続波（CW）用途に広く用いられています。これらのレーザーでは、放熱器の高さとチップ間の距離（すなわち、基板とチップの厚さ）が製品の放熱能力に大きく影響します。チップ間の距離を大きくすると放熱性は向上しますが、製品の体積が増加します。逆に、チップ間隔を狭めると製品サイズは小さくなりますが、放熱能力が不十分になる可能性があります。最もコンパクトな体積で、必要な放熱性能を満たす最適な半導体励起固体レーザーを設計することは、設計上の大きな課題です。
定常状態熱シミュレーションのグラフ
Lumispot Techは、有限要素法を用いてデバイスの温度場をシミュレーションおよび計算します。熱シミュレーションには、固体熱伝達定常状態熱シミュレーションと液体温度熱シミュレーションを組み合わせた手法が用いられます。下図に示すように、連続動作条件において、固体熱伝達定常状態熱シミュレーション条件下で最適なチップ間隔と配置を実現することが提案されています。この間隔と構造により、製品は優れた放熱能力、低いピーク温度、そして最もコンパクトな特性を備えています。
2.AuSnはんだカプセル化プロセス
Lumispot Techは、従来のインジウムはんだに代えてAuSnはんだを用いたパッケージング技術を採用することで、インジウムはんだによる熱疲労、エレクトロマイグレーション、電気熱マイグレーションといった問題に対処しています。AuSnはんだを採用することで、製品の信頼性と寿命の向上を目指しています。この代替は、バースタックの間隔を一定に保ちながら実施され、製品の信頼性と寿命のさらなる向上に貢献しています。
高出力半導体励起固体レーザーのパッケージング技術において、インジウム（In）金属は、低融点、低溶接応力、容易な操作性、良好な塑性変形および浸透性といった利点から、多くの国際的なメーカーで溶接材料として採用されています。しかし、半導体励起固体レーザーの連続運転条件下では、交番応力によってインジウム溶接層に応力疲労が生じ、製品の故障につながります。特に高温・低温および長パルス幅の条件下では、インジウム溶接の故障率が非常に高くなります。
異なるはんだパッケージを使用したレーザーの加速寿命試験の比較
600時間の経時変化後、インジウムはんだで封止された製品はすべて故障しましたが、金スズで封止された製品は2,000時間以上、ほとんど電力変化なく動作しました。これは、AuSn封止の利点を反映しています。
高出力半導体レーザーの信頼性を向上させつつ、各種性能指標の一貫性を維持するために、Lumispot Techは新しいタイプのパッケージング材料としてハードソルダ（AuSn）を採用しています。熱膨張係数が一致する基板材料（CTE-Matched Submount）を使用することで、熱応力を効果的に解放し、ハードソルダの製造時に発生する可能性のある技術的問題に対する優れた解決策となります。基板材料（サブマウント）が半導体チップにはんだ付けできるための必要条件は、表面金属化です。表面金属化とは、基板材料の表面に拡散バリア層とはんだ浸透層を形成することです。
インジウムはんだで封入されたレーザーの電気泳動機構の概略図
高出力半導体レーザーの信頼性を向上させつつ、各種性能指標の一貫性を維持するために、Lumispot Techは新しいタイプのパッケージング材料としてハードソルダ（AuSn）を採用しています。熱膨張係数が一致する基板材料（CTE-Matched Submount）を使用することで、熱応力を効果的に解放し、ハードソルダの製造時に発生する可能性のある技術的問題に対する優れた解決策となります。基板材料（サブマウント）が半導体チップにはんだ付けできるための必要条件は、表面金属化です。表面金属化とは、基板材料の表面に拡散バリア層とはんだ浸透層を形成することです。
その目的は、一方ではんだが基板材料に拡散するのを阻止し、他方では基板材料との溶接能力ではんだを強化して、はんだ層の空洞化を防ぐことです。表面金属化は、基板材料表面の酸化や水分の侵入を防ぎ、溶接プロセスでの接触抵抗を低減し、溶接強度と製品の信頼性を向上させることもできます。半導体励起固体レーザーの溶接材料として硬質はんだ AuSn を使用すると、インジウムの応力疲労、酸化、電気熱移動などの欠陥を効果的に回避でき、半導体レーザーの信頼性とレーザーの寿命を大幅に向上させることができます。金-錫封止技術を使用すると、インジウムはんだの電気移動と電気熱移動の問題を克服できます。
Lumispot Techからのソリューション
連続レーザーまたはパルスレーザーでは、レーザー媒質による励起光の吸収によって発生する熱と媒質の外部冷却により、レーザー媒質内部の温度分布が不均一になり、温度勾配が生じ、媒質の屈折率が変化し、様々な熱効果が発生します。利得媒質内部の熱沈着は、熱レンズ効果と熱誘起複屈折効果を引き起こし、レーザーシステムに一定の損失をもたらし、共振器内のレーザーの安定性と出力ビームの品質に影響を与えます。連続運転レーザーシステムでは、励起パワーの増加に伴い、利得媒質内の熱応力が変化します。システム内の様々な熱効果は、レーザーシステム全体に深刻な影響を与え、より良いビーム品質とより高い出力パワーを得ることが困難になります。これは解決すべき課題の一つです。動作プロセスにおける結晶の熱効果を効果的に抑制・緩和する方法は、科学者たちが長年悩まされてきた課題であり、現在の研究ホットスポットの一つとなっています。
熱レンズ共振器を備えたNd:YAGレーザー
高出力LD励起Nd:YAGレーザーの開発プロジェクトにおいて、熱レンズ共振器を備えたNd:YAGレーザーの問題を解決し、高出力と高ビーム品質を両立できるモジュールを実現した。
高出力LD励起Nd:YAGレーザーの開発プロジェクトにおいて、Lumispot Tech社は、熱レンズを含む共振器による出力低下の問題を大幅に解決するG2-Aモジュールを開発しました。これにより、高出力かつ高ビーム品質のモジュールを実現することが可能になりました。
投稿日時：2023年7月24日
