OPSL 优势白皮书系列第 4 期：
卓越的可靠性——庞大的安装基数

无与伦比的可见光和紫外线可靠性

在过去的50年里，连续波（CW）可见光和激光器 应用激光器 多种不同技术的支持。最初是离子激光器，随后是灯泵浦固态激光器、二极管泵浦固态激光器（DPSS）、激光二极管模块，如今则是OPSL技术。 作为领先的激光器制造商高意 利用上述所有技术高意 众多成功产品。这使我们能够凭借无与伦比的现场经验，客观地比较每种激光器的性能与优势。在所有这些激光器类型中，OPSL已被证明是最可靠的类型之一，且使用寿命极长——见图1。 例如，我们的低功率 OBIS 和Sapphire 系列已验证 B5 值为 20,000 小时。这一令人印象深刻的数值意味着 95% 的激光器 在运行 20,000 小时后激光器 保持规定的性能。没有任何其他可见光或紫外连续波激光技术 超越这一数据。

高可靠性与长寿命的结合，是OPSL在市场上取得成功的关键因素，无论对于终端用户还是OEM厂商皆是如此。目前已有近10万台功率范围从毫瓦级到数瓦级的OPSL投入实际应用，这充分证明了该产品在市场上的广泛认可与成功。 在生命科学仪器、半导体检测以及壮观的户外灯光秀等广泛应用领域，高意 （OPSL）高意 确立了其在可见光和紫外激光器首选地位。此外，在生命科学领域，许多OEM厂商目前正在设计第三代和第四代仪器，均采用高意 。

可靠的降额泵二极管

激光器的可靠性和稳定性取决于其组件的性能。在OPSL中，泵浦二极管是关键的活性组件，它负责将电能最初转换为光能。 该OPSL采用近红外InGaAs增益芯片。这种设计方案的一大优势在于，该增益芯片可被808 nm光以最优方式泵浦。这使得能够使用基于砷化镓 GaAs）的泵浦二极管。GaAs二极管代表了最成熟的半导体激光技术 之一激光技术 电信 数据存储激光技术 令人惊叹的长期可靠性记录。

高意 垂直整合的激光器制造商，所有关键组件和子组件均由我们自主设计、制造、组装和测试。正因如此，我们始终处于808 nm二极管研发的前沿，开创了多项创新技术，将使用寿命延长至数万小时。 其中一些有据可查的突破包括：在二极管内部开发出无铝活性区（称为^AAA™技术），以及在封装技术方面率先采用硬焊等创新。此外，对 DILAS 团队的收购为高意带来了更丰富的封装专业知识。

与许多其他类型的激光二极管不同，我们OPSL中使用的808 nm泵浦二极管可在室温下产生高功率密度。这不仅省去了昂贵且复杂的冷却组件，还消除了这些冷却系统可能导致的故障隐患。 当然，激光二极管的发射波长会随温度变化。但增益芯片的吸收带宽非常宽，这与DPSS激光器中晶体 具有窄吸收峰的情况不同。因此，无需精确维持泵浦二极管的波长，进而也不需要精确控制其温度。这消除了导致长期性能退化的另一种潜在机制。

此外，高意 泵浦二极管始终在降额功率水平下工作，并留有充足的余量。这是这些泵浦二极管使用寿命长的主要因素，同时也允许安全地提高驱动电流，以抵消泵浦激光器长期使用中自然产生的轻微老化。

可靠、增益稳定的介质

半导体增益芯片是另一个关键组件，也是OPSL所独有的。增益盘的全称实际上是光泵浦垂直腔面发射激光器（VCSEL）。这种单片III-V族半导体芯片包含三元量子阱（InGaAs）层与二元（GaAs）层交替排列的结构。 VCSEL架构的主要优势在于其输出光垂直于有源结发射，即通过器件的大面积区域发射，而非通过狭窄的不对称边缘端面。 由此产生的大直径圆形对称输出光束，使得输出端面的光功率密度远低于可见光二极管中典型的边缘结构。这是OPSL与可见光激光二极管的主要区别，使得OPSL能够实现简单的功率扩展，并消除了端面功率损伤作为失效机制的可能性。 鉴于面损伤在某些可见光二极管中仍是主要的失效机制，避免面部高强度辐射是可见光和紫外线OPSL固有寿命长于其直接泵浦二极管同类产品的原因之一。此外，由于增益介质是大面积半导体，它不会出现二极管泵浦固态（DPSS）激光器晶体 产生的色心缺陷积累问题。

因此，OPSL中的两个关键有源元件——泵浦二极管和增益芯片——都具备显著提升可靠性并延长使用寿命的潜力。为了充分发挥这一潜力高意 多项重要的设计创新，这些创新源于我们作为激光器 供应商激光器 OEM厂商、工业 及科学 激光器 五十余年的丰富经验。

整体式结构与PermAlign技术

许多老旧激光器 性能随时间激光器 的主要原因在于腔体对准的失效。反复的自然热循环，以及环境振动和搬运冲击的长期影响，都会导致激光腔光学元件 位移。这至少会导致模式质量下降，例如_TEM00激光器退化为多模输出光束。此外，还会导致功率下降，最坏的情况下甚至会导致完全无法发光。 过去，此类偏移通常由终端用户或维修工程师通过“微调”光学元件使其恢复正确对准来校正。像高意 激光器制造商早已高意 ，这种方法在现代应用中并不可行，也不被接受，特别是在激光器被集成在OEM仪器内部的情况下。解决方案 OPSL解决方案 采用了两项久经考验的解决方案 ，从而彻底消除了对准偏差作为故障原因的可能性。

高意 OPSL激光器覆盖了广泛的输出功率范围——见图3。在我们的较小尺寸OPSL激光器（如Sapphire 激光器）中，激光腔体组装在一块小型陶瓷基板上。此外，我们的OPSL激光器广泛采用了我们独有的、已获专利的PermAlign™安装座。 大多数可调式光机支架都包含调节螺钉和一个或多个锁紧螺钉，旨在固定最终的调整结果。但即使是此类高品质支架，其对准状态也会随着时间的推移而发生漂移，原因包括环境振动和/或机械冲击，以及因使用不同金属而产生的热影响。相比之下，PermAlign™ 支架采用单件式金属结构，光学元件 永久焊接在其上。 随后，在监测光束对准和激光性能的同时，对金属支架本身的形状进行精细调整，直至达到最终对准状态。因此，此类支架中不存在任何可能移动或滑动的部件。

其他实际考虑因素

激光器 设计和制造方面的丰富经验激光器 OPSL中另外两个可能导致性能下降或故障的因素：增益介质的升温以及光学表面的污染。 具体而言，我们实施了一套有效的冷却方案，直接降低了OPSL增益芯片的温度。该冷却方案基于一项全新的专有安装技术，可将芯片直接固定在散热器上。这是这些激光器使用寿命长的重要因素之一。增益芯片的高效冷却还带来额外的好处，即在给定的器件尺寸下能够提取更高的功率。

此外，我们在产品设计阶段采用了HALT（高度加速寿命试验），在产品制造阶段采用了HASS（高度加速应力筛选）。HALT的概念旨在回答这样一个问题：“如何在不制造数百台设备、不进行数万小时测试的情况下，最大限度地提高产品设计的可靠性？” 在开发过程中，工程样机将承受远超正常工作条件的极限载荷（通常涉及温度、机械冲击/振动、驱动电流/功率，或这些参数的组合），以诱发故障。随后对这些故障模式进行分析，并通过“设计消除”将其从产品中剔除；在极端条件下消除故障模式，可确保这些故障模式在正常工作条件下不会产生影响。 另一方面，HASS（高加速寿命测试）则采用类似但强度较低的条件（仍超出标准运行范围），用于筛查材料问题或工艺缺陷。各技术领域和产品均采用HALT和/或HASS的组合方案，从而确保产品设计的可靠性并交付长寿命产品。

最后，保持激光器光学表面的洁净，虽然看似平凡，却是确保激光器长寿命的关键因素。这是因为微小污染物会在这些光学表面上积聚，最终导致吸收、激光功率衰减，有时甚至会损坏光学元件。对于OPSL激光器，我们采用了在工业 激光器 解决方案 严格解决方案 激光器 构建并维持一个无污染的密封腔体。 具体而言，这意味着需谨慎选择材料，包括尽量减少非金属材料的使用。如今，我们腔内使用的唯一有机物，是高意 已针对脱气性能及与光学元件兼容性进行过全面测试并确认合格的材料。此外，在长工业 激光器 领域的经验也激光器 我们针对机械和光学部件制定的工厂清洁规程同样至关重要。 即使是微量的污染物（如油或润滑剂），最终也可能从金属部件迁移到光学表面，从而导致光学元件需要清洁或更换。我们拥有经过验证的方法，能够彻底清除这些物质的任何痕迹。