FAQ und Info

Dioden Array Module - Grundlagen und Unterschiede

Was ist ein Dioden Array Modul?

In der Showlaser-Branche werden zur Erzeugung von Laserlicht verschiedene Technologien genutzt. Zu den am häufigsten verwendeten gehören die:

  • DPSS (Diode Pumped Solid State Lasers = diodengepumpter Festkörperlaser) Technologie, welche die Funktion von Resonatoren nutzt um Laserlicht zu erzeugen
  • Dioden-Technologie, bei der emittierende Hochleistungs-Halbleiter-Bauelemente (LED) zusammen mit Optiken eingesetzt werden
  • OPSL (Optically Pumped Semiconductor Laser = optisch gepumpter Halbleiterlaser) Technologie, bei der mehr oder weniger das Resonatoren-Prinzip mit der Halbleitertechnologie vereint werden


Laserdioden unterscheiden sich von anderen Lösungen, da diese spezielle Charakteristiken aufweisen:
Während es möglich ist, mit einem einzigen DPSS- oder OPSL-Laserkopf mehrere Watt zu erzeugen, sind einzelne Laserdioden in ihrer Leistung eher beschränkt. Aus diesem Grunde müssen mehrere Dioden mit miteinander kombiniert werden um höhere Leistungswerte zu erzeugen.

Eine weitere Beschränkung bei Laserdioden liegt in der Erzeugung der Lichtfarben: Die Farbe eines Lasers hängt vom laseraktiven Material ab. Im Falle der Laserdiode ist das der Halbleiter. Daher sind gegenwärtig nur Rot (ca. 637nm) und Blau (445nm) übliche Farben für Laserdioden, da die Halbleiter, die zur Erzeugung dieser Farben verwendet werden, konstant sind und in einem guten Preis- / Leistungsverhältnis stehen. Unlängst hat OSRAM grüne Laserdioden mit einer Wellenlänge von 515nm auf den Markt gebracht.

Wie bereits erwähnt, sind die Leistungswerte von einzelnen Diodenlaserquellen beschränkt. Momentan liegen die Leistungsmaxima für

  • Rot 637nm: maximal bei ca. 170mW per Einzeldiode
  • Blau 445nm: maximal bei ca. 1500mW per Einzeldiode     und
  • Grün 515nm: maximal bei ca. 50mW per Einzeldiode

Um eine höhere Leistung erzielen zu können ist es notwendig, Dioden mit geringeren Leistungswerten in einem Modul zu zusammzuführen.


Um dies zu erreichen, werden zwei Möglichkeiten genutzt:

Zusammenführung über einen Polwürfel

Ein Polwürfel wird eingesetzt, um zwei Lasermodule mit unterschiedlicher Polarisation zusammenzuführen. Jede Diode kann in zwei unterschiedlichen Polarisierungen (hier dargestellt als A und B) aufweisen. Über den Polwürfel ist es nun möglich, eine Diode mit der Polarisation A mit einer zweiten Diode (Polarisation B) zusammenzuführen.

polarization-cube-combination - schematics


Es ist hingegen nicht möglich, A mit 2 x B usw. oder aber ein bereits zusammengeführter Strahl mit einem weiteren (AB mit A) zusammenzuführen. Der Vorteil eines Polwürfels besteht darin, dass zwei Dioden zu einem einzigen Punkt zusammengeführt werden können.

Wenn mehr als zwei Dioden zusammengeführt werden sollen, ist die gängigste Lösung das


Spiegelschnitt-Verfahren

Nach dem Prinzip des Spiegelschnitt-Verfahrens werden mehrere Laserdioden durch die Verwendung von kleinen Spiegeln extrem nahe aneinander gelegt. Das Resultat ist zwar kein einzelner Strahl, da aber die einzelnen dünnen Strahlen derart nahe aneinanderliegend das Modul verlassen, werden diese vom menschlichen Auge als ein Strahl wahrgenommen.


knife-edge-combination - schematics

Für gewöhnlich wird das Spiegelschnitt-Verfahren über zwei Ebenen durchgeführt: Eine Ebene mit Polarisation A und eine zweite mit Polarisation B. Nachdem die Strahlen mit Polarisation A und die mit Polarisation B jeweils über das Spiegelschnitt-Verfahren verdichtet wurden, werden diese über einen Polwürfel zusammengeführt. Der Vorteil liegt dabei in der Anzahl der einzelnen, durch das Spiegelschnitt-Verfahren erzeugten Punkte (der Laserstrahlen), die um die Hälfte reduziert werden und dadurch die Sichtbarkeit und die Strahlqualität deutlich erhöhen.


Qualitative Unterschiede bei den Dioden Array Modulen

Abhängig vom verwendeten Material und der Präzision in der Herstellung, sind auf dem Markt Dioden Array Module mit großen Unterschieden erhältlich.
SwissLas ist ein Spezialist auf dem Gebiet der High End Präzisionsfertigung von Laserdioden Array Modulen. Die überaus genaue Ausrichtung der einzelnen Dioden und dem daraus resultierenden sehr dünnen Laserstrahl mit hervorragenden Strahleigenschaften ergeben sich aus

  • der extrem präzisen Aluminiumfräsung
  • der richtigen Materialwahl (dabei ist z.B. dieTemperaturbeständigkeit is sehr wichtig)
  • die Verwendung von hochentwickelten elektronischen Komponenten, die in Deutschland entwickelt und hergestellt werden
  • die Verwendung von professionellen TEC-Modulen, die auf die einzelnen Module angepasst werden, um eine optimale Leistung erzielen zu können
  • fein-justierbare Spiegel für das Spiegelschnitt-Verfahren
  • die Verwendung von optischen hocheffizienten und kaum verlustbehafteten Komponenten
  • einem ausgeklügelten Wärme-Management

 

Warum ist es so wichtig, dass ein Laserstrahl so präzise wie möglich ist?

Als Faustregel gilt: Je dünner und präziser der Laserstrahl, desto weiter reicht dieser da er dann mit der größer werdenden Entfernung weniger Energie verliert.
Ein weiterer guter Grund, weshalb es so wichtig ist auf Qualitäts-Dioden-Array-Module zu setzen ist die Breite des Strahls. Ist ein breiter Strahl (bestehend aus mehreren Strahlen aus Einzeldioden) zusammen mit einem Scannersystem verknüpft, ist es sehr wichtig, dass dann auch kleine Scannerspiegel verwendet werden, da die Masseträgheit mit der Größe der Spiegel dramatisch ansteigt. Mit steigender Masseträgheit wird wiederum die Scanngeschwindigkeit und die Scanngenauigkeit drastisch reduziert.

SwissLas Diodenmodule haben extrem präzise Strahlen und können sogar mit den sehr kleinen CT-6210 Scannerspiegeln verwendet werden, was ein goßer Vorteil für die Scannqualität darstellt.


knife-edge-combination - beam profile



Beispiel für ein unpräzises (schlechtes) Spiegelschnittverfahren:

Auf unserem Beispielbild unten können sogar die einzelnen Dioden auf dem Frontglas des Dioden Array Modules zu zählen. Zwischen den einzelnen Strahlen ist viel freier Raum vorhanden. Um solch breite Strahlen bewerkstelligen zu können, ist die Verwendung von sehr großen Scannerspiegeln unerlässlich.

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Eine ausgezeichnete Lösung: SwissLas Dioden Array Module
Das Beispielbild unten zeigt einen Punkt, bei dem die einzelnen Dioden nicht gezählt werden können. Alle Farben treffen auf einen Punkt, der von keinem Schleier umgeben ist.
Beachten Sie bitte auch die kleinen Spiegel.

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Unsere hochpräzisen Produkte mit SwissLas Dioden Array Modulen finden Sie hier:

 

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