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シングルエミッターダイオード

シングルエミッターダイオード

レーザダイオードとは?

レーザダイオードとは?

レーザダイオードは、電気を利用してレーザ光を放出する半導体デバイスである。レーザダイオードは非常にエネルギー効率が高く、信頼性が高いが、出力は数百ワットまでしか出せない。そのため、産業用半導体レーザ、ダイオードレーザ、ファイバーレーザの大半は、最終出力として制御されたビームを放出するために光学系を使用する前に、ポンプカプラーを通してレーザ光を「励起」するために複数のダイオードに依存しています。

これらのレーザダイオードがどのように結合され、励起されるかというアーキテクチャは、最終的なレーザの信頼性と効率に劇的な影響を与えます。独自のダイオード技術プラットフォームにより、IPGファイバーレーザは、代替ファイバーレーザよりも高い出力と優れたビーム品質を達成することができます。

シングル・エミッタ・ダイオードとは?



産業用レーザメーカーが採用しているレーザダイオードのパワーを組み合わせる方法は様々です。一般的な方法は、バー、バースタック、またはモノリシックレーザダイオードアレイとして知られる大面積チップに沿って複数のエミッタを組み合わせることであり、1つのバー上のダイオードエミッタの数は約10から100まで様々です。正確な詳細はアプローチによって異なりますが、バー・アーキテクチャでは、各ダイオードが共通の電流源と熱管理システムを共有することになります。熱的・電気的クロストークはバーの寿命を大きく制限し、その性能に厳しい制約を与えます。バーやバースタックの寿命は一般に、最も弱いエミッターや信頼性の低いマイクロチャネル水冷システムによって制限されます。


IPGダイオードの優れた性能

  • 個別エミッター出力

  • カップリング効率

  • 連続波MTBF

  • 準連続波MTBF

  • エネルギー効率(ファイバー経由)

バーダイオード

  • 個別エミッター出力1~2W

  • カップリング効率50~75

  • 連続波MTBF5,000~10,000時間

  • 準連続波MTBF2,000~5,000時間

  • エネルギー効率(繊維中)25~35

IPGシングルエミッターポンプ

  • 各エミッター出力6~10W

  • カップリング効率90~95

  • 連続波MTBF>20,00時間

  • 準連続波 MTBF>20,000 時間

  • エネルギー効率(繊維中)50~60

シングルエミッターダイオードは、レーザ光源の独立した個々の励起素子として機能します。IPGファイバーレーザは、バー励起の欠点がない分散型シングルエミッターポンプ構造を採用しています。バーの場合とは異なり、シングルエミッターダイオードがいくつ故障しても、残りのダイオードの性能や信頼性には影響しません。このスケーラブルなモジュール設計により、IPGは事実上メンテナンスが不要なレーザを製造することができ、業界で最も長い寿命にわたって継続的に信頼できるレーザ性能を保証するために、任意の数の冗長ダイオードポンプを持つことができます。より多くのダイオードを追加することで、個々のダイオードからの要求が少なくなり、エネルギー効率も大幅に向上します。IPGシングルエミッターダイオードポンプ技術の非常に高い信頼性と効率性は、当社の研究所で証明されており、IPGレーザの有名なフィールド信頼性によって実証されています。

IPGダイオードが世界で最も効率的なレーザを実現

IPGダイオードが世界で最も効率的なレーザを実現

革新的なダイオード構造と厳格な品質要件への献身が、今日の市場で最もエネルギー効率の高いレーザの製造を可能にしています。IPG高効率ファイバーレーザの背後にある技術についてもっと知る。

さらに詳しく

IPGダイオードの製造

IPGは世界最大級のダイオードメーカーであり、IPGの施設からは毎年何メガワットもの定格ダイオード電力が出荷されています。IPGのダイオードは、電気通信で実証された技術とプロセスを使用して製造され、各ウェハは厳格な規格に適合しています。最高品質のダイオードのみを使用することへのこだわりは、IPGのファイバーレーザが市場で最も長い寿命と最高のエネルギー効率を提供することを保証するための重要な部分です。シングル・エミッタ・ダイオードの製造には、最終的な半導体デバイスを作成するための多くの複雑な工程が含まれます。

(1)ウェハー成長(2)フォトリソグラフィとエッチング(3)メタライゼーション(4)ダイ分離(5)ボンディングとパッケージング(6)テストと特性評価(7)統合と最終アセンブリ

 

1.ウェハー成長:分子線エピタキシー(MBE)を用いて、ウェハーをプロセスチャンバーにロードし、ウェハー上に複数の層または蒸着を行う。反復プロセスにより、p型とn型の材料が堆積され、pn接合が形成される。電流によって駆動されると、この接合部で発光状態が発生する。

2.フォトリソグラフィーとエッチング:フォトリソグラフィーは、ウェハー上にパターンを定義し、ウェハーの異なる領域を定義するために使用されるプロセスである。フォトレジストを塗布し、マスクを通して露光することで、精密なパターンを形成する。その後、定義されたパターンに基づいて不要な半導体材料を除去するためにエッチングプロセスが使用される。MBEとフォトリソグラフィーの工程は、ウェハー基板上に複数の層を形成し、個々のダイを定義するために使用できる反復プロセスである。

3.メタライゼーション:p型領域とn型領域の電気的接続を可能にするため、ウェハーに金属接点を追加する。

4.ダイの分離:この工程では、パッケージングの前にウェハーを個々のダイに切断する。

5.ボンディングとパッケージング:個々のダイは次に、出力をファイバーに導くための関連する光学素子とともに複数のダイを含むダイオードポンプモジュールにパッケージされる。パッケージは、ほこりやその他の汚染物質などの環境要因からダイオードアセンブリを保護するために密封される。

6.試験と特性評価:厳密なバーンインとテストを実施し、モジュールが厳格な品質・性能特性を満たしていることを確認する。

7.統合と最終組立:これらのポンプ・ダイオードは、アクティブ・ファイバーや制御エレクトロニクスなどの追加コンポーネントと組み合わされ、完全なレーザ光源となる。複数のポンプ・ダイオードをレーザ光源内で一緒に動作させるために、ファイバー・コンバイニング技術を使用することで、パワーを簡単に拡張することができます。分離されたポンプダイオードのグループと高度なファイバー設計を作成することにより、アジャスタブルモードビームのような高度な技術が可能になります。

IPGイメージ

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IPGファイバーレーザ技術についてもっと知りたい方、プロジェクトをお考えの方、レーザのエキスパートがお手伝いいたします。