Жоғары қуатты лазерлер саласында лазерлік шыбықтар алмастырылмайтын негізгі компоненттер болып табылады. Олар тек энергия шығарудың негізгі бірліктері ретінде ғана емес, сонымен қатар заманауи оптоэлектрондық инженерияның дәлдігі мен интеграциясын да бейнелейді.—оларға лазерлік жүйелердің «қозғалтқышы» деген лақап ат берілді. Бірақ лазерлік штанганың құрылымы қандай және ол бірнеше миллиметр өлшемнен ондаған немесе тіпті жүздеген ватт қуат қалай береді? Бұл мақалада лазерлік штангалардың ішкі архитектурасы мен инженерлік құпиялары қарастырылады.
1. Лазерлік штанга дегеніміз не?
Лазерлік штанга – бір субстратқа бүйірінен орналастырылған бірнеше лазерлік диод чиптерінен тұратын жоғары қуатты сәуле шығаратын құрылғы. Оның жұмыс принципі бір жартылай өткізгіш лазерге ұқсас болғанымен, лазерлік штанга жоғары оптикалық қуатқа және ықшам форма факторына қол жеткізу үшін көп сәуле шығаратын орналасуды пайдаланады.
Лазерлік шыбықтар өнеркәсіптік, медициналық, ғылыми және қорғаныс салаларында тікелей лазер көздері ретінде немесе талшықты лазерлер мен қатты денелі лазерлерге арналған сорғы көздері ретінде кеңінен қолданылады.
2. Лазерлік штанганың құрылымдық құрамы
Лазерлік штанганың ішкі құрылымы оның жұмысын тікелей анықтайды. Ол негізінен келесі негізгі компоненттерден тұрады:
①Эмитенттер массиві
Лазерлік шыбықтар әдетте қатар орналасқан 10-нан 100-ге дейін эмиттерлерден (лазер қуыстарынан) тұрады. Әрбір эмиттер шамамен 50–150μм ені бар және лазер сәулесін генерациялау және шығару үшін PN түйіні, резонанстық қуыс және толқын өткізгіш құрылымы бар тәуелсіз күшейту аймағы ретінде әрекет етеді. Барлық эмитенттер бірдей негізді пайдаланғанымен, олар әдетте параллель немесе аймақтар бойынша электрлік түрде қозғалады.
②Жартылай өткізгіш қабат құрылымы
Лазерлік штанганың негізінде жартылай өткізгіш қабаттардың жиынтығы жатыр, оның ішінде:
- P-типті және N-типті эпитаксиалды қабаттар (PN түйіспесін құрайды)
- Индукцияланған сәулеленуді тудыратын белсенді қабат (мысалы, кванттық шұңқыр құрылымы)
- Толқын бағыттаушы қабат, бүйірлік және тік бағытта режимді басқаруды қамтамасыз етеді
- Лазердің бағытты шығысын күшейтетін Bragg рефлекторлары немесе HR/AR жабындары
③Субстрат және жылуды басқару құрылымы
Эмиттерлер монолитті жартылай өткізгіш негізде (әдетте GaAs) өсіріледі. Тиімді жылу тарату үшін лазерлік штанга мыс, W-Cu қорытпасы немесе CVD алмасы сияқты жоғары өткізгіштігі бар қосалқы бекіткіштерге дәнекерленеді және жылу қабылдағыштармен және белсенді салқындату жүйелерімен жұптастырылады.
④Эмиссия беті және коллимация жүйесі
Шығарылатын сәулелердің үлкен дивергенция бұрыштарына байланысты, лазерлік жолақтар әдетте коллимация және сәулені пішіндеуге арналған микролинзалық массивтермен (FAC/SAC) жабдықталған. Кейбір қолданбалар үшін қосымша оптика—мысалы, цилиндрлік линзалар немесе призмалар—алыс өрісті дивергенцияны және сәуле сапасын басқару үшін қолданылады.
3. Өнімділікке әсер ететін негізгі құрылымдық факторлар
Лазерлік штанганың құрылымы оның тұрақтылығын, тиімділігін және қызмет ету мерзімін анықтауда шешуші рөл атқарады. Бірнеше негізгі аспектілерге мыналар жатады:
①Жылуды басқару дизайны
Лазерлік жолақтар жоғары қуат тығыздығымен және шоғырланған жылумен ерекшеленеді. Төмен термиялық кедергі өте маңызды, оған AuSn дәнекерлеу немесе индиймен байланыс орнату, сондай-ақ біркелкі жылу тарату үшін микроканалды салқындату арқылы қол жеткізіледі.
②Арқалықты пішіндеу және туралау
Бірнеше эмитенттер көбінесе когеренттіктің нашарлығынан және толқындық фронттың тураланбауынан зардап шегеді. Линзаның дәл дизайны мен туралануы алыс өрісті сәуле сапасын жақсарту үшін өте маңызды.
③Стрессті бақылау және сенімділік
Жылулық кеңею коэффициенттеріндегі материалдардың сәйкес келмеуі майысуға немесе микрожарықтарға әкелуі мүмкін. Қаптама механикалық кернеуді біркелкі таратуға және тозусыз жылу цикліне төтеп беруге арналған болуы керек.
4. Лазерлік штангаларды жобалаудағы болашақ үрдістер
Жоғары қуатқа, кішірек өлшемге және сенімділіктің артуына сұраныс артқан сайын, лазерлік штанга құрылымдары дами береді. Негізгі даму бағыттарына мыналар кіреді:
①Толқын ұзындығының кеңеюі: 1,5-ке дейін кеңеюμм және орта инфрақызыл диапазондар
②Миниатюризация: Ықшам құрылғыларда және жоғары интеграцияланған модульдерде пайдалануға мүмкіндік береді
③Ақылды қаптама: температура сенсорларын және күй туралы кері байланыс жүйелерін қосу
④Жоғары тығыздықтағы қабаттастыру: ықшам кеңістікте киловатт деңгейіндегі өнімділікке қол жеткізу үшін қабатталған массивтер
5. Қорытынды
ретінде«жүрек«Жоғары қуатты лазерлік жүйелердің ішінде лазерлік жолақтардың құрылымдық дизайны жалпы жүйенің оптикалық, электрлік және жылулық өнімділігіне тікелей әсер етеді. Бірнеше миллиметр ені бар құрылымға ондаған эмитенттерді біріктіру тек озық материал мен өндіріс әдістерін ғана емес, сонымен қатар бүгінгі таңдағы интеграцияның жоғары деңгейін көрсетеді.'фотоника өнеркәсібі.
Болашаққа көз жүгіртсек, тиімді және сенімді лазерлік көздерге деген сұраныс артып келе жатқандықтан, лазерлік штанга құрылымындағы инновациялар лазерлік индустрияны жаңа биіктерге көтерудің негізгі қозғаушы күші болып қала береді.
Егер сіз'Лазерлік штангаларды орау, термиялық басқару немесе өнімді таңдау бойынша сараптамалық қолдау іздесеңіз, бізбен хабарласудан тартынбаңыз. Біз'сіздің нақты қолданба қажеттіліктеріңізге сәйкес келетін арнайы шешімдерді ұсыну үшін осындамыз.
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 2 шілде