Bagaimana pula dengan Laser Semikonduktor Kuasa Tinggi NIR Laser?

Laser semikonduktor berkuasa tinggi digunakan secara meluas dalam pembuatan pintar, komunikasi laser, penderiaan laser, kecantikan perubatan, dan lain-lain. Sejak kelahiran mereka, mereka telah mencapai kemajuan besar dalam teori, amalan dan aplikasi, merangkumi sebahagian besar pasaran laser keseluruhan. Antaranya, laser semikonduktor berkuasa tinggi dalam jalur inframerah dekat adalah yang terbaik.

Cip laser semikonduktor berkuasa tinggi inframerah dekat Cip laser semikonduktor berkuasa tinggi ialah sumber cahaya teras bagi laser tenaga tinggi kontemporari yang diwakili oleh gentian optik, keadaan pepejal dan laser semikonduktor langsung. Kuasa, kecerahan dan kebolehpercayaan cip laser adalah penunjuk teras, yang secara langsung mempengaruhi prestasi dan kos sistem laser.

Struktur utama cip laser semikonduktor termasuk lapisan pemancar cahaya epitaxial yang menyediakan medium perolehan laser, elektrod yang menyuntik pembawa ke dalam lapisan pemancar cahaya epitaxial, dan permukaan rongga belahan yang membentuk rongga resonan. Proses pembangunan cip termasuk langkah-langkah reka bentuk struktur epitaxial dan pertumbuhan bahan, reka bentuk struktur cip dan proses penyediaan, rawatan pempasifan belahan permukaan rongga dan salutan optik, ujian pembungkusan cip, kebolehpercayaan hayat cip dan analisis prestasi, antaranya penunjuk teras secara langsung mempengaruhi Tiga teknologi utama ialah reka bentuk struktur epitaxial dan pertumbuhan bahan, reka bentuk struktur cip dan proses penyediaan, belahan permukaan rongga dan rawatan pempasifan.
(1) Reka bentuk struktur epitaxial dan pertumbuhan bahan Reka bentuk struktur epitaxial dan pertumbuhan bahan melibatkan keuntungan dan pengepaman laser, yang secara langsung mempengaruhi kecekapan elektro-optik cip. Faktor utama ialah heterojunction dan kehilangan voltan bahan pukal, kehilangan kebocoran pembawa dan kehilangan penyerapan cahaya. Menurut analisis jalur tenaga bahan semikonduktor, voltan heterojunction terutamanya berasal dari antara muka antara lapisan terkurung, substrat dan lapisan pandu gelombang, dan voltan heterojunction cip dikurangkan dengan berkesan melalui kecerunan antara muka dan pengoptimuman doping yang tinggi. Rintangan bahan pukal boleh dicapai dengan melaraskan komposisi bahan untuk meningkatkan mobiliti pembawa dan meningkatkan kepekatan doping. Mengurangkan kehilangan kebocoran pembawa memerlukan penghalang kurungan pembawa yang mencukupi, terutamanya halangan elektron satah p. Oleh itu, pengurangan rintangan bahan pukal dan penambahbaikan kurungan pembawa perlu dipertimbangkan secara menyeluruh untuk mengoptimumkan komposisi bahan. Kehilangan penyerapan optik biasanya boleh dicapai dengan mereka bentuk struktur pandu gelombang rongga optik ultra besar yang tidak simetri. Apabila jumlah ketebalan lapisan pandu gelombang kekal tidak berubah, ketebalan lapisan pandu gelombang p-satah dikurangkan dan ketebalan lapisan pandu gelombang n-satah meningkat, supaya bahagian utama medan optik diedarkan dalam Serap rendah satah n rintangan rendah, mengurangkan pertindihan medan optik dan satah p penyerapan tinggi, mengurangkan voltan bahan pukal, dan mengurangkan kehilangan penyerapan cahaya. Pada masa yang sama, digabungkan dengan reka bentuk pengedaran doping secara beransur-ansur, pengoptimuman serentak kehilangan voltan bahan pukal dan kehilangan penyerapan cahaya direalisasikan. Cip laser dalam jalur 900 nm biasanya menggunakan telaga kuantum InGaAs sebagai bahan perolehan, dan telaga kuantum AlInGaAs dengan ketegangan tinggi untuk meningkatkan keuntungan, tetapi telaga kuantum AlInGaAs sebagai bahan kuaterner mempunyai keperluan yang lebih ketat untuk kawalan pertumbuhan bahan. Ia adalah perlu untuk mengoptimumkan nisbah atmosfera dan kadar suhu pertumbuhan untuk meningkatkan tenaga nukleasi kecacatan badan telaga kuantum, dengan itu mengurangkan ketumpatan kecacatan telaga kuantum dan mengembangkan telaga kuantum berkualiti tinggi dan terikan tinggi.
(2) Apabila reka bentuk struktur cip dan proses fabrikasi berfungsi dalam mod kuasa tinggi, keamatan mod pesanan tinggi sisi cip meningkat, mengakibatkan peningkatan mendadak dalam sudut perbezaan dan penurunan kecerahan. Penyerapan dan penyerakan di pinggir pandu gelombang biasanya digunakan dalam laporan literatur untuk mengurangkan keamatan mod pesanan tinggi, tetapi ini juga akan menyebabkan kehilangan penyerapan tambahan kepada mod pesanan rendah dan mengurangkan jumlah kuasa optik. Di samping itu, apabila bekerja pada kuasa tinggi, keamatan medan optik cip diagihkan secara tidak sekata dalam arah membujur, manakala kepekatan pembawa yang dihasilkan oleh suntikan semasa cip struktur konvensional adalah seragam dalam arah membujur, jadi keamatan medan optik dan pengagihan kepekatan pembawa tidak boleh Padanan, ini akan menghasilkan kesan pembakaran lubang ruang menegak, mengakibatkan ketepuan kuasa. Satu cara untuk menyelesaikan masalah ini ialah dengan melaraskan struktur peranti pengedaran suntikan pembawa.
(3) Pembelahan permukaan rongga dan rawatan pempasifan Mod kegagalan utama cip laser semikonduktor berkuasa tinggi ialah kerosakan bencana optik permukaan rongga (COMD). COMD datang daripada penyerapan cahaya permukaan rongga yang membelah dan kawasan sekeliling apabila cip berfungsi pada kuasa tinggi. Penyerapan cahaya permukaan disebabkan oleh pembelahan ikatan berjuntai permukaan, pengoksidaan permukaan dan pencemaran permukaan, manakala belahan permukaan rongga konvensional dilakukan di atmosfera atau persekitaran vakum rendah, dan masalah ini tidak dapat dielakkan. Penyerapan cahaya di kawasan berhampiran permukaan belahan datang daripada penyerapan antara jalur. Apabila cip berfungsi pada kuasa tinggi, suhu rantau ini meningkat, mengakibatkan pengurangan dalam jurang jalur bahan dan peningkatan dalam penyerapan antara jalur. Cara paling berkesan untuk mengurangkan jenis penyerapan ini ialah membentuk struktur tingkap jurang jalur lebar (penyerapan rendah). Melalui pembangunan reka bentuk struktur epitaxial dan pertumbuhan bahan, reka bentuk struktur cip dan proses penyediaan, belahan permukaan rongga dan rawatan pempasifan, Suzhou Everbright Huaxin Optoelektronik Technology Co., Ltd. (selepas ini dirujuk sebagai "Everbright Huaxin") telah melancarkan 28 W cip laser semikonduktor. Peningkatan kuasa cip terutamanya datang daripada reka bentuk yang dioptimumkan bagi struktur epitaxial cip dan peningkatan teknologi pemprosesan khas permukaan rongga. Kuasa keluaran laser semikonduktor dipengaruhi terutamanya oleh faktor seperti ambang laser, cerun, dan lenturan kuasa arus tinggi. Biasanya dengan mengurangkan kepekatan doping simpang pn untuk mencapai pengurangan ambang dan peningkatan cerun, dan kepekatan doping yang terlalu rendah akan membawa kepada peningkatan rintangan simpang pn dan peningkatan voltan cip. Untuk menyelesaikan masalah mengoptimumkan keseimbangan antara cerun ambang dan voltan, Changguang Huaxin mengoptimumkan ketebalan lapisan pandu gelombang struktur rongga optik besar yang tidak simetri, dan direka dengan teliti pengagihan kepekatan doping di kawasan persimpangan pn yang berbeza, jadi untuk mengurangkan ambang dan meningkatkan kecekapan cerun. Kesan mengekalkan voltan pada asasnya tetap. Lenturan arus tinggi terutamanya disebabkan oleh penurunan kecekapan kuantum dalaman apabila arus tinggi disuntik. Everbright mengoptimumkan struktur jalur tenaga bahan berhampiran kawasan perolehan struktur laser, meningkatkan keupayaan pengepungan elektron yang disuntik simpang pn, dan secara berkesan meningkatkan kecekapan kuantum semasa suntikan arus tinggi. Sambil mengoptimumkan kuasa cip laser, Everbright terus meningkatkan kualiti bahan proses rawatan khas permukaan rongga untuk mengurangkan nisbah kecacatan, meningkatkan keupayaan permukaan rongga untuk menahan kerosakan bencana optik, dan memastikan bahawa 28 W cip laser berkuasa tinggi memenuhi keperluan pasaran perindustrian untuk hayat laser. keperluan.

Sebagai alat praktikal, laser gentian modul sumber cahaya semikonduktor berkuasa tinggi inframerah dekat telah berkembang pesat sejak beberapa tahun kebelakangan ini kerana kelebihannya yang unik, dan memainkan peranan penting dalam bidang pembuatan industri, pemprosesan dan penyelidikan saintifik. Sebagai peranti hulu teras laser gentian, pembangunan sumber pengepaman turut mengiringi malah menggalakkan pembangunan dan kemajuan teknologi keseluruhan laser gentian.
(1) Sumber pengepaman laser gentian industri Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, pasaran laser gentian industri telah berkembang pesat dan mempunyai momentum yang kuat. Laser gentian telah menerajui pasaran pemprosesan laser perindustrian dengan kelebihan teknologi dan aplikasinya yang unik. Setakat pasaran laser gentian industri, teknologi laser gentian kuasa rendah hingga sederhana telah matang dan stabil, dan telah memasuki peringkat persaingan kos sepenuhnya.

2) Sumber pengepaman laser gentian untuk penyelidikan saintifik. Laser gentian untuk penyelidikan saintifik umumnya mempunyai keperluan yang lebih tinggi pada kecerahan atau digunakan dalam beberapa senario aplikasi khas. Keperluan ini meliputi sumber pengepaman. Secara amnya, sumber pengepaman dikehendaki mempunyai kecerahan tinggi dan saiz kecil. , ringan, penguncian panjang gelombang dan ciri-ciri lain. Isipadu yang kecil memerlukan reka bentuk pembungkusan padat untuk sumber pengepaman, dan berat yang ringan memerlukan rawatan pengurangan berat yang diperlukan untuk sumber pengepaman dan penggunaan bahan logam berketumpatan rendah baru untuk memproses cangkerang tiub atas dasar memastikan kecekapan pengaliran haba.

High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers have the characteristics of high brightness, wide wavelength range, high electro-optical conversion efficiency and easy use, and have a wide range of potential applications in industry and scientific research fields, such as for Metal material processing, Yb-doped fiber laser pumping, Raman nonlinear fiber laser pumping, and energy transfer. Brightness is defined as B=P·A-1·Ω-1, where P is the output power of the laser, A is the area of the beam waist of the output beam of the laser, and Ω is the solid angle of the divergence angle of the output beam of the laser. Generally speaking, the higher the brightness, the smaller the focused spot size and the longer the working distance. The continuous output power of a single laser diode light-emitting unit (or laser diode single tube) is less than 40 W, and it is necessary to use different beam combining methods to combine dozens to hundreds of single tube chips into a beam output to achieve kilowatt-level output. Conventional direct semiconductor lasers are based on a laser diode single tube or bar (composed of multiple single tubes), using spatial beam combining, polarization beam combining, coarse spectrum beam combining or fiber beam combining to increase output power. Direct semiconductor lasers based on this type of beam combining technology have high output power and low cost, and are favored by the industry, and can be used for welding and cladding of metal materials. Using the dense spectral beam combining technology based on a single-tube chip, Everbright Huaxin has successfully developed a variety of high-brightness fiber-coupled direct semiconductor lasers, which greatly improved the output brightness of direct semiconductor lasers (> 200 MW cm-2 Sr-1) and Electro-optical conversion efficiency (>45 peratus). Contohnya, dalam 2019, Everbright melancarkan 1 kW, 220 μm/NA0.22 laser semikonduktor (dengan kecerahan output 21MW cm-2 Sr -1), yang telah digunakan secara meluas dalam kimpalan plat nipis; pada tahun yang sama, ia melancarkan 4 kW, 600 μm /NA0.22 (kecerahan output 11 MW cm-2 Sr-1) laser semikonduktor langsung telah digunakan secara meluas dalam pelapisan permukaan. Walau bagaimanapun, disebabkan diameter teras besar gentian keluaran dan kecerahan rendah, laser jenis ini tidak boleh digunakan untuk memotong bahan logam dan aplikasi penyelidikan saintifik yang memerlukan kecerahan tinggi. Rajah 8 menunjukkan hasil simulasi berbilang cip satu tiub secara spatial menggabungkan gandingan gentian. Bilangan maksimum cip tiub tunggal yang ditampung oleh gentian 100 μm/NA0.22 ialah 12, jadi kuasa output hanya 12 kali ganda daripada cip tiub tunggal tunggal.

Laser semikonduktor berkuasa tinggi inframerah dekat boleh digunakan sebagai sumber pengepaman dan peranti teras untuk keadaan pepejal dan laser gentian, dan juga boleh digunakan secara langsung dalam bidang penyelidikan perindustrian dan saintifik melalui teknologi gabungan rasuk yang berbeza, menduduki pasaran yang besar dalam laser. industri. Cip satu tiub ialah peranti unit sumber pengepaman laser semikonduktor berkuasa tinggi. Ciri-ciri komprehensifnya menentukan kuasa optik keluaran, kecekapan penukaran, dan isipadu modul sumber pam akhir. Oleh itu, ia telah menjadi tumpuan penyelidikan dan pembangunan dan penyelidikan kami. Dengan penyelidikan teori yang mendalam dari pasukan penyelidik, kemajuan teknologi pertumbuhan bahan, dan pembangunan teknologi pembungkusan, JTBYShield telah banyak meningkatkan kuasa output, hayat, kebolehpercayaan, dan amalan aplikasi laser semikonduktor berkuasa tinggi, dengan sangat memendekkan. masa antara jurang asing. Pada masa hadapan, kami bukan sahaja akan membuat penemuan dalam teknologi utama, tetapi juga mencapai perindustrian, dan merealisasikan penyetempatan dan perindustrian penuh cip dan peranti sumber pengepam laser mewah.

Maklumat perhubungan:

Jika anda mempunyai sebarang idea, sila berbincang dengan kami. Tidak kira di mana pelanggan kami berada dan apa keperluan kami, kami akan mengikut matlamat kami untuk menyediakan pelanggan kami kualiti tinggi, harga rendah dan perkhidmatan terbaik.