Diodenschwächung durch Lagerung?

[Odyseuss]

Ich hab da mal eine ganz banale Frage:

Wenn ich einen neuen Diodenlaser kaufe und lasse ihn 10 Jahre ohne auch nur eine einzige Nutzung im Regal liegen - Hat der Laser dann noch dieselbe Leistung wie 10 Jahre zuvor? Oder verlieren Dioden auch durch reine Lagerung an Leistung?

Und rein technisch gefragt: Was führ eigentlich konkret technisch zur Leistungsreduzierung im Laufe eines Diodenlebens?

Kann man nur durch Begrenzen einer maximalen Laufzeit pro Session bei identischer Gesamtlaufzeit die Lebensdauer verlängern?
(Beispiel: 400 x 15 Minuten stat 100 x 1 Std.) - Oder ist das sogar kontraproduktiv wegen der Spannungsspitzen beim einschalten?

Danke für eure Weisheit und eure Antworten vorab!

[VDX]

... die einzigen zu erwartenden "Lagerschäden" wären Oxidation von Metallteilen oder "austrocknen" von Kondensatoren.

Bei luftdicht ins Gehäuse eingekapselten Laserdioden ist nichts weiter zu befürchten ... "open can" oder von der Kugellinse befreite "Bank-Dioden" können allenfalls auch noch von der Oxidation der metallischen aufgedampften Anschlüsse betroffen sein.

Was Laserdioden vor Allem "altern" läßt, ist Überhitzung im Betrieb -- hier optimal kühlen, die Diode unter 25°C halten und darauf achten, daß sie keine Stromspitzen vom Treiber abbekommen (viele Treiber machen das beim AN/AUS-Schalten und PWM-Ansteuerung).

Von einer internen IPG-Untersuchung weiß ich, daß selbst der "Nominalstrom", der für den Betrieb der Dioden bei voller Leistung empfohlen wird, noch etwas zu hoch ist - wenn eine laserdiode bei "Nominalstrom"-Betrieb und 25°C eine Lebensdauer von z.B. 10.000 Stunden hätte, dann erhöht sich die zu erwartende Lebensdauer bei nur max. 90% des Nominalstroms auf bis 50% mehr!

Andererseits reduziert sich die zu erwartende Lebensdauer bei Überhitzung (über 30°C), Überstrom (was meist zur Überhitzung führt) und "Stromspitzen" auf eventuell nur einige Zehn Stunden!! ... und viele von den billigen China-Laserdiodenmodulen laufen mit typisch bis 1A (bzw. 10-20%) mehr Strom, als vom Hersteller empfohlen wird!!!
Viktor

[mikesupi]

Hi,

wenn der Laserprojektor zufällig noch mit einem grünen 532nm DPSS Laser bestückt ist, dann altert dieser durchaus. Die Pumpkammer und das Kristall zur Frequenzverdoppelung (Nd:YVO4 / KTP) sind nämlich hygroskopisch, und können durch Feuchtigkeit im Laserkopf zerstört werden. Das kann sowohl durch Eindringen von Feuchtigkeit bei Alterung der Deckeldichtung passieren, als auch durch Feuchtigkeit, die bei der TEC Kühlung frei wird. Deswegen ist auch meistens ein Beutel Silica Gel im Gehäuse, der aber nicht ewig entfeuchtet.

LG
Mike


...

[Odyseuss]

Danke für die Antworten.

Bin schlauer als vorher.

[Odyseuss]

....90% vom Nominalstrom oder der Nominalspannung? - falls Nominalstrom - wie soll eine Senkung erreicht werden? ein kleineres Netzteil? oder kann man generell bei allen Treibern den max. Strom regeln?


Gedanke: Wenn Dioden so temperatursensibel sind würde dann nicht eine Wasserkühlung Sinn machen? Wenn man sich die Kosten gerade von Projektoren mit höherer Leistung und Diodenmodulen mit guter Divergenz ansieht dann fallen doch die Kosten für eine Wakü fasst nicht mehr ins Gewicht würden aber ggfls. Die Lebensdauer der Dioden massiv verlängern. oder sehe ich das falsch?

[Death]

Das wird auch durchaus so gemacht und endet, wenn man das auf die Spitze treibt, fast in technischem Wahnsinn

Hier gewinnst du mal einen Eindruck den Spectra-Physiks betreibt um eine Pumpdiode mit 20 Watt und 808nm für einen ND:YAG zu kühlen aber auch zu heizen.

Die Pumpdiode im inneren des Gerätes wird Temperaturstabil gehalten mit Hilfe eines Kältekompressor und eines Heizelementes.

Das ganze endet dann mit einem enormen Gewicht. An dem Ding hebt man sich fast einen Bruch.

Natürlich kann man das auch im kleineren Maßstab bauen/basteln, dafür braucht man aber trotzalledem einen vernünftigen Regler der das steuert.

Das hilft dir aber alles nichts, wenn das Netzteil und der LED Treiber nicht stabil ist und Peaks liefert, die deine Diode, wie die anderen schon angemerkt haben, schneller sterben lässt.

Auch der Übergang Diode-Kühlkörper muss passen, denn "viel hilft viel" nützt dir nichts was Wärmeleitpaste angeht.

Wenn du das angehst, laß uns daran Teilhaben. Wir sind alle fürchterlich Neugierig und schauen anderen gerne beim werkeln zu

[mikesupi]

Hi,

die Laserdioden selber und die Kristalle werden immer mit Peltier Elementen (TEC) gekühlt und auch geheizt, denn wenn man die Polarität umkehrt, dann ändert sich auch die kalte und die heiße Seite. Ein Klima-Kompressor wäre viel zu träge für eine Regelung im 0.1 Grad Bereich. Es ist in der Praxis so, dass die Laserköpfe mit TEC auf einen Kühlkörper montiert werden, und dieser dann nochmals gekühlt wird, bzw. per Heizelement für Outdoor Anwendungen auf Betriebstemperatur gebracht wird.

Das ist keine neue, sondern eher eine alte Technologie aus der Zeit der DPSS und OPSL Laser.
Bei den heute meistens vewendeten reinen Diodenlösungen mit Direktstrahlerzeugung ohne Frequenzverdoppelung wird aus Kostengründen meistens darauf verzichtet, und die Wärme konventionell mit Kupfer oder Messing abgeleitet.
Natürlich ist eine geregelte TEC Stabilisierung besser, kostet aber auch mehr Geld. Vorteile sind die gleichbleibende Wellenlänge, längere Lebensdauer und auch mechanische Stabilität, was der Konvergenz von RGB-Systemen und Spiegelschnitten zugute kommt.
Wenn man aber einen kompletten 3 Watt Projektor für 300 EUR verkauft, dann ist solcher "Luxus" nicht drin.

Fazit: Die Technik wird in der Neuzeit nicht besser, sondern nur billiger.

LG
Mike


...

[Odyseuss]

wieso muss ich denn im 0,1 Grad Bereich regeln? Kann ich nicht einfach bei einer Pure Diode Lösung den Messing/Alukühlkörper beispielsweise mit PC Waku Elementen ergänzen dann evtl. den Treiber minimal runter regeln und so im Gesamtpaket die Lebensdauer massiv verlängern? Der Vorteil einer Wakü im Gegensatz zu einer Kompressor kühlung würde ja darin bestehen das nur Wärme abgeführt aber keine Kälte zugeführt wird also wird auch die Diode nicht daran gehindert auf Betriebstemperatur zu kommen. Oder wo ist mein Denkfehler?

[VDX]

... wie bei den >16bitDAC-Audiophilen gibt es auch "Wellenlänge-Puristen", welche die Wellenlänge entweder auf +/-1nm konstant halten wollen, oder den "Farbton" noch etwas mehr in eine Richtung verschieben und halten wollen ... oder einfach nur Leute, die damit ein schmalbandiges "Anregungsfenster" eines Festkörperlasers pumpen wollen

Viktor

[Death]

Wenn du nur eine passive Kühlung machst mit einem passiven Chiller ( Wärmetauscher und Lüfter ) bist du natürlich abhängig von der Umgebungstemperatur aber immer noch besser als nichts

Verrate uns doch mal, was für einen Diodenlaser du überhaupt nutzen willst. Ist das ein Showlaser oder so ein Diodengravierer aus China ?

[Odyseuss]

Möchte ich für meine Showlaser nutzen. Und wenn ich damit dauerhaft die Lebensdauer verlängern kann warum nicht.

Wie wärs denn damit:

https://www.caseking.de/koolance-ex2-10 ... e-380.html

Kann man bestimmt stilvol oben am Lasergehäuse anbringen.

[Death]

Hhmmm...

Mit einem Showlaser, da hab ich ein Problem mit, was Wasser angeht. Wenn Teilweise die Dioden nicht eh schon TEC-gekühlt sind, dann sind die anderen mit einem Montageblock versehen, die als Kühlkörper dienen. Hier ist durch die gerippte Oberfläche schon eine sehr gute Wärmeabgabe vorhanden durch die vergrößerte Oberfläche.

Wenn ich jetzt deine Idee im Kopf hätte, würde das für mich bedeuten, ich müsste mir neue Diodenaufnahmen fräsen mit Kühlkanälen oder aber für die drei Seiten des Diodenkörpers kleine Plattenwärmetauscher fräsen und diese dann per 2K-Wärmeleitkleber auf die Seiten des gerippten Kühlkörpers von der Diode kleben. Ganz schöner Aufwand. Weil meist eh schon kaum Platz vorhanden ist, müsstest du auf extrem dünne Schläuche ausweichen. So Dioden, die so gekühlt werden habe ich auch hier, allerdings kommt da eine normale " Wasserpumpe " like Aquarium nicht gegen an, weil du Druck bzw. sogar Unterdruck brauchst, damit der Keislauf funktioniert.

Wenn es kein Lüfterloses System ist, könnte man eventuell auf ein temp. gesteuertes Lüftersystem ausweichen.


Aber mach es bitte nicht so spannend, um welches Showlasersystem handelt es sich denn

Die Jungs und Mädels hier sind Profi´s was Showlaser angeht und kennen die Dinger In-und Auswendig und können dir sagen, was es bringt. Ausser es ist ein NoName Produkt aus China, wo Hopfen und Malz verloren ist

[mikesupi]

wieso muss ich denn im 0,1 Grad Bereich regeln?

Die Kristalle eines DPSS Lasers müssen so genau geregelt werden, sonst wird nicht die gewünschte Leistung erreicht.



...

[mikesupi]

Möchte ich für meine Showlaser nutzen. Und wenn ich damit dauerhaft die Lebensdauer verlängern kann warum nicht.

Wie wärs denn damit:

https://www.caseking.de/koolance-ex2-10 ... e-380.html

Kann man bestimmt stilvol oben am Lasergehäuse anbringen.

Die meisten Dioden gehen durch statische Aufladung oder durch Ansteurung ausserhalb der Specs kaputt. Auch von Glitches vom Treiber können Dioden das Zeitliche segnen.

Nicht selten werden 80mW Dioden mit 250mW betrieben.... so ist halt die Welt.

Das ist dann geplante Obsoleszenz.


Runterregeln bringt also mehr, als eine sinnlose Wasserkühlung in dieser Leistungsklasse.

...

[VDX]

wieso muss ich denn im 0,1 Grad Bereich regeln?

Die Kristalle eines DPSS Lasers müssen so genau geregelt werden, sonst wird nicht die gewünschte Leistung erreicht.

... das meinte ich mit: "oder einfach nur Leute, die damit ein schmalbandiges "Anregungsfenster" eines Festkörperlasers pumpen wollen"

Viktor

[Odyseuss]

Ein "runter regeln" kann ich ja bei analog modulierten Lasern auch softwareseitig vornehmen korrekt?

"Nicht selten werden 80mW Dioden mit 250mW betrieben"

wie kann ich einen Verbraucher der xy verbaucht mit mehr Leistung "betreiben" ?

Ein Verbraucher verbraucht doch was er zieht. Also ich kann sicher eine Überspannung anlegen aber kann doch nicht etwas mit einer Leisung betreiben die nicht vom Verbraucher konsumiert wird? Oder anders gefragt: wovon sprechen wir denn bei Überlastung? von Überspannung oder von was anderem?

[Hatschi]

Halli Hallo

Das ist wie der Drehzahlbegrenzer beim Verbrennungsmotor...
Bei der Elektronik muß man eben die Spannung/Strom an die benötigten Bauteile anpassen.
Dein Backrohr zieht auch nur 3,5kW, weil der "Drehzahlbegrenzer" die 230V Netzspannung sind.

Hatschi

[VDX]

... der kritische Wert bei Dioden ist die Kristall-Temperatur - wird der zu heiß, dann "altert" die Diode bzw. von den bei "optimalen Bedingungen" (max. 25°C) zu erwartenden 20.000 Stunden Lebendauer bleiben immer weniger übrig

Viktor

[lightwave]

Grundlagen Dioden: Laserdioden werden stromgesteuert, die Spannung stellt sich selbst ein. Wird der Strom nicht begrenzt (simpel bei z.B. LED mit Widerstand, hier Lasertreiber) dann würde der Strom quasi in der maximalen Stärke fließen, wie das Netzteil hergibt --> Defekt der Diode.

Strombegrenzung über Software: Ja, aber: Nicht sicher im Sinne von Hardwareschutz - was passiert, wenn die Software einen Fehler hat? Und: man verliert Auflösung für die Farbmischung. z.B. statt 256 möglichen Helligkeiststufen nur noch 80% = 204. Auch nicht optimal...

[VDX]

... ich steuere meine Dioden mit (selber entwickelten) Konstantstrom-Treibern die nach Möglichkeit keine Stromspitzen erzeugen sollen.

Den Treiber stelle ich dann typisch auf etwa 90% des "Nominalstroms" ein, damit sie weniger altert ... sie muß aber trotzdem noch soweit gekühlt werden, daß das Gehäuse nicht viel über 20°C aufheizt (der Kristall innendrin wird nochmal einiges heißer!) bei den kleineren Modulen reicht meist die "thermische Masse" einer CNC-Z-Achse bzw. das Aluprofil drumherum ... manchmal auch Peltier-Elemente und/oder Wasserkühlung.

Beim Einstellen des Stroms sind mir auch schon ein paar Dioden kaputtgegagen -- hab' z.B. ein der blauen 3.5W-Dioden mit einem "typischen" PWM-Signal am Oszi auf den Maximaltrom-10% (2.3A-0.2A=>2.1A) eingestellt ... dann irgendwann mit CW angesteuert und mich über die enorme Helligkeit des Strahls gewundert, bis die Diode nach etwa 5 Sekunden schlagartig dunkel wurde !?!

Unter dem Mikroskop durchs Fensterchen dann gesehen, daß alle 5 Bonddrähtchen zum Kristall durchgeschmolzen waren

Die Erklärung war dann aber ziemlich simpel - mit PWM sah das Signal zwar wie ein schmales "Rechteck" aus, so daß ich es ziemlich genau auf 2.1A einstellen konnte ... im CW-Modus war das, was ich als "Rechteck" gesehen hatte, aber nur der Anfang der Stromkurve ... bei Strom Dauer-AN ist das nach einem ersten "Buckel" bei 2.1A dann lustig auf über 4A angestiegen!! ... die Diode ist als "absolut Max" aber auch nur bis 3A speszifiziert! ... war schon ziemlich gut, daß sie bei 4A noch die 5 Sekunden durchgehalten hatte

Viktor