Što kažete na NIR laser, poluvodički laser velike snage?

Poluvodički laseri velike snage naširoko se koriste u inteligentnoj proizvodnji, laserskoj komunikaciji, laserskom očitavanju, medicinskoj ljepoti, itd. Od svog rođenja, postigli su veliki napredak u teoriji, praksi i primjeni, čineći većinu ukupnog laserskog tržišta. Među njima su poluvodički laseri velike snage u bliskom infracrvenom pojasu najbolji.

Poluvodički laserski čipovi velike snage blizu infracrvenog zračenja Poluvodički laserski čipovi velike snage osnovni su izvori svjetlosti suvremenih visokoenergetskih lasera predstavljenih optičkim vlaknima, čvrstim i izravnim poluvodičkim laserima. Snaga, svjetlina i pouzdanost laserskog čipa ključni su pokazatelji koji izravno utječu na performanse i cijenu laserskog sustava.

Glavna struktura poluvodičkog laserskog čipa uključuje epitaksijalni sloj koji emitira svjetlost koji daje medij za lasersko pojačanje, elektrodu koja ubrizgava nosioce u epitaksijalni sloj koji emitira svjetlost i površinu šupljine cijepanja koja tvori rezonantnu šupljinu. Razvojni proces čipa uključuje korake dizajna epitaksijalne strukture i rasta materijala, dizajna strukture čipa i procesa pripreme, pasiviziranja obrade cijepanja površine šupljine i optičkog premaza, testa pakiranja čipa, pouzdanosti životnog vijeka čipa i analize performansi, među kojima su ključni pokazatelji izravno utjecati Tri ključne tehnologije su epitaksijalni dizajn strukture i rast materijala, dizajn strukture čipa i postupak pripreme, cijepanje površine šupljine i tretman pasivizacijom.
(1) Dizajn epitaksijalne strukture i rast materijala Dizajn epitaksijalne strukture i rast materijala uključuju pojačanje i pumpanje lasera, što izravno utječe na elektrooptičku učinkovitost čipa. Glavni čimbenici su heterospoj i gubitak napona u rasutom materijalu, gubitak zbog curenja nosača i gubitak zbog apsorpcije svjetla. Prema analizi energetskog pojasa poluvodičkih materijala, napon heterospoja uglavnom dolazi iz sučelja između zatvorenog sloja, supstrata i valovodnog sloja, a napon heterospoja čipa učinkovito se smanjuje kroz gradijent sučelja i optimizaciju visokog dopinga. Otpornost rasutog materijala može se postići prilagodbom sastava materijala za povećanje pokretljivosti nosača i povećanjem koncentracije dopinga. Smanjenje gubitka od curenja nositelja zahtijeva dostatnu barijeru za zadržavanje nositelja, posebice elektronsku barijeru u p-ravnini. Stoga, smanjenje otpora rasutog materijala i poboljšanje ograničenja nosača treba sveobuhvatno razmotriti kako bi se optimizirao sastav materijala. Gubitak optičke apsorpcije obično se može postići projektiranjem strukture valovoda s asimetričnom ultra velikom optičkom šupljinom. Kada ukupna debljina sloja valovoda ostane nepromijenjena, debljina sloja valovoda u p-ravnini se smanjuje, a debljina sloja valovoda u n-ravnini se povećava, tako da je glavni dio optičkog polja raspoređen u niskoj apsorpciji. n-ravnina niskog otpora, smanjuje preklapanje optičkog polja i p-ravnina visoke apsorpcije, smanjuje napon rasutog materijala i smanjuje gubitak apsorpcije svjetla. U isto vrijeme, u kombinaciji s dizajnom postupne raspodjele dopinga, ostvaruje se istodobna optimizacija gubitka napona rasutog materijala i gubitka apsorpcije svjetla. Laserski čipovi u pojasu od 900 nm obično koriste kvantne jame InGaAs kao materijal za pojačanje i kvantne jame AlInGaAs s velikim naprezanjem za povećanje dobitka, ali kvantne jame AlInGaAs kao kvaternarni materijal imaju strože zahtjeve za kontrolu rasta materijala. Potrebno je optimizirati omjer atmosfere i stopu temperature rasta kako bi se povećala energija nukleacije defekata tijela kvantnih jažica, čime se smanjuje gustoća defekata kvantnih jažica i rastu kvantne jažice visoke kvalitete i velike deformacije.
(2) Kada dizajn strukture čipa i proces izrade rade u modu velike snage, bočni intenzitet moda visokog reda čipa se povećava, što rezultira naglim povećanjem kuta divergencije i smanjenjem svjetline. Apsorpcija i raspršenje na rubu valovoda općenito se koriste u literaturnim izvješćima za smanjenje intenziteta modova visokog reda, ali to će također uzrokovati dodatni gubitak apsorpcije modovima niskog reda i smanjiti ukupnu optičku snagu. Osim toga, pri radu s velikom snagom, intenzitet optičkog polja čipa neravnomjerno je raspoređen u uzdužnom smjeru, dok je koncentracija nositelja generirana ubrizgavanjem struje u čip s konvencionalnom strukturom ujednačena u uzdužnom smjeru, tako da je intenzitet optičkog polja i distribucija koncentracije nositelja ne može se podudarati, to će proizvesti učinak spaljivanja okomite prostorne rupe, što će rezultirati zasićenjem snage. Jedan od načina da se riješi ovaj problem je prilagoditi strukturu uređaja distribucije ubrizgavanja nosača.
(3) Rascjep površine šupljine i tretman pasivizacijom Glavni način kvara poluvodičkih laserskih čipova velike snage je oštećenje optičke katastrofe površine šupljine (COMD). COMD dolazi od apsorpcije svjetlosti površine šupljine koja cijepa i okolnog područja kada čip radi velikom snagom. Površinska apsorpcija svjetla uzrokovana je cijepanjem površinskih visećih veza, površinskom oksidacijom i površinskom kontaminacijom, dok se konvencionalno cijepanje površine šupljina provodi u atmosferi ili okruženju niskog vakuuma, a ovaj se problem ne može izbjeći. Apsorpcija svjetla u području blizu površine cijepanja dolazi od međupojasne apsorpcije. Kada čip radi velikom snagom, temperatura ovog područja raste, što rezultira smanjenjem razmaka materijala i povećanjem međupojasne apsorpcije. Najučinkovitiji način za smanjenje ove vrste apsorpcije je formiranje prozorske strukture širokog pojasa (niska apsorpcija). Kroz razvoj dizajna epitaksijalne strukture i rasta materijala, dizajna strukture čipa i procesa pripreme, cijepanja površine šupljine i tretmana pasivizacije, Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (u daljnjem tekstu "Everbright Huaxin") lansirao je 28 W poluvodički laserski čip. Povećanje snage čipa uglavnom dolazi od optimiziranog dizajna epitaksijalne strukture čipa i poboljšanja posebne tehnologije obrade površine šupljine. Na izlaznu snagu poluvodičkih lasera uglavnom utječu čimbenici kao što su prag lasera, nagib i savijanje snage velike struje. Obično se smanjenjem koncentracije dopinga pn spoja postiže smanjenje praga i povećanje nagiba, a preniska koncentracija dopinga dovest će do povećanja otpora pn spoja i povećanja napona čipa. Kako bi riješio problem optimizacije ravnoteže između nagiba praga i napona, Changguang Huaxin optimizirao je debljinu valovodnog sloja strukture asimetrične velike optičke šupljine i pažljivo dizajnirao distribuciju koncentracije dopinga u različitim regijama pn spoja, tako da kako bi se smanjio prag i poboljšala učinkovitost nagiba. Učinak održavanja napona u osnovi konstantnim. Savijanje velike struje uglavnom je posljedica smanjenja unutarnje kvantne učinkovitosti kada se ubrizga velika struja. Everbright je optimizirao strukturu energetskog pojasa materijala u blizini područja pojačanja laserske strukture, poboljšao sposobnost zadržavanja elektrona ubrizganih pn spojem i učinkovito poboljšao kvantnu učinkovitost tijekom ubrizgavanja velike struje. Dok optimizira snagu laserskog čipa, Everbright nastavlja poboljšavati kvalitetu materijala posebnog procesa obrade površine šupljine kako bi se smanjio omjer nedostataka, poboljšala sposobnost površine šupljine da se odupre oštećenju optičke katastrofe i osiguralo da 28 W Laserski čip velike snage zadovoljava zahtjeve industrijskog tržišta za životni vijek lasera. zahtjevi.

Kao praktičan alat, modul poluvodičkog svjetlosnog izvora visoke snage bliskog infracrvenog vlakna brzo se razvio posljednjih godina zbog svojih jedinstvenih prednosti i igra važnu ulogu u područjima industrijske proizvodnje, obrade i znanstvenog istraživanja. Kao osnovni uzvodni uređaj fiber lasera, razvoj pumpnog izvora također prati i čak promiče razvoj i napredak cjelokupne tehnologije fiber lasera.
(1) Izvor pumpanja lasera s industrijskim vlaknima Posljednjih godina tržište industrijskih lasera s vlaknima brzo se razvilo i ima snažan zamah. Svjetlovodni laseri preuzeli su vodstvo na tržištu industrijske laserske obrade sa svojom jedinstvenom tehnologijom i prednostima primjene. Što se tiče tržišta industrijskih fiber lasera, tehnologija fiber lasera male do srednje snage je sazrela i stabilizirana, te je u potpunosti ušla u fazu troškovne konkurencije.

2) Svjetlovodni laserski izvor pumpanja za znanstvena istraživanja. Vlaknasti laseri za znanstvena istraživanja općenito imaju veće zahtjeve u pogledu svjetline ili se koriste u nekim posebnim scenarijima primjene. Ovi se zahtjevi protežu i na izvor crpljenja. Općenito, izvor pumpanja mora imati visoku svjetlinu i malu veličinu. , lagan, zaključavanje valne duljine i druge karakteristike. Mali volumen zahtijeva kompaktan dizajn pakiranja za pumpni izvor, a mala težina zahtijeva nužan tretman smanjenja težine za pumpni izvor i upotrebu novih metalnih materijala niske gustoće za obradu cijevnog omotača na temelju osiguravanja učinkovitosti provođenja topline.

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 posto). Na primjer, 2019., Everbright je lansirao poluvodički laser od 1 kW, 220 μm/NA0.22 (s izlaznom svjetlinom od 21 MW cm-2 Sr -1), koji se široko koristi u zavarivanju tankih ploča; iste je godine lansirao izravni poluvodički laser od 4 kW, 600 μm /NA0.22 (izlazna svjetlina od 11 MW cm-2 Sr-1) koji se široko koristi u oblaganju površina. Međutim, zbog velikog promjera jezgre izlaznog vlakna i niske svjetline, ovaj tip lasera ne može se koristiti za rezanje metalnih materijala i znanstvena istraživanja koja zahtijevaju visoku svjetlinu. Slika 8 prikazuje rezultate simulacije višestrukih jednocijevnih čipova koji prostorno kombiniraju spajanje vlakana. Maksimalan broj jednocijevnih čipova koje može primiti vlakno od 100 μm/NA0.22 je 12, tako da je izlazna snaga samo 12 puta veća od snage jednog jednocijevnog čipa.

Poluvodički laseri velike snage blizu infracrvenog zračenja mogu se koristiti kao izvori pumpanja i jezgreni uređaji za lasere u čvrstom stanju i vlaknaste lasere, a također se mogu izravno koristiti u industrijskim i znanstvenim istraživačkim poljima kroz različite tehnologije kombiniranja snopa, zauzimajući veliko tržište lasera. industrija. Jednocijevni čip jedinični je uređaj poluvodičkog laserskog pumpnog izvora velike snage. Njegove opsežne karakteristike određuju izlaznu optičku snagu, učinkovitost pretvorbe i volumen konačnog modula izvora pumpanja. Stoga je postao fokus našeg istraživanja i razvoja i istraživanja. S dubinskim teoretskim istraživanjem istraživačkog tima, napretkom tehnologije rasta materijala i razvojem tehnologije pakiranja, JTBYShield je uvelike poboljšao izlaznu snagu, životni vijek, pouzdanost i praksu primjene poluvodičkih lasera velike snage, znatno skraćujući vrijeme između stranog jaza. U budućnosti, nećemo samo napraviti proboj u ključnim tehnologijama, već ćemo također postići industrijalizaciju i ostvariti potpunu lokalizaciju i industrijalizaciju vrhunskih čipova i uređaja za lasersko pumpanje.

Kontakt podaci:

Ako imate bilo kakvih ideja, slobodno nam se obratite. Bez obzira gdje su naši kupci i kakvi su naši zahtjevi, slijedit ćemo naš cilj da svojim kupcima pružimo visoku kvalitetu, niske cijene i najbolju uslugu.