Suurteholasereiden alalla lasertangot ovat välttämättömiä ydinkomponentteja. Ne eivät ainoastaan toimi energiantuotannon perusyksiköinä, vaan ne myös ilmentävät modernin optoelektroniikan tarkkuutta ja integrointia.—ansainnut niille lempinimen: laserjärjestelmien "moottori". Mutta millainen laserpalkin rakenne tarkalleen ottaen on, ja miten se tuottaa kymmeniä tai jopa satoja watteja tehoa vain muutaman millimetrin koosta? Tässä artikkelissa tarkastellaan laserpalkkien sisäistä arkkitehtuuria ja suunnittelun salaisuuksia.
1. Mikä on lasersäde?
Laserpalkki on tehokas laite, joka koostuu useista laserdiodisirusta, jotka on järjestetty sivusuunnassa yhdelle alustalle. Vaikka sen toimintaperiaate on samanlainen kuin yksittäisen puolijohdelaserin, laserpalkissa käytetään moniemitteriasettelua suuremman optisen tehon ja kompaktimman muodon saavuttamiseksi.
Lasersäteitä käytetään laajalti teollisuuden, lääketieteen, tieteen ja puolustusteollisuuden aloilla joko suorina laserlähteinä tai pumppulähteinä kuitulasereille ja kiinteän olomuodon lasereille.
2. Lasersäteen rakenne
Lasersäteen sisäinen rakenne määrää suoraan sen suorituskyvyn. Se koostuu pääasiassa seuraavista ydinosista:
①Emitterit Array
Laserpalkit koostuvat tyypillisesti 10–100 vierekkäin järjestetystä emitteristä (laserontelosta). Jokainen emitteri on noin 50–150μm leveä ja toimii itsenäisenä vahvistusalueena, jossa on PN-liitos, resonanssiontelo ja aaltojohdinrakenne laservalon tuottamiseksi ja lähettämiseksi. Vaikka kaikilla emittereillä on sama substraatti, niitä ohjataan yleensä sähköisesti rinnan tai vyöhykkeittäin.
②Puolijohdekerroksen rakenne
Lasersäteen ytimessä on puolijohdekerrosten pino, joka sisältää:
- P- ja N-tyypin epitaksiaaliset kerrokset (muodostavat PN-liitoksen)
- Aktiivinen kerros (esim. kvanttikaivorakenne), joka tuottaa stimuloitua emissiota
- Aaltojohdinkerros, joka varmistaa moodin hallinnan sivu- ja pystysuunnassa
- Bragg-heijastimet tai HR/AR-pinnoitteet, jotka parantavat laserin suuntaavaa tehoa
③Alusta ja lämmönhallintarakenne
Emitterit kasvatetaan monoliittiselle puolijohdealustalle (yleensä GaAs). Tehokkaan lämmönpoiston varmistamiseksi laserpalkki juotetaan korkean johtavuuden omaaville alusmateriaaleille, kuten kuparille, W-Cu-seokselle tai CVD-timanteille, ja yhdistetään jäähdytyselementteihin ja aktiivisiin jäähdytysjärjestelmiin.
④Emissiopinta ja kollimaatiojärjestelmä
Lähetettyjen säteiden suurten hajaantumiskulmien vuoksi laserpalkit on tyypillisesti varustettu mikrolinssiryhmillä (FAC/SAC) kollimointia ja säteen muotoilua varten. Tietyissä sovelluksissa tarvitaan lisäoptiikkaa—kuten sylinterilinssit tai prismat—käytetään kaukokentän hajaantuvuuden ja säteen laadun säätämiseen.
3. Keskeiset suorituskykyyn vaikuttavat rakenteelliset tekijät
Lasersäteen rakenteella on ratkaiseva rooli sen vakauden, tehokkuuden ja käyttöiän määrittämisessä. Useita keskeisiä näkökohtia ovat:
①Lämmönhallintasuunnittelu
Laserpalkeille on ominaista korkea tehotiheys ja keskitetty lämpö. Alhainen lämmönkestävyys on olennaista, ja se saavutetaan AuSn-juottamisen tai indiumliitoksen avulla yhdistettynä mikrokanavajäähdytykseen tasaisen lämmönpoiston varmistamiseksi.
②Säteen muotoilu ja kohdistus
Useiden emitterien kohdalla esiintyy usein huonoa koherenssia ja aaltorintaman virheasentoa. Tarkka linssin suunnittelu ja kohdistus ovat ratkaisevan tärkeitä kaukokentän säteen laadun parantamiseksi.
③Stressinhallinta ja luotettavuus
Materiaalien lämpölaajenemiskertoimien epäsuhta voi johtaa vääntymiseen tai mikrohalkeamiin. Pakkaus on suunniteltava siten, että mekaaninen rasitus jakautuu tasaisesti ja kestää lämpövaihteluita ilman heikkenemistä.
4. Laserpalkkien suunnittelun tulevaisuuden trendit
Suuremman tehon, pienemmän koon ja paremman luotettavuuden kysynnän kasvaessa laserpalkkirakenteet kehittyvät jatkuvasti. Keskeisiä kehityssuuntia ovat:
①Aallonpituuden laajeneminen: Laajentuminen 1,5:eenμm- ja keski-infrapuna-alueet
②Miniatyrisointi: Mahdollistaa käytön kompakteissa laitteissa ja pitkälle integroiduissa moduuleissa
③Älykäs pakkaus: Lämpötila-anturien ja tilanpalautejärjestelmien sisällyttäminen
④Tiheä pinoaminen: Kerrostetut järjestelmät kilowattitason tehon saavuttamiseksi kompaktissa koossa
5. Johtopäätös
Kuten”sydän”Suuritehoisissa laserjärjestelmissä laserpalkkien rakennesuunnittelu vaikuttaa suoraan koko järjestelmän optiseen, sähköiseen ja lämpösuorituskykyyn. Kymmenien säteilijöiden integrointi vain millimetrien levyiseen rakenteeseen ei ainoastaan osoita edistyneitä materiaali- ja valmistustekniikoita, vaan myös edustaa nykypäivän korkeaa integraatiotasoa.'fotoniikkateollisuus.
Tulevaisuudessa tehokkaiden ja luotettavien laserlähteiden kysynnän kasvaessa laserpalkkirakenteiden innovaatiot ovat edelleen keskeinen ajuri laserteollisuuden viemisessä uusiin ulottuvuuksiin.
Jos sinä'Etsitkö asiantuntija-apua lasersäteiden pakkaamiseen, lämmönhallintaan tai tuotevalintaan liittyen? Ota rohkeasti yhteyttä. Me'olemme täällä tarjotaksemme räätälöityjä ratkaisuja, jotka vastaavat juuri sinun sovellustarpeitasi.
Julkaisun aika: 02.07.2025