Ingeniería de módulos láser

[Módulos láser: de diodo, infrarrojo (IR), de línea, generador de línea y de cruz]

[Introducción a los módulos láser]

[Estructura del módulo láser de diodo]

[Módulos láser DPSS más comunes]

[Seguridad láser]

Módulos láser: de diodo, infrarrojo (IR), de línea, generador de línea y de cruz

Esta guía de módulos láser presenta la línea de productos de IADIY, que incluye módulos láser de diodo RGB, módulos láser infrarrojos, módulos láser de línea y módulos láser de diodo personalizados, facilitando la búsqueda y comparación según las características de cada módulo láser. Puedes desplegar el acordeón de la guía de módulos láser a continuación para revisar la lista completa y las explicaciones relacionadas con cada módulo láser de diodo.

Además de los tipos estándar de módulos láser de diodo, ofrecemos módulos láser de diodo con diferentes longitudes de onda y opciones de potencia. También ofrecemos módulos láser fabricados a medida según tus requisitos. Por favor, envíanos tus especificaciones o deja tu mensaje en los comentarios a continuación. ¡Te responderemos pronto!

Te invitamos a visitar nuestra tienda en línea de módulos láser: https://www.iadiy.com/laser-module

IADIY ofrece módulos láser estándar convenientes para pedidos rápidos y sencillos de muestras o pequeñas cantidades a través de nuestra tienda en línea.

También ofrecemos y damos la bienvenida a pedidos de módulos láser personalizados con cualquier requisito de especificación. Si no encuentras el módulo láser adecuado para tu aplicación, envía tus consultas a sales@iadiy.com y describe brevemente tus requisitos o aplicaciones. Te responderemos en muy poco tiempo (normalmente en un plazo de dos días hábiles).

Introducción a los módulos láser

Existen 2 tipos principales de módulos láser en el mercado: los módulos láser de diodo y los módulos DPSS.

Lo que llamamos "módulo láser de diodo" es un dispositivo compuesto por un diodo láser que puede conectarse directamente a una fuente de alimentación.

Un "módulo láser de diodo" suele estar compuesto por un diodo láser, una placa de circuito controlador, una lente óptica (una lente colimadora láser, un generador de línea láser o un elemento óptico difractivo generador de patrones DOE) y componentes mecánicos. En los módulos láser de alta potencia, también se incluye un TEC adicional para la disipación de calor. La luz láser emitida por el diodo láser tiene un ángulo de divergencia amplio, por lo que la mayoría de las aplicaciones requieren una lente colimadora que convierja la luz láser en un haz colimado. En aplicaciones que requieran un haz láser no colimado, IADIY también diseña componentes ópticos complementarios que se ensamblan después del haz colimado, con el fin de lograr el patrón deseado.

Otra ventaja de los módulos láser de diodo completos frente a los diodos láser individuales es la presencia de un circuito controlador específico para el diodo láser. Los diodos láser son componentes fáciles de dañar que necesitan un suministro de voltaje y corriente de trabajo adecuado para alcanzar una potencia de salida estable, especialmente al considerar las certificaciones de seguridad ocular.

El otro tipo principal de módulo láser utiliza tecnología DPSS (láser de estado sólido bombeado por diodo). Estos módulos láser DPSS se aplican principalmente en usos de alta potencia o se diseñan para longitudes de onda específicas.

Estructura del módulo láser de diodo

- un diodo láser
- una lente óptica
- un circuito controlador láser
- propiedades ópticas y mecánicas

Módulos láser DPSS más comunes

Las radiaciones electromagnéticas con longitudes de onda en el rango de 400nm a 700nm son percibidas por el ojo humano como luz visible. Los láseres suelen mostrar un espectro de longitud de onda muy estrecho. Un diodo láser emite únicamente en una longitud de onda determinada, dependiendo del material semiconductor con el que está fabricado. Los módulos láser DPSS utilizan cristales para modificar la longitud de onda de un diodo láser y convertirla en una diferente.

El láser de estado sólido más común en uso es el módulo láser verde DPSS de 532 nm. Un diodo láser infrarrojo de 808 nm de longitud de onda inyecta luz en un cristal dopado con neodimio, que emite luz de 1064 nm de longitud de onda gracias a las propiedades de los iones de neodimio. Esta frecuencia de luz se duplica luego mediante un proceso óptico no lineal al pasar por un cristal de KTP, produciendo así luz de 532 nm (cuando una frecuencia se duplica, la longitud de onda correspondiente se reduce a la mitad). Los láseres verdes DPSS suelen mostrar una eficiencia de ~20% (aunque algunos láseres pueden alcanzar hasta un 35% de eficiencia). Por ejemplo, un módulo láser verde DPSS que utilice un diodo láser de 2,5 W produciría entre 500 y 900 mW de luz de 532 nm.

Los láseres azules DPSS utilizan un proceso similar, salvo que la luz de 808 nm es convertida por el cristal de neodimio en luz de 946 nm (seleccionando otras propiedades del neodimio), que luego se duplica en frecuencia a 473 nm mediante otro cristal (cristal de borato de bario beta o triborato de litio). Estos últimos materiales muestran ganancias más bajas, por lo que los láseres azules DPSS solo alcanzan una eficiencia de entre el 3% y el 5%, y la potencia de salida general será menor.

Los láseres amarillos DPSS utilizan un proceso aún más complicado. Un diodo de 808 nm genera luz de 1.064 nm y 1.342 nm, que luego se combinan para producir 593,5 nm. Los láseres amarillos DPSS presentan una eficiencia aún menor debido a su complejidad (alrededor del 1%), y también son más costosos. Otro método para lograr luz láser amarilla consiste en combinar luz de 1.064 y 1.319 nm, que se suman para dar 589 nm. Este proceso es más eficiente: aproximadamente un 3%.

1. Diodo láser

- Principales características del diodo láser: longitud de onda, potencia de salida, temperatura de operación.
Nuestra lista de productos de diodos láser está disponible en https://www.iadiy.com/custom-laser-module , y otras características del diodo láser como el ángulo de divergencia, el modo y otros detalles pueden consultarse en la introducción al diodo láser. Podemos ofrecer módulos láser de diodo con longitudes de onda que incluyen 405 nm, módulo láser azul de 450 nm, módulo láser verde de 520 nm, 635 nm, módulo láser rojo de 650 nm hasta un módulo láser infrarrojo de 1550 nm, y la potencia de accionamiento del módulo láser puede ser igual o inferior a la potencia de operación de su diodo láser (según lo indicado en la hoja de datos correspondiente del diodo láser).

2. Lente óptica: lente colimadora + otras lentes funcionales (generador de línea láser, generador de patrones láser o componentes ópticos de funciones especiales)

Las siguientes son las especificaciones ópticas básicas que debemos acordar antes de iniciar cualquier producción de módulos láser.
- Características principales para la colimación del haz: ángulo de divergencia, tamaño del punto láser.
- Elección del patrón láser: punto láser, línea láser, línea en cruz láser, o cualquier tipo de patrón láser logrado mediante el uso de DOE (elementos ópticos difractivos).

Lente colimadora láser: la clave para el haz colimado

Por lo general, la luz láser emitida por el diodo láser es divergente, y la mayoría de las aplicaciones necesitan que el haz láser sea un haz de luz recto. Para ello se necesita la lente colimadora, que enfoca la luz láser divergente hasta un ángulo de divergencia muy pequeño, proceso que denominamos colimación láser. El ángulo de divergencia del haz láser, el tamaño del punto del haz, e incluso el ancho de la línea láser o la nitidez del patrón láser DOE dependen del rendimiento de la colimación láser. La lente colimadora es clave para cumplir los requisitos del haz colimado. Para la selección de lentes colimadoras, puedes consultar nuestra tienda de lentes ópticas.

Propiedades del módulo láser de línea / generador de línea láser / módulo láser de cruz

El módulo láser de línea proyecta un patrón de línea láser con un ángulo de apertura determinado. La longitud de la línea láser depende del ángulo de apertura y la distancia: es más larga cuanto mayor es la distancia y el ángulo de apertura. Los ángulos de apertura estándar de los módulos láser de línea de IADIY son 40°, 60°, 90° y 110°, entre los que se puede elegir. La serie estándar de módulos láser de línea solo acepta personalización del ángulo de apertura, sin otras modificaciones especiales. En aplicaciones reales, la mayoría de los clientes tienen requisitos sobre el ancho de la línea láser, la precisión del centro de la línea láser, la precisión de la rectitud de la línea láser y la uniformidad de potencia de la línea láser. Una mayor precisión requiere más tiempo para la alineación del módulo láser de línea. En particular, el requisito de uniformidad de potencia láser puede requerir el uso de lentes generadoras de línea láser de distinto nivel. Si tienes estos requisitos, consulta nuestra línea de productos de módulos láser de línea de alta gama y envíanos tu aplicación y requisitos detallados. Intentaremos optimizar tus requisitos para modificar el módulo láser de línea de la forma más rentable para tu aplicación.

- Principales características del módulo láser de línea: ángulo de apertura o longitud de la línea láser, ancho de la línea láser, precisión de rectitud (curvatura) de la línea láser a la distancia de trabajo, rango de uniformidad de potencia de la línea láser, requisitos de eje de mira: requisitos de centrado, inclinación y rotación.

Para el módulo láser de línea IR, IADIY ha diseñado especialmente el DOE generador de línea láser para aplicaciones de detección infrarroja, como robots, reconocimiento de gestos y detección de movimiento. Cuenta con mejor uniformidad de potencia y características de alta calidad para producción. La escala económica de módulos láser de IADIY puede ofrecerte el módulo láser de línea IR con la mejor relación costo-eficiencia.

※ Para los láseres de línea, especificaciones como el ancho de la línea láser, el ángulo de apertura, la uniformidad de la línea láser, el centro de la línea en cruz, los requisitos mecánicos o el marcado original pueden modificarse adicionalmente. El diámetro de nuestro módulo láser de línea estándar es de 9 mm, pero todas las dimensiones pueden ajustarse según tus necesidades.

Generador de patrones láser (patrones láser DOE)

Puedes consultar algunos de nuestros patrones láser DOE disponibles en nuestra página dedicada a DOE, o contactarnos en sales@iadiy.com.

※ Tamaño del punto: el tamaño del punto láser tiene una relación directa con la distancia de proyección. Si puedes definir la distancia de funcionamiento de tu láser, ajustaremos el enfoque de la lente colimadora óptica para satisfacer los requisitos de tu aplicación. IADIY puede calcular estos parámetros por ti y comunicarte el posible resultado para tu evaluación posterior.

※ IADIY cuenta con capacidad de diseño óptico para diseñar y crear nuevos componentes ópticos, como lentes colimadoras láser, elementos ópticos difractivos, etc., según tus requisitos. Si tienes alguna pregunta, no dudes en contactarnos.

3. Circuito controlador láser

El circuito controlador de los módulos láser puede ser APC (Control Automático de Potencia) o ACC (Control Automático de Corriente). Un módulo láser controlado por un controlador APC ajustará automáticamente la corriente de entrada para producir un valor constante de potencia óptica de salida. Un módulo láser controlado por un controlador ACC, por otro lado, tendrá un valor constante de corriente de entrada, mientras que la potencia de salida puede variar en un porcentaje según los cambios de temperatura.

Además del modo CW (modo de onda continua), nuestros módulos láser pueden diseñarse para aceptar una modulación TTL si es necesario. Puede fijarse para funcionar a una frecuencia determinada (Hz) o un ciclo de trabajo específico, o puede alternarse mediante una entrada PWM externa. La mayoría de las aplicaciones se preocupan principalmente por la potencia láser para la seguridad ocular o la detección láser. Es necesario considerar una potencia de salida láser estable o ajustar la potencia según los requisitos de la aplicación. Normalmente sugerimos el circuito controlador APC para este tipo de aplicaciones, o puede que necesites añadir un fotodiodo externo que monitorice la potencia para su control, ya que la eficiencia de emisión del diodo láser puede variar según la temperatura, el entorno y la vida útil. Necesitas monitorizar la potencia de salida real para poder mantenerla estable según tus necesidades. La corriente de accionamiento solo sirve como referencia y no puede equivaler exactamente a la potencia de salida láser.

- Principales características del circuito controlador láser: rango de voltaje de operación, modo CW o de modulación por pulsos (control de señal TTL/PWM: rango de frecuencia), requisitos de corriente de accionamiento, modo APC o ACC, requisitos de seguridad del módulo láser o protección del circuito.

Potencia de salida láser

La potencia de salida de un láser puede medirse con un medidor de potencia. Los láseres pueden funcionar en modo CW (modo continuo) o en modo pulsado. La potencia de los pulsos puede calcularse en función de su potencia media o de la potencia máxima de cada pulso. La potencia media de los láseres varía desde menos de 1 mW para punteros láser y otros productos de consumo, hasta varios kW para aplicaciones de corte láser o sistemas de armas láser, etc.

En las aplicaciones láser, el control de potencia es una característica importante, razón por la cual los módulos láser suelen necesitar circuitos controladores específicos. Además, la potencia de salida de los diodos láser es sensible a la temperatura del entorno. Normalmente regulamos los módulos láser mediante un método de control APC (Control Automático de Potencia) para aplicaciones de menos de 5 mW y para la certificación de seguridad ocular. Dicho circuito requiere un fotodiodo para medir la potencia de salida del láser y retroalimentarla al controlador, ajustando la corriente para lograr un rango de potencia de salida estable. Las aplicaciones con modulación por pulsos también pueden controlarse para lograr una potencia de salida media estable gracias a la retroalimentación del fotodiodo.

Otro tipo de controlador láser utiliza el método de control ACC (Control Automático de Corriente), empleado en módulos láser de mayor potencia (>10 mW) para aplicaciones que pueden tolerar mayores variaciones de potencia, pero que podrían no ser adecuadas para la certificación de seguridad ocular.

IADIY también ofrece módulos láser con potencia de salida variable, que puede lograrse mediante control de modulación digital o analógica. También podemos preparar diseños personalizados según tus requisitos; no dudes en contactarnos en sales@iadiy.com.

4. Propiedades ópticas y mecánicas

Las carcasas de los módulos láser pueden diseñarse en muchas formas y con diferentes materiales; sus superficies pueden tratarse para distintos entornos de funcionamiento, como el anodizado para aislamiento eléctrico, entre otros. Algunas diferencias en el diseño de la carcasa del módulo láser pueden ayudar a alcanzar distintas temperaturas de funcionamiento, actuando como disipador de calor para ofrecer la mejor protección a los componentes internos. Además, algunas características ópticas se diseñan y alinean mediante la estructura mecánica, como la distancia focal o el eje de mira (tolerancia coaxial); las características de la línea láser aumentarán el tamaño y la complejidad de las dimensiones mecánicas.

- Principales características de los requisitos mecánicos: requisitos de dimensiones, precisión del eje de mira o ángulo coaxial del módulo láser.

Seguridad láser

Desde los primeros láseres en 1964, quedó claro que esta fuente de luz tenía la potencia no solo para realizar el trabajo requerido, sino que también podía ser muy peligrosa si se operaba de forma inadecuada. Las directrices de seguridad láser se redactaron para los consumidores, y los niveles de potencia suelen expresarse para láseres de onda continua y luz visible. Actualmente, los láseres se dividen en Clase 1, Clase 1M, Clase 2, Clase 2M, Clase 3R (3A), Clase 3B y Clase 4. Para láseres pulsados y longitudes de onda invisibles, pueden aplicarse otros límites de potencia. En EE. UU. se considera que los láseres de Clase 1 a Clase 3R (3A) son seguros para los consumidores, mientras que la UE exige que los láseres para productos de consumo sean de Clase 1, Clase 2, Clase 1M o Clase 2M. Se recomienda a las personas que trabajan con láseres de Clase 3B y Clase 4 proteger sus ojos con gafas de seguridad diseñadas para absorber la luz de una longitud de onda específica.

A continuación se enumeran las principales características y requisitos del sistema de clasificación especificado por la norma IEC 60825-1, junto con las etiquetas de advertencia habituales. Además, las clases 2 y superiores deben llevar la etiqueta de advertencia triangular que se muestra aquí, y en casos específicos se requieren otras etiquetas que indican emisión láser, aberturas láser, riesgos para la piel y longitudes de onda invisibles.

Como fabricante profesional de módulos láser, todos los módulos láser estándar de IADIY cumplen con los requisitos de seguridad ocular y ayudamos a nuestros clientes a obtener la certificación de sus productos láser. Puedes encontrar más información sobre seguridad láser en el enlace correspondiente.