ლაზერული ზოლების სტრუქტურის გამოვლენა: მაღალი სიმძლავრის ლაზერების უკან მდგომი „მიკრომასივის ძრავა“

მაღალი სიმძლავრის ლაზერების სფეროში ლაზერული ზოლები შეუცვლელი ძირითადი კომპონენტებია. ისინი არა მხოლოდ ენერგიის გამომუშავების ფუნდამენტურ ერთეულებს წარმოადგენენ, არამედ თანამედროვე ოპტოელექტრონული ინჟინერიის სიზუსტესა და ინტეგრაციას განასახიერებენ.—რის გამოც მათ ლაზერული სისტემების „ძრავის“ მეტსახელი შეარქვეს. მაგრამ რა არის ლაზერული ზოლის სტრუქტურა და როგორ გამოიმუშავებს ის ათობით ან თუნდაც ასობით ვატს სიმძლავრეს მხოლოდ რამდენიმე მილიმეტრის ზომიდან? ეს სტატია იკვლევს ლაზერული ზოლების შიდა არქიტექტურას და საინჟინრო საიდუმლოებებს.

1. რა არის ლაზერული ზოლი?

ლაზერული ზოლი არის მაღალი სიმძლავრის გამოსხივების მოწყობილობა, რომელიც შედგება ერთ სუბსტრატზე განლაგებულ რამდენიმე ლაზერული დიოდური ჩიპისგან. მიუხედავად იმისა, რომ მისი მუშაობის პრინციპი ერთი ნახევარგამტარული ლაზერის მსგავსია, ლაზერული ზოლი იყენებს მრავალგამოსხივების განლაგებას უფრო მაღალი ოპტიკური სიმძლავრისა და უფრო კომპაქტური ფორმ-ფაქტორის მისაღწევად.

ლაზერული ზოლები ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო, სამედიცინო, სამეცნიერო და თავდაცვის სექტორებში, როგორც პირდაპირი ლაზერული წყაროები, ასევე როგორც ტუმბოს წყაროები ბოჭკოვანი ლაზერებისა და მყარი მდგომარეობის ლაზერებისთვის.

2. ლაზერული ზოლის სტრუქტურული შემადგენლობა

ლაზერული ზოლის შიდა სტრუქტურა პირდაპირ განსაზღვრავს მის მუშაობას. ის ძირითადად შედგება შემდეგი ძირითადი კომპონენტებისგან:

①ემიტერების მასივი

ლაზერული ზოლები, როგორც წესი, შედგება 10-დან 100-მდე გამოსხივებისგან (ლაზერული ღრუებისგან), რომლებიც გვერდიგვერდ არიან განლაგებული. თითოეული გამოსხივება დაახლოებით 50-ია.–150μმ სიგანისაა და მოქმედებს როგორც დამოუკიდებელი გამაძლიერებელი რეგიონი, რომელიც მოიცავს PN შეერთებას, რეზონანსულ ღრუს და ტალღის გამტარ სტრუქტურას ლაზერული სინათლის გენერირებისა და გამოსხივებისთვის. მიუხედავად იმისა, რომ ყველა ემიტერს ერთი და იგივე სუბსტრატი აქვს, ისინი, როგორც წესი, ელექტრონულად მოძრაობენ პარალელურად ან ზონებად.

②ნახევარგამტარული ფენის სტრუქტურა

ლაზერული ზოლის ცენტრში ნახევარგამტარული ფენების გროვაა, მათ შორის:

- P-ტიპის და N-ტიპის ეპიტაქსიური ფენები (რომლებიც ქმნიან PN შეერთებას)

- აქტიური ფენა (მაგ., კვანტური ჭის სტრუქტურა), რომელიც წარმოქმნის სტიმულირებულ ემისიას

- ტალღის გამტარი ფენა, რომელიც უზრუნველყოფს რეჟიმის კონტროლს გვერდითი და ვერტიკალური მიმართულებით

- ბრაგის რეფლექტორები ან HR/AR საფარი, რომელიც აძლიერებს ლაზერის მიმართულებით გამომავალ სიგნალს

③სუბსტრატისა და თერმული მართვის სტრუქტურა

ემიტერები მონოლითურ ნახევარგამტარულ სუბსტრატზე (ხშირად GaAs) იზრდება. სითბოს ეფექტური გაფრქვევისთვის, ლაზერული ზოლი მიდუღებულია მაღალი გამტარობის ქვესამაგრებზე, როგორიცაა სპილენძი, W-Cu შენადნობი ან CVD ბრილიანტი, და შეწყვილებულია რადიატორებთან და აქტიურ გაგრილების სისტემებთან.

④ემისიის ზედაპირი და კოლიმაციის სისტემა

გამოსხივებული სხივების დიდი დივერგენციის კუთხეების გამო, ლაზერული ზოლები, როგორც წესი, აღჭურვილია მიკროლინზების მასივებით (FAC/SAC) კოლიმაციისა და სხივის ფორმირებისთვის. გარკვეული გამოყენებისთვის, დამატებითი ოპტიკა გამოიყენება.—როგორიცაა ცილინდრული ლინზები ან პრიზმები—გამოიყენება შორეული ველის დივერგენციისა და სხივის ხარისხის გასაკონტროლებლად.

3. ძირითადი სტრუქტურული ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ შესრულებაზე

ლაზერული ზოლის სტრუქტურა გადამწყვეტ როლს ასრულებს მისი სტაბილურობის, ეფექტურობისა და მომსახურების ხანგრძლივობის განსაზღვრაში. რამდენიმე ძირითადი ასპექტი მოიცავს:

①თერმული მართვის დიზაინი

ლაზერული ზოლები გამოირჩევა მაღალი სიმძლავრის სიმკვრივით და კონცენტრირებული სითბოთი. აუცილებელია დაბალი თერმული წინააღმდეგობა, რომელიც მიიღწევა AuSn შედუღებით ან ინდიუმის შეერთებით, მიკროარხის გაგრილებით კომბინაციით სითბოს ერთგვაროვანი გაფრქვევისთვის.

②სხივის ფორმირება და გასწორება

მრავალჯერადი გამოსხივება ხშირად განიცდის ცუდ კოჰერენტულობას და ტალღის ფრონტის არასწორ განლაგებას. ლინზების ზუსტი დიზაინი და განლაგება კრიტიკულად მნიშვნელოვანია შორეული ველის სხივის ხარისხის გასაუმჯობესებლად.

③სტრესის კონტროლი და საიმედოობა

თერმული გაფართოების კოეფიციენტების მასალის შეუსაბამობამ შეიძლება გამოიწვიოს დეფორმაცია ან მიკრობზარები. შეფუთვა ისე უნდა იყოს შექმნილი, რომ თანაბრად გადაანაწილოს მექანიკური სტრესი და გაუძლოს თერმულ ციკლებს დეგრადაციის გარეშე.

4. ლაზერული ზოლების დიზაინის მომავალი ტენდენციები

მაღალი სიმძლავრის, მცირე ზომისა და მეტი საიმედოობის მოთხოვნის ზრდასთან ერთად, ლაზერული ზოლების სტრუქტურები აგრძელებენ განვითარებას. განვითარების ძირითადი მიმართულებებია:

①ტალღის სიგრძის გაფართოება: გაფართოება 1.5-მდეμm და საშუალო ინფრაწითელი დიაპაზონები

②მინიატურიზაცია: კომპაქტურ მოწყობილობებსა და მაღალ ინტეგრირებულ მოდულებში გამოყენების შესაძლებლობა

③ჭკვიანი შეფუთვა: ტემპერატურის სენსორებისა და სტატუსის უკუკავშირის სისტემების ინტეგრირება

④მაღალი სიმკვრივის დაწყობა: ფენიანი მასივები კილოვატიანი სიმძლავრის მისაღწევად კომპაქტურ სივრცეში.

5. დასკვნა

როგორც„გული„მაღალი სიმძლავრის ლაზერული სისტემების შემთხვევაში, ლაზერული ზოლების სტრუქტურული დიზაინი პირდაპირ გავლენას ახდენს მთლიანი სისტემის ოპტიკურ, ელექტრულ და თერმულ მახასიათებლებზე. ათობით გამოსხივების ინტეგრირება სულ რაღაც მილიმეტრების სიგანის სტრუქტურაში არა მხოლოდ წარმოაჩენს მოწინავე მასალასა და დამზადების ტექნიკას, არამედ წარმოადგენს ინტეგრაციის მაღალ დონეს დღევანდელ სამყაროში.'ფოტონიკის ინდუსტრია.

მომავლის გათვალისწინებით, ეფექტური და საიმედო ლაზერული წყაროების მოთხოვნის ზრდასთან ერთად, ლაზერული ზოლების სტრუქტურის ინოვაციები ლაზერული ინდუსტრიის ახალ სიმაღლეებზე ასვლის მთავარ მამოძრავებელ ძალად დარჩება.

თუ შენ'თუ ლაზერული ზოლების შეფუთვაში, თერმულ მართვაში ან პროდუქტის შერჩევაში ექსპერტულ მხარდაჭერას ეძებთ, თავისუფლად დაგვიკავშირდით. ჩვენ'აქ ვართ, რათა შემოგთავაზოთ თქვენი კონკრეტული აპლიკაციის საჭიროებების შესაბამისი მორგებული გადაწყვეტილებები.