Lieljaudas lāzeru jomā lāzera stieņi ir neaizstājami galvenie komponenti. Tie ne tikai kalpo kā enerģijas ražošanas pamatvienības, bet arī iemieso mūsdienu optoelektroniskās inženierijas precizitāti un integrāciju.—kas tiem nopelnījis iesauku: lāzersistēmu “dzinējs”. Bet kāda īsti ir lāzerstieņa struktūra un kā tas nodrošina desmitiem vai pat simtiem vatu jaudu tikai dažu milimetru izmērā? Šajā rakstā tiek pētīta lāzerstieņu iekšējā arhitektūra un inženiertehniskie noslēpumi.
1. Kas ir lāzera stienis?
Lāzera stienis ir jaudīga izstarojoša ierīce, kas sastāv no vairākām lāzera diodes mikroshēmām, kas sāniski izvietotas uz viena substrāta. Lai gan tā darbības princips ir līdzīgs viena pusvadītāju lāzera darbības principam, lāzera stienis izmanto vairāku izstarotāju izkārtojumu, lai panāktu lielāku optisko jaudu un kompaktāku formas faktoru.
Lāzera stieņi tiek plaši izmantoti rūpniecības, medicīnas, zinātnes un aizsardzības nozarēs, vai nu kā tiešie lāzera avoti, vai kā sūkņa avoti šķiedru lāzeriem un cietvielu lāzeriem.
2. Lāzera stieņa strukturālais sastāvs
Lāzera stieņa iekšējā struktūra tieši nosaka tā veiktspēju. Tas galvenokārt sastāv no šādiem galvenajiem komponentiem:
①Emitētāju masīvs
Lāzera stieņi parasti sastāv no 10 līdz 100 emitētājiem (lāzera rezonatoriem), kas izvietoti blakus. Katrs emitētājs ir aptuveni 50–150μm plats un darbojas kā neatkarīgs pastiprinājuma reģions, kam ir PN pāreja, rezonanses dobums un viļņvada struktūra lāzera gaismas ģenerēšanai un izstarošanai. Lai gan visiem emitētājiem ir viens un tas pats substrāts, tos parasti vada elektriski paralēli vai pa zonām.
②Pusvadītāju slāņa struktūra
Lāzera stieņa centrā ir pusvadītāju slāņu kaudze, tostarp:
- P tipa un N tipa epitaksiālie slāņi (veido PN pāreju)
- Aktīvais slānis (piemēram, kvantu aku struktūra), kas ģenerē stimulētu emisiju
- Viļņvada slānis, kas nodrošina režīma kontroli sānu un vertikālos virzienos
- Brega atstarotāji vai HR/AR pārklājumi, kas uzlabo lāzera virziena jaudu
③Substrāts un termiskās vadības struktūra
Emiteri tiek audzēti uz monolīta pusvadītāju substrāta (parasti GaAs). Lai nodrošinātu efektīvu siltuma izkliedi, lāzera stienis tiek pielodēts uz augstas vadītspējas pamatnēm, piemēram, vara, W-Cu sakausējuma vai CVD dimanta, un savienots pārī ar siltuma izkliedētājiem un aktīvām dzesēšanas sistēmām.
④Emisijas virsma un kolimācijas sistēma
Izstaroto staru lielo novirzes leņķu dēļ lāzera stieņi parasti ir aprīkoti ar mikrolēcu masīviem (FAC/SAC) kolimācijai un staru formēšanai. Dažiem lietojumiem var izmantot papildu optiku.—piemēram, cilindriskas lēcas vai prizmas—tiek izmantoti, lai kontrolētu tālā lauka diverģenci un staru kūļa kvalitāti.
3. Galvenie strukturālie faktori, kas ietekmē sniegumu
Lāzera stieņa struktūrai ir izšķiroša nozīme tā stabilitātes, efektivitātes un kalpošanas laika noteikšanā. Vairāki galvenie aspekti ir šādi:
①Termiskās pārvaldības dizains
Lāzera stieņiem ir raksturīgs augsts jaudas blīvums un koncentrēts siltums. Zema termiskā pretestība ir būtiska, ko panāk, izmantojot AuSn lodēšanu vai indija savienošanu, apvienojumā ar mikrokanālu dzesēšanu vienmērīgai siltuma izkliedei.
②Staru veidošana un izlīdzināšana
Vairāki emitētāji bieži cieš no sliktas koherences un viļņu frontes nepareizas izlīdzināšanas. Precīza lēcu konstrukcija un izlīdzināšana ir kritiski svarīga tālā lauka staru kvalitātes uzlabošanai.
③Stresa kontrole un uzticamība
Materiālu neatbilstība termiskās izplešanās koeficientos var izraisīt deformāciju vai mikroplaisas. Iepakojumam jābūt projektētam tā, lai mehāniskais spriegums tiktu sadalīts vienmērīgi un tas izturētu termiskos ciklus bez degradācijas.
4. Lāzerstieņu dizaina nākotnes tendences
Pieaugot pieprasījumam pēc lielākas jaudas, mazāka izmēra un lielākas uzticamības, lāzerstieņu struktūras turpina attīstīties. Galvenie attīstības virzieni ir šādi:
①Viļņa garuma paplašināšanās: paplašināšanās līdz 1,5μm un vidējā infrasarkanā diapazona joslas
②Miniaturizācija: ļauj izmantot kompaktās ierīcēs un ļoti integrētos moduļos
③Viedais iepakojums: iekļaujot temperatūras sensorus un statusa atgriezeniskās saites sistēmas
④Augsta blīvuma sakraušana: Slāņoti masīvi, lai sasniegtu kilovatu līmeņa jaudu kompaktā izmērā
5. Secinājums
Kā“sirds"Lieljaudas lāzersistēmās lāzerstieņu konstrukcijas dizains tieši ietekmē visas sistēmas optisko, elektrisko un termisko veiktspēju. Desmitiem emitētāju integrēšana tikai dažu milimetru platumā ne tikai demonstrē progresīvas materiālu un ražošanas metodes, bet arī atspoguļo mūsdienu augsto integrācijas līmeni."fotonikas nozare.
Raugoties nākotnē, tā kā pieprasījums pēc efektīviem un uzticamiem lāzera avotiem turpina pieaugt, lāzerstieņu struktūras inovācijas joprojām būs galvenais virzītājspēks lāzera nozares attīstībā jaunā līmenī.
Ja jūs"Ja meklējat ekspertu atbalstu lāzerstieņu iepakošanā, termiskajā pārvaldībā vai produktu izvēlē, droši sazinieties ar mums. Mēs"esam šeit, lai sniegtu pielāgotus risinājumus, kas atbilst jūsu īpašajām lietojumprogrammu vajadzībām.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 2. jūlijs