W dziedzinie laserów dużej mocy, pręty laserowe są niezbędnymi elementami bazowymi. Nie tylko stanowią podstawowe jednostki wyjściowe energii, ale także ucieleśniają precyzję i integrację nowoczesnej inżynierii optoelektronicznej.—Zyskały przydomek „silnika” systemów laserowych. Ale jaka jest dokładnie struktura listwy laserowej i jak generuje ona dziesiątki, a nawet setki watów mocy wyjściowej z zaledwie kilku milimetrów? W tym artykule zgłębiamy wewnętrzną architekturę i tajniki inżynierii listew laserowych.
1. Czym jest laser bar?
Belka laserowa to urządzenie emitujące dużej mocy, składające się z wielu diod laserowych ułożonych poprzecznie na jednym podłożu. Chociaż zasada działania jest podobna do zasady działania pojedynczego lasera półprzewodnikowego, w belce laserowej zastosowano układ wieloemiterowy, co pozwala uzyskać wyższą moc optyczną i bardziej kompaktową konstrukcję.
Pręty laserowe są powszechnie stosowane w przemyśle, medycynie, nauce i obronności, jako bezpośrednie źródła promieniowania laserowego lub źródła pompujące dla laserów światłowodowych i laserów półprzewodnikowych.
2. Strukturalna struktura pręta laserowego
Wewnętrzna struktura listwy laserowej bezpośrednio decyduje o jej wydajności. Składa się ona głównie z następujących podstawowych elementów:
①Tablica emiterów
Belki laserowe zazwyczaj składają się z 10 do 100 emiterów (wnęk laserowych) ułożonych obok siebie. Każdy emiter ma około 50–150μm szerokości i działa jako niezależny obszar wzmocnienia, wyposażony w złącze PN, wnękę rezonansową i strukturę falowodu, aby generować i emitować światło laserowe. Chociaż wszystkie emitery mają to samo podłoże, są one zazwyczaj sterowane elektrycznie równolegle lub strefowo.
②Struktura warstw półprzewodnikowych
Sercem listwy laserowej jest stos warstw półprzewodnikowych, obejmujący:
- Warstwy epitaksjalne typu P i N (tworzące złącze PN)
- Warstwa aktywna (np. struktura studni kwantowej), która generuje emisję wymuszoną
- Warstwa falowodowa zapewniająca kontrolę trybu w kierunkach bocznym i pionowym
- reflektory Bragga lub powłoki HR/AR, które zwiększają kierunkowość wyjścia lasera
③Podłoże i struktura zarządzania ciepłem
Emitery są hodowane na monolitycznym podłożu półprzewodnikowym (najczęściej GaAs). Aby zapewnić efektywne odprowadzanie ciepła, listwa laserowa jest lutowana do podłoży o wysokiej przewodności, takich jak miedź, stop W-Cu lub diament CVD, a następnie połączona z radiatorami i aktywnymi systemami chłodzenia.
④Powierzchnia emisyjna i system kolimacji
Ze względu na duże kąty rozbieżności emitowanych wiązek, listwy laserowe są zazwyczaj wyposażone w mikrosoczewki (FAC/SAC) do kolimacji i kształtowania wiązki. W niektórych zastosowaniach wymagane są dodatkowe elementy optyczne.—takie jak soczewki cylindryczne lub pryzmaty—służą do kontrolowania rozbieżności pola dalekiego i jakości wiązki.
3. Kluczowe czynniki strukturalne wpływające na wydajność
Konstrukcja listwy laserowej odgrywa kluczową rolę w określaniu jej stabilności, wydajności i żywotności. Do kluczowych aspektów należą:
①Projekt zarządzania termicznego
Listwy laserowe charakteryzują się wysoką gęstością mocy i skoncentrowanym ciepłem. Niski opór cieplny jest niezbędny dzięki lutowaniu AuSn lub łączeniu indem, w połączeniu z chłodzeniem mikrokanalikowym, co zapewnia równomierne rozpraszanie ciepła.
②Kształtowanie i wyrównywanie wiązki
Wiele emiterów często charakteryzuje się słabą koherencją i niewspółosiowością frontów falowych. Precyzyjna konstrukcja i ustawienie soczewek mają kluczowe znaczenie dla poprawy jakości wiązki dalekiego pola.
③Kontrola stresu i niezawodność
Niedopasowanie współczynników rozszerzalności cieplnej materiałów może prowadzić do odkształceń lub mikropęknięć. Opakowanie musi być zaprojektowane tak, aby równomiernie rozkładało naprężenia mechaniczne i wytrzymywało cykle termiczne bez degradacji.
4. Przyszłe trendy w projektowaniu laserów
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na większą moc, mniejsze rozmiary i większą niezawodność, konstrukcje prętów laserowych stale ewoluują. Kluczowe kierunki rozwoju obejmują:
①Rozszerzenie długości fali: Rozszerzenie do 1,5μpasma m i średniej podczerwieni
②Miniaturyzacja: umożliwienie stosowania w urządzeniach kompaktowych i modułach o wysokim stopniu integracji
③Inteligentne pakowanie: integracja czujników temperatury i systemów sprzężenia zwrotnego stanu
④Układy warstwowe o dużej gęstości: układy warstwowe zapewniające moc wyjściową rzędu kilowatów w kompaktowej obudowie
5. Wnioski
Jako„serce”W przypadku systemów laserowych dużej mocy, konstrukcja prętów laserowych bezpośrednio wpływa na parametry optyczne, elektryczne i termiczne całego systemu. Zintegrowanie kilkudziesięciu emiterów w strukturze o szerokości zaledwie kilku milimetrów nie tylko prezentuje zaawansowane materiały i techniki wytwarzania, ale także reprezentuje wysoki poziom integracji w dzisiejszych czasach.'przemysłu fotonicznego.
Patrząc w przyszłość, biorąc pod uwagę stale rosnące zapotrzebowanie na wydajne i niezawodne źródła laserowe, innowacje w zakresie struktury prętów laserowych pozostaną kluczowym czynnikiem napędzającym rozwój branży laserowej na nowe wyżyny.
Jeśli ty'Szukasz fachowego wsparcia w zakresie pakowania prętów laserowych, zarządzania temperaturą lub wyboru produktu? Skontaktuj się z nami.'Jesteśmy tutaj, aby dostarczać rozwiązania dostosowane do konkretnych potrzeb Twojej aplikacji.
Czas publikacji: 02-07-2025