Tervezési szempontoknagy teljesítményű félvezető lézer
Ez a cikk szisztematikusan ismerteti a nagy teljesítményű félvezetők alapvető tervezési szempontjait és megvalósítási módszereit.lézerAz „a fényerő növelésével a teljesítmény felső határának növelése, az energiaátalakítási és -disszipációs útvonalak optimalizálása, valamint a katasztrofális optikai károsodás (COD) elkerülése” általános elképzelése alapján 9 kulcsfontosságú szempont alapján mélyreható elemzést végeztek:
1. Széles emissziós terület: Széles területű struktúra alkalmazásával (például a W emissziós terület szélességének néhány mikrométerről 50-200 mikrométerre történő növelésével) a maximális kimenő teljesítmény közvetlenül lineárisan növelhető, ami az alapvető módszer az egycsöves kimenet wattos vagy akár több tíz wattos szintjén történő eléréséhez, de ez feláldozza a nyaláb minőségét.
2. Hosszú üreg: Az üreg hosszának növelése kulcsfontosságú az elektromos fűtési teljesítmény javításához és a hatékony, nagy teljesítményű működés eléréséhez. Lényege a készülék hőellenállásának és ellenállásának hatékony csökkentése, ezáltal az aktív régió átmenetének hőmérséklet-emelkedésének elnyomása, a teljesítménytelítési hatások csökkentése, valamint a kimeneti teljesítmény és a hatásfok javítása.
3. Hullámvezetők és aszimmetrikus optikai üregek kiszélesítése: Az optikai tér eloszlásának kiszélesítésével (például aszimmetrikus optikai üregszerkezetek használatával) csökkenthető az optikai tér és a nagy abszorpciós veszteségű területek átfedése, ami jelentősen csökkenti a belső veszteségeket, javítja a kvantumhatásfokot és csökkenti a hőtermelést. Ugyanakkor a függőleges irányú nyalábminőség is javítható.
4. Kitöltési tényező: A rúdeszközökben a kitöltési tényező (a fénykibocsátó egység teljes szélességének és a rúd teljes szélességének aránya) a kimeneti teljesítménysűrűség és a hőkezelési nehézségek kiegyensúlyozásának alapvető paramétere. A magas kitöltési tényező nagy teljesítménysűrűséget eredményez, de rendkívül nagy hőelvezetést igényel, míg az alacsony kitöltési tényező jobban elősegíti a hőkezelést és javítja a megbízhatóságot.
6. Végfelület-védelmi technológia: A végfelület katasztrofális optikai tükörkárosodásának (COMD) küszöbértékének javítása kulcsfontosságú az energiaellátási szűk keresztmetszet áthidalásához. A cikk három fő technológiát részletez:
6.1 Az üregfelület passziválása és bevonása: Passziváló rétegek felvitelével és nagy fényvisszaverő képességű/tükröződésgátló fóliák bevonásával az üregfelület hibái passziválódnak, a nem sugárzó rekombináció elnyomódik, és a COMD küszöbérték jelentősen javul.
6.2 Nem abszorpciós ablaktechnológia: Kvantumkút-hibridizáció és más technikák alkalmazása átlátszó ablakterület kialakítására a végfelületen a fényelnyelés csökkentése és a COMD megelőzése érdekében.
6.3 Nem befecskendező zóna technológia az üreg felületén: Hozzunk létre egy áram nem befecskendező zónát az üreg felülete közelében a töltéshordozó-koncentráció és a nem sugárzásos rekombináció csökkentése érdekében az üreg felületén.
7. Nagy fényerejű kialakítás: Két technikát mutatunk be a nagy fényerejű kimenet elérésére a széles lefedettségű lézerek gyenge nyalábminőségének problémájának kezelésére:
7.1. Kúpos szerkezet: A keskeny hullámvezető „vetőterület” elülső végén és a „kúpos erősítési terület” hátsó végén található kombinálásával a diffrakciós határhoz közeli nyalábminőséget lehet fenntartani az erősítési teljesítmény növelése mellett.
7.2 Módusvezérlés: Széles tartományú mikrostruktúrák bevezetése a magasabb rendű transzverzális módusok veszteségének szelektív növelésére, ezáltal javítva a nyaláb minőségét.
8. Kvantumkút és feszültségkompenzáció: A kvantumkút aktív régiójába feszültséget bevezetve optimalizálható a sávszerkezet, növelhető a differenciális erősítés, ezáltal csökkenthető a küszöbáram, javítható a hatásfok és javíthatók a magas hőmérsékleti jellemzők. A feszültségkompenzációs technológia megakadályozza a feszültség és a hibák felhalmozódását azáltal, hogy ellentétes feszültséggel növeszti a zárórétegeket, biztosítva az anyagminőséget.
9. Fejlett hőkezelés és alacsony feszültségű csomagolás: A nagy teljesítménysűrűség okozta hőelvezetési kihívásokra válaszul ez a cikk új hűtőborda-anyagokat (például gyémánt kompozit anyagokat), mikrocsatornás hűtőket és csomagolási technológiákat mutat be, amelyek alacsony feszültségű határfelületi anyagokat használnak a rendkívül nagy hőelvezetési kapacitás elérése és a megbízhatóság javítása érdekében.
10. Elosztott hullámvezető: Chip szintű belső hőkezelési sémaként ez a szerkezet a gerinchullámvezetőt egy gerjesztési zónára és egy passzív hőelvezetési zónára osztja az üreg hossza mentén, és egy keresztirányú hőcsatornát hoz létre a chip belsejében a hő hatékony elvezetése érdekében, áttörve a hagyományos hőelvezetési módszerek korlátait.
Az összefoglaló és a kitekintés rámutat arra, hogy a nagy teljesítményűfélvezető lézeregy többcélú optimalizálási probléma, amely magában foglalja az elektromosságot, az optikát, a termodinamikát és a megbízhatóságot. A legjobb egyensúlyt kell elérni a széles emissziós terület, a hosszú üreg és a kiszélesített hullámvezető három alapvető kialakítása, valamint a hőkezelés, a végfelület-károsodás és a nyalábminőség három fő kihívásával foglalkozó technológiák között. A jövőbeli teljesítmény további javítása az új anyagok, az új fizikai mechanizmusok és az új gyártási folyamatok fejlesztésétől függ.
Közzététel ideje: 2026. május 21.