So wählen Sie eine Laserdiode aus: Leitfaden zu Wellenlänge, Leistung und Verpackung

So wählen Sie die richtige Laserdiode für Ihre Anwendung aus

Bei der Auswahl der richtigen Laserdiode müssen Wellenlänge, optische Leistung, Betriebsmodus, Gehäuse, Strahleigenschaften, Treiberanforderungen und Wärmemanagement in Einklang gebracht werden. In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Spezifikationen erläutert, die Ingenieure und OEM-Käufer prüfen sollten, bevor sie eine Laserdiode für LiDAR-, medizinische, industrielle, Sensor-, Pump- und andere Anwendungen auswählen.

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Auswahl eines geeignetenLaserdiodeDabei geht es um mehr als nur die Angabe von Wellenlänge und Ausgangsleistung. Das Gerät muss außerdem zum optischen System, zum Treiber, zum Kühldesign, zum Betriebsmodus und zu den Anwendungsanforderungen passen.

Eine schlechte Auswahl kann zu geringer Systemeffizienz, instabiler Leistung, Überhitzung oder verkürzter Lebensdauer führen. Bei OEM-Geräten, Industriesystemen, medizinischen Geräten, LiDAR, Sensorik, Laserpumpen und wissenschaftlichen Instrumenten lohnt es sich, vor der Auswahl eines Teils die wichtigsten Spezifikationen zu prüfen.

Die Wellenlänge ist normalerweise der erste zu definierende Parameter, da verschiedene Materialien, Detektoren und optische Komponenten unterschiedlich auf Licht reagieren.

Zu den gängigen Wellenlängen von Laserdioden gehören:

Die richtige Wellenlänge hängt von den Absorptionseigenschaften des Zielmaterials, der Detektorempfindlichkeit und den im System verwendeten optischen Komponenten ab.

Zum Beispiel,808-nm-Laserdiodenwerden häufig für das Festkörperlaserpumpen verwendet905 nm gepulste Laserdiodenwerden häufig in Entfernungsmess- und LiDAR-Systemen verwendet.

Notiz:VCSELs werden auch häufig in der 3D-Sensorik und einigen LiDAR-Anwendungen eingesetzt, während kantenemittierende Laserdioden in Hochleistungspump- und Industriesystemen nach wie vor üblich sind.

Sobald die Wellenlänge definiert ist, berechnen Sie, wie viel optische Leistung tatsächlich benötigt wird, um das Ziel zu erreichen.

Die Nennleistung einer Laserdiode ist nicht gleich der nutzbaren Leistung nach dem optischen System. Verluste können durch Linsen, Spiegel, Schutzfenster, Filter, Strahlformungsoptiken und Faserkopplung auftreten.

Die Verwendung von deutlich mehr Strom als nötig kann die Komponentenkosten, die Wärmeerzeugung, die Anforderungen an die Stromversorgung und die Anforderungen an die Lasersicherheit erhöhen.

Gleichzeitig kann der kontinuierliche Betrieb einer Laserdiode nahe ihrer absoluten Maximalleistung die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen.

Bei Hochleistungsanwendungen ist es im Allgemeinen besser, einen gewissen Betriebsspielraum zuzulassen, als sich an der maximalen Spezifikation zu orientieren.

Laserdioden werden üblicherweise im Dauerstrich- (CW) oder gepulsten Modus betrieben.

CW-Laserdiodenbieten eine kontinuierliche optische Leistung und werden häufig in Laserpumpen, medizinischen Geräten, Beleuchtung, Industriesystemen und wissenschaftlichen Instrumenten eingesetzt.

Gepulste Laserdiodenerzeugen kurze optische Impulse und werden häufig in LiDAR, Laser-Entfernungsmessern, Flugzeitsystemen und optischen Sensoren verwendet.

Bei gepulsten Anwendungen reicht die Spitzenleistung allein nicht aus, um das Gerät zu bewerten. Pulsbreite, Wiederholungsrate, Arbeitszyklus, Antriebsstrom und thermische Grenzen sollten ebenfalls überprüft werden.

Eine Laserdiode, die bei kurzen Impulsen eine hohe Spitzenleistung erzeugen kann, ist möglicherweise nicht für den Dauerbetrieb bei gleicher Ausgangsleistung geeignet.

Das Gehäusedesign beeinflusst die Wärmeableitung, die mechanische Montage, die optische Ausrichtung und die Systemintegration.

TO-Kann

TO-can-Laserdioden, einschließlich TO-18-, TO-56- und TO-9-Gehäuse, sind kompakt und werden häufig in Ausrichtungs-, Erfassungs-, Mess- und optischen Systemen mit niedriger bis mittlerer Leistung verwendet.

C-Mount

C-Laserdioden werden oft für Anwendungen mit höherer-Leistung ausgewählt, bei denen eine effiziente Wärmeübertragung erforderlich ist. Sie können direkt auf einem externen Kühlkörper montiert werden.

Faser-Gekoppelt

Fasergekoppelte Laserdioden liefern die optische Ausgabe über eine optische Faser. Dies ist nützlich, wenn die Laserquelle vom Ausgabepunkt entfernt platziert werden muss oder wenn die optische Ausrichtung im Freiraum schwierig zu implementieren ist.

Bei Systemen mit höherer{0}Leistung sollte die Paketauswahl zusammen mit dem Kühldesign berücksichtigt werden.

Kantenemittierende Laserdioden erzeugen normalerweise keinen perfekt kreisförmigen Strahl.

Die Divergenz der schnellen -Achse ist typischerweise viel größer als die Divergenz der langsamen -Achse, insbesondere bei Geräten mit hoher-Leistung.

Zu den wichtigsten Strahlparametern gehören:

• Schnelle-Achsendivergenz
• Langsame-Achsendivergenz
• Strahlgröße
• Strahlprofil
• Astigmatismus
• Faserkerndurchmesser und numerische Apertur für fasergekoppelte Geräte

Anwendungen, die einen kollimierten oder eng fokussierten Strahl erfordern, erfordern möglicherweise zusätzliche Optiken.

Aus diesem Grund können zwei Laserdioden mit gleicher Wellenlänge und Nennausgangsleistung im gleichen optischen System sehr unterschiedliche Leistungen erbringen.

Laserdioden sind strombetriebene Halbleiterbauelemente und sollten normalerweise mit einem geeigneten Konstantstrom-Laserdiodentreiber betrieben werden.

Zu den wichtigen elektrischen Spezifikationen gehören:

• Betriebsstrom
• Schwellenstrom
• Maximaler Strom
• Vorwärtsspannung
• Pisteneffizienz

Stromspitzen und elektrostatische Entladungen können die Laserverbindung beschädigen, manchmal ohne dass ein sofortiger Ausfall sichtbar ist. Ein ordnungsgemäßer Treiberschutz und ein ESD-sicherer Umgang sind daher bei Tests, Montage und Produktion wichtig.

Ebenso wichtig ist das Wärmemanagement. Mit steigender Sperrschichttemperatur können sich Ausgangsleistung, Wirkungsgrad, Schwellenstrom, Wellenlänge und Lebensdauer ändern.

Abhängig von der Leistungsstufe können die Kühlmethoden passive Kühlkörper, Zwangsluftkühlung, thermoelektrische Kühler oder Wasserkühlung sein.

Für wellenlängenempfindliche Anwendungen wie Laserpumpen kann auch eine aktive Temperaturregelung erforderlich sein, da sich die Emissionswellenlänge mit der Temperatur verschiebt.

Zwei als „808-nm-5-W-Laserdioden“ beworbene Produkte sind möglicherweise nicht austauschbar.

Verlassen Sie sich nicht nur auf Headline-Spezifikationen. Vergleichen Sie das vollständige Datenblatt, bevor Sie eine Bestellung aufgeben.

Überprüfen Sie bei OEM-Anwendungen auch die absoluten Höchstwerte, Lagerbedingungen, Montageempfehlungen und alle verfügbaren Lebensdauer- oder Zuverlässigkeitsdaten.

Die Auswahl eines Geräts nur auf der Grundlage der Wellenlänge und der optischen Nennleistung kann später zu Integrationsproblemen führen.

Unterschiedliche Anwendungen legen unterschiedliche Prioritäten auf die Spezifikationen der Laserdioden.

FürLiDAR und Entfernungsmessung, Impulsbreite, Spitzenleistung, Wellenlänge, Schaltgeschwindigkeit und Detektorkompatibilität sind wichtig.

Fürmedizinische LasergeräteWellenlängenstabilität, Ausgabekonsistenz, thermische Kontrolle und langfristige Zuverlässigkeit können wichtiger sein.

FürIndustrie- und Laser-PumpsystemeIngenieure konzentrieren sich oft auf optische Leistung, Effizienz der Steckdosen, Kühlung, Robustheit des Gehäuses und Lebensdauer.

Bevor Sie einen Lieferanten kontaktieren, ist es sinnvoll, Folgendes zu definieren:

• Erforderliche Wellenlänge
• Erforderliche optische Ausgangsleistung
• CW- oder Pulsbetrieb
• Bevorzugtes Paket
• Verfügbare Kühlmethode
• Strahl- oder Faseranforderungen
• Betriebsumgebung
• Erwartete Lebensdauer

Die Angabe dieser Angaben erleichtert dem Lieferanten die Identifizierung geeigneter Laserdiodenoptionen.

Es gibt keine einzelne „beste“ Laserdiode. Die richtige Wahl ist die, die zum gesamten System passt.

Beginnen Sie mit der Wellenlänge und der nutzbaren optischen Leistung und bewerten Sie dann den Betriebsmodus, das Gehäuse, die Strahleigenschaften, die Treiberanforderungen und das Wärmemanagement.

Bei OEM- oder Spezialanwendungen kann die Durchsicht des vollständigen Datenblatts und die Weitergabe der tatsächlichen Betriebsbedingungen an den Lieferanten dazu beitragen, Integrationsprobleme zu reduzieren und die langfristige Zuverlässigkeit zu verbessern.

Unser technisches Team unterstützt Sie bei der Auswahl und Anpassung der OEM-Laserdioden. Wenn Sie Hilfe bei der Auswahl einer geeigneten Wellenlänge, Leistungsstufe, eines geeigneten Pakets oder Betriebsmodus benötigen, können Sie uns gerne kontaktierenKontaktieren Sie unser Engineering-Team.