I diodi a singolo emettitore servono come elementi di pompaggio indipendenti e individuali per una sorgente laser. I laser in fibra IPG utilizzano un'architettura di pompaggio distribuita a singolo emettitore che non presenta gli inconvenienti del pompaggio a barre. A differenza delle barre, il guasto di un numero qualsiasi di diodi a emettitore singolo non influisce sulle prestazioni e sull'affidabilità dei diodi rimanenti. Questo design modulare e scalabile consente a IPG di costruire laser che richiedono una manutenzione praticamente nulla e che dispongono di un numero di diodi ridondanti per garantire prestazioni laser affidabili e costanti per le durate più lunghe del settore. L'aggiunta di un maggior numero di diodi aumenta inoltre notevolmente l'efficienza energetica, richiedendo una minore quantità di energia da ogni singolo diodo. L'affidabilità e l'efficienza eccezionalmente elevate della tecnologia della pompa a diodi a singolo emettitore IPG sono state dimostrate nei nostri laboratori e confermate dalla famosa affidabilità sul campo dei laser IPG.
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Diodi a singolo emettitore
Che cos'è un diodo laser?
I diodi laser sono dispositivi semiconduttori che utilizzano l'elettricità per emettere luce laser, sono straordinariamente efficienti e affidabili dal punto di vista energetico, ma sono in grado di emettere solo poche centinaia di Watt di potenza in uscita. Di conseguenza, la maggior parte dei laser industriali a semiconduttore, a diodo e a fibra, si basa sulla presenza di più diodi per "pompare" la luce laser attraverso un coupler prima di utilizzare l'ottica per emettere un fascio controllato come uscita finale.
La modalità in cui questi diodi laser sono accoppiati e pompati ha un'importante effetto sull'affidabilità e l'efficienza del laser finale. Una piattaforma tecnologica a diodi unica nel suo genere consente ai laser a fibra IPG di raggiungere potenze di uscita più elevate e una qualità del fascio superiore rispetto ad altre soluzioni presenti sul mercato.
Cosa sono i diodi a singolo emettitore?
I produttori di laser industriali utilizzano vari metodi per combinare la potenza dei diodi laser. Un metodo comune è quello di combinare più emettitori lungo un chip di grande superficie, noto come barra, pila di barre o array monolitico di diodi laser, con un numero di emettitori di diodi su una singola barra che varia da 10 a 100 circa. Sebbene i dettagli precisi varino a seconda dell'approccio, l'architettura a barre costringe ogni diodo a condividere una sorgente di corrente elettrica e un sistema di gestione termica comuni. La diafonia termica ed elettrica limita notevolmente la durata di vita delle barre e pone seri vincoli alle loro prestazioni: la durata di una barra o di una pila di barre è generalmente limitata dal suo emettitore più debole o da un sistema di raffreddamento ad acqua a microcanali inaffidabile.
I diodi IPG offrono prestazioni superiori
Potenza di uscita del singolo emettitore
Efficienza di accoppiamento
MTBF CW
MTBF QCW
Efficienza energetica (in fibra)
Bar Diodes
Potenza di uscita del singolo emettitore1- 2 W
Efficienza di accoppiamento50a 75%
Onda continua MTBF 5000-10.000 ore
Onda quasi continua MTBF da 2.000 a 5.000 ore
Efficienza energetica (in fibra)25-35%
Pompa a singolo emettitore IPG
Potenza di uscita del singolo emettitore da 6a 10+ W
Efficienza di accoppiamento90- 95%
MTBF a onda continua>200.000 ore
Onda quasi continua MTBF>200.000 ore
Efficienza energetica (in fibra)dal 50 al 60%
I diodi IPG alimentano i laser più efficienti del mondo
L'attenzione allo sviluppo di architetture innovative dei diodi ed i rigorosi requisiti di qualità consentono di creare i laser più efficienti dal punto di vista energetico presenti oggi sul mercato. Per saperne di più sulla tecnologia alla base dei laser in fibra ad alta efficienza di IPG clicca qui.
Per saperne di piùFabbricazione di diodi IPG
IPG è uno dei maggiori costruttori di diodi al mondo: ogni anno negli impianti IPG vengono prodotti molti megawatt di potenza nominale. I diodi IPG sono prodotti con tecnologie e processi collaudati nel settore delle telecomunicazioni e ogni wafer è qualificato secondo standard rigorosi. L'utilizzo di diodi di altissima qualità è un elemento fondamentale per garantire che i laser a fibre ottiche IPG offrano le durate più lunghe e le efficienze energetiche più elevate del mercato. La produzione di diodi a singolo emettitore prevede una serie di fasi complesse per creare il dispositivo semiconduttore finale.
(1) crescita del wafer (2) fotolitografia e incisione (3) metallizzazione (4) separazione delle matrici (5) incollaggio e confezionamento (6) test e caratterizzazione (7) integrazione e assemblaggio finale
1. Crescita del wafer: Utilizzandoil processo MBE, i wafer vengono caricati nella camera di processo dove vengono depositati più strati sul wafer. Un processo iterativo è utilizzato per depositare materiali di tipo p e di tipo n per creare la giunzione p-n. Quando la corrente elettrica viene applicata a questa giunzione, può verificarsi una condizione di laser.
2. Fotolitografia e incisione: la fotolitografia è un processo utilizzato per definire i modelli sul wafer. Viene applicato un fotoresistore, e poi esposto attraverso una maschera per creare pattern precisi. Un processo di incisione viene quindi utilizzato per rimuovere i materiali semiconduttori indesiderati sulla base dei modelli definiti. Le fasi di MBE e fotolitografia sono un processo iterativo che può essere utilizzato per costruire più strati e definire i singoli die sul substrato del wafer.
3. Metallizzazione: I contatti metallici vengono aggiunti al wafer per consentire la connessione elettrica alle regioni di tipo p e di tipo n, che includeranno il laser quando viene applicata la tensione.
4. Separazione degli stampi: Questo processo prevede il taglio del wafer in singole matrici prima del confezionamento.
5. Legame e imballaggio: Le singole matrici vengono poi confezionate in un modulo di pompa a diodi che può includere una pluralità di matrici insieme a elementi ottici associati per focalizzare l'uscita in una fibra. Il package è sigillato per proteggere il gruppo di diodi da fattori ambientali come polvere e altri contaminanti.
6. Test e caratterizzazione: Vengono eseguiti rigorosi burn-in e test per garantire che il modulo soddisfi le rigorose caratteristiche di qualità e prestazioni.
7. Integrazione e assemblaggio finale: Questi diodi di pompa vengono poi assemblati con componenti aggiuntivi, come una fibra attiva e l'elettronica di controllo, per creare una sorgente laser completa. La potenza può essere facilmente scalata utilizzando tecniche di combinazione delle fibre per consentire a più diodi di pompa di operare insieme all'interno della sorgente laser. Creando gruppi segregati di diodi di pompa e design avanzati delle fibre, è possibile realizzare tecnologie avanzate come il fascio a modalità regolabile.
