В области высокомощных лазеров лазерные прутки являются незаменимыми основными компонентами. Они не только служат фундаментальными единицами производства энергии, но и воплощают в себе точность и интеграцию современной оптоэлектронной инженерии, завоевав им прозвище: «двигатель» лазерных систем. Но какова именно структура лазерной ленты и как она обеспечивает десятки или даже сотни ватт мощности всего от нескольких миллиметров в размере? В этой статье рассматриваются внутренняя архитектура и инженерные секреты лазерных брусок.
1. Что такое лазерный бар?

Лазерная лента - это высокомощное излучающее устройство, состоящее из нескольких чипов лазерного диода, расположенных боково на одной подложке. Хотя его принцип работы похож на один полупроводниковый лазер, лазерная лента использует многоизлучательную схему для достижения более высокой оптической мощности и более компактного формата.

Лазерные прутки широко используются в промышленных, медицинских, научных и оборонных секторах, либо в качестве прямых лазерных источников, либо в качестве источников насосов для волоконных лазеров и твердотельных лазеров.

2. Структурный состав лазерной ленты

Внутренняя структура лазерной ленты напрямую определяет ее производительность. Он состоит в первую очередь из следующих основных компонентов:

①  Массив эмитентов

Лазерные прутники обычно состоят из 10-100 излучателей (лазерных полостей), расположенных бок о бок. Каждый излучатель имеет ширину около 50-150 мкм и действует как независимая область усиления, имеющая PN-соединение, резонансную полость и волноводную структуру для генерирования и излучения лазерного света. Хотя все излучатели имеют одну и ту же подложку, они обычно приводятся электрическим движением параллельно или по зонам.

②  Структура полупроводникового слоя

В самом сердце лазерной ленты находится стек полупроводниковых слоев, включая:

 - эпитаксиальные слои P-типа и N-типа (образующие PN-соединение)

 - Активный слой (например, структура квантовой скважины), который генерирует стимулированное излучение

 - Слой волноводного проводника, обеспечивающий управление режимом в боковых и вертикальных направлениях

 - отражатели Брагга или покрытия HR/AR, которые повышают направленный выход лазера

③  Структура управления субстратом и теплом

Издатели выращиваются на монолитной полупроводниковой подложке (обычно GaAs). Для эффективного рассеивания тепла лазерная лента припаивается на высокопроводные подмонтажи, такие как медь, сплав W-Cu или алмаз CVD, и сопровождается теплоотводниками и системами активного охлаждения.

④  Система поверхности и коллимации выбросов

Из-за больших углов расхождения излучаемых лучей лазерные прутники обычно оснащены массивами микролинз (FAC / SAC) для колимации и формирования луча. Для определенных приложений используются дополнительные оптики, такие как цилиндрические линзы или призмы, для контроля дисперсии дальнего поля и качества луча.

3. Ключевые структурные факторы, влияющие на производительность

Структура лазерной ленты играет решающую роль в определении ее стабильности, эффективности и срока службы. К числу ключевых аспектов относятся:

①  Дизайн теплового управления

Лазерные прутники обладают высокой плотностью мощности и концентрированным теплом. Необходимо низкое тепловое сопротивление, достигаемое посредством пайки AuSn или индиевого соединения, в сочетании с микроканальным охлаждением для равномерного рассеивания тепла.

②  Формирование и выравнивание луча

Несколько излучателей часто страдают от плохой согласованности и неправильного выравнивания волнового фронта. Точная конструкция и выравнивание линз имеют решающее значение для улучшения качества дальнего поля.

③  Контроль стресса и надежность

Материальные несоответствия в коэффициентах теплового расширения могут привести к искажению или микротрещинам. Упаковка должна быть спроектирована таким образом, чтобы распределять механическое напряжение равномерно и выдерживать термический цикл без деградации.

4. Будущие тенденции в дизайне лазерной штрих

По мере роста спроса на более высокую мощность, меньшие размеры и большую надежность, конструкции лазерных штангов продолжают развиваться. К ключевым направлениям развития относятся:

①  Расширение длины волны: Расширение на 1,5 мкм и средние инфракрасные полосы

②  Миниатюризация: позволяет использовать компактные устройства и высокоинтегрированные модули

③  Умная упаковка: Включение датчиков температуры и систем обратной связи по состоянию

④  Высокоплотное накладывание: слоевые массивы для достижения мощности на уровне киловатт в компактном пространстве

5. Вывод

Как «сердце» высокомощных лазерных систем, конструкционная конструкция лазерных прутников напрямую влияет на оптическую, электрическую и тепловую производительность всей системы. Интеграция десятков излучателей в структуру шириной всего в миллиметры не только демонстрирует передовые материалы и технологии изготовления, но и представляет высокий уровень интеграции в современной фотонической промышленности.

В будущем, поскольку спрос на эффективные и надежные лазерные источники продолжает расти, инновации в структуре лазерных штрих останутся ключевым движущим фактором в продвижении лазерной промышленности на новые высоты.

Если вы ищете экспертную поддержку в упаковке лазерных штрих, тепловом управлении или выборе продукта, не стесняйтесь связаться с нами. Мы здесь, чтобы предоставить индивидуальные решения, чтобы соответствовать вашим конкретным потребностям приложения.