Chip laserowy

Układ laserowy, zwany także niezamontowanym drążkiem lasera diodowego, to układ laserowy z pojedynczym emiterem lub układ laserowy z pojedynczym słupkiem, które nie są zamontowane na radiatorze i nie mają żadnego opakowania zewnętrznego. Wybieraj spośród materiałów półprzewodnikowych GaAs, InP i GaSb, aby uzyskać długość fali od 450 nm do 2 µm, co zapewnia wyjątkową niezawodność i wydajność.

Chip laserowy to zminiaturyzowany chip, który integruje lasery i inne komponenty optoelektroniczne. Podstawowym elementem chipa laserowego jest laser półprzewodnikowy, który wykorzystuje proces rekombinacji elektronów i dziur w materiałach półprzewodnikowych do generowania laserów. Chipy laserowe są mniejsze i lżejsze niż tradycyjne lasery gazowe lub lasery na ciele stałym, dzięki czemu nadają się do integracji z różnymi urządzeniami przenośnymi i wbudowanymi.

Pojedynczy emiter

Pojedynczy pasek

Układ VCSEL

Układ EEL z pojedynczym emiterem

Pojedynczy batonik z węgorzem

Główną różnicą między chipem laserowym z pojedynczym emiterem a chipem laserowym z pojedynczym prętem jest ich struktura i zastosowanie. Układ laserowy z pojedynczym emiterem zwykle odnosi się do pojedynczego układu laserowego, natomiast układ laserowy z pojedynczym paskiem to struktury w kształcie paska złożone z wielu chipów laserowych.

Układ laserowy z pojedynczym emiterem składa się z pojedynczego układu laserowego i zwykle ma mniejszy rozmiar i niższą moc wyjściową. Są zwykle używane w zastosowaniach wymagających precyzyjnej kontroli wiązki, takich jak komunikacja światłowodowa i wskaźniki laserowe. Cechą chipa laserowego z pojedynczym emiterem jest wysoka jakość wiązki i nadaje się do zastosowań wymagających wysokiej kierunkowości i wysokiej jasności.

Pojedynczy chip laserowy to struktury w kształcie paska złożone z wielu chipów laserowych i zwykle mają większy rozmiar i większą moc wyjściową. Jednopasmowy chip laserowy nadaje się do zastosowań wymagających dużej mocy wyjściowej, takich jak obróbka materiałów, sprzęt medyczny i instrumenty do badań naukowych. Charakterystyka jednopaskowego chipa laserowego to wysoka moc wyjściowa i nadaje się do zastosowań wymagających napromieniowania dużej powierzchni lub dużej energii.

Pod względem szczegółów technicznych i zastosowań, chip laserowy z pojedynczym emiterem i chip laserowy z pojedynczą belką różnią się także metodami przygotowania i doborem materiału. Układy laserowe z pojedynczym emiterem są zwykle przygotowywane przy użyciu technologii chemicznego osadzania z fazy gazowej metali organicznych i charakteryzują się wysoką jakością i wydajnością wiązki. Jednopasmowy chip laserowy pozwala uniknąć bocznego laserowania poprzez konstrukcję warstwy epitaksjalnej i rowka izolacyjnego, a także poprawia niezawodność i trwałość urządzenia.

Niezamontowane pręty laserowe można pociąć na chipy laserowe z pojedynczym emiterem, wykonując następujące czynności:

Trasowanie: Na każdym niezamontowanym pasku lasera przeznaczonym do cięcia, trasowanie odbywa się pomiędzy dwoma sąsiednimi chipami.

Ekspansja folii: Folia klejąca z przymocowanym paskiem laserowym jest przenoszona do maszyny do ekspandowania folii w celu pierwszego rozszerzenia folii. Po zakończeniu ekspansji folii, folia klejąca znajduje się w pierwszym stanie ekspansji i pozostaje w tym stanie.

Dzielenie: Folia klejąca w pierwszym stanie rozprężenia jest przenoszona do maszyny rozdzielającej, a listwa laserowa jest dzielona wzdłuż linii trasowania w celu oddzielenia od siebie wiórów na pręcie laserowym. Rozszerzając warstwę kleju przymocowaną do listwy laserowej przed rozszczepieniem, zapewnia się wstępne naprężenie wiórów po obu stronach linii trasowania, dzięki czemu wióry można naturalnie i czysto oddzielać wzdłuż kierunku trasowania podczas rozszczepiania, unikając kolizji wiórów ze sobą inne podczas rozszczepiania i uszkodzenia.

Kluczem do tej metody jest zapewnienie wstępnego naprężenia poprzez rozszerzanie folii, aby zapewnić naturalne oddzielanie wiórów wzdłuż kierunku trasowania podczas rozłupywania, poprawiając w ten sposób wydajność i jakość wiórów.

‌Odstęp pomiędzy emiterami niezamontowanej listwy laserowej ma znaczący wpływ na wydajność. Jednolite odstępy między emiterami mogą zapewnić lepszy efekt rozpraszania ciepła niezamontowanej listwy laserowej, poprawiając w ten sposób żywotność i stabilność niezamontowanej listwy laserowej.

Odległość pomiędzy emiterami niezamontowanego paska laserowego będzie miała wpływ na efekt rozpraszania ciepła. Jeśli odstępy między emiterami są nierówne, może to spowodować zbyt wysoką temperaturę niektórych emiterów, co wpływa na wydajność i żywotność lasera. Dostosowując szerokość każdego emitera pręta, rozpraszanie ciepła całego pręta może być bardziej równomierne i można uniknąć znacznie wyższej temperatury środkowego emitera niż temperatura emitera krawędziowego, zmniejszając w ten sposób problemy przesunięcia długości fali i zmniejszenia szerokości impulsu.

Odstęp pomiędzy emiterami wpływa również na jasność niezamontowanej listwy laserowej. Jeśli odległość pomiędzy emiterami jest zbyt duża, może to spowodować nierówną jasność i wpłynąć na efekt wyświetlania. Odpowiednie odstępy między emiterami mogą zapewnić efekt wyświetlania i wydajność niezamontowanej listwy laserowej w różnych scenariuszach zastosowań.

Istnieje wiele wymagań dotyczących radiatorów stosowanych w pakowaniu chipów laserowych, obejmujących głównie przewodność cieplną, dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej, zdolność uwalniania naprężeń termicznych i obróbkę powierzchni. ‌

Po pierwsze, przewodność cieplna jest jednym z ważnych parametrów materiałów pochłaniających ciepło. Chipy laserowe wytwarzają dużo ciepła podczas pracy. Jeśli ciepło nie może zostać odprowadzone na czas, będzie to miało wpływ na wydajność i żywotność lasera. Dlatego materiał radiatora musi mieć wysoką przewodność cieplną, aby skutecznie odprowadzać ciepło. Powszechnie stosowane materiały pochłaniające ciepło, takie jak azotek glinu, węglik krzemu, diament itp., mają wysoką przewodność cieplną.

Po drugie, bardzo ważne jest również dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej. Współczynniki rozszerzalności cieplnej chipów laserowych i materiałów pochłaniających ciepło muszą być do siebie dopasowane, aby zmniejszyć naprężenia spowodowane zmianami temperatury i zapobiec pęknięciom lub deformacjom pomiędzy materiałami. Na przykład współczynnik rozszerzalności cieplnej azotku glinu wynosi 4,6 × 10^-6/K i jest zbliżony do współczynnika rozszerzalności cieplnej chipów laserowych, dlatego często stosuje się go jako przejściowy materiał radiatora.

Ponadto kluczowym czynnikiem jest również zdolność uwalniania naprężeń termicznych. Ciepło generowane przez laser podczas pracy spowoduje naprężenia termiczne pomiędzy chipem a radiatorem. Jeżeli materiał radiatora nie jest w stanie skutecznie uwolnić tych naprężeń, może to spowodować pogorszenie lub awarię działania lasera. Dlatego materiał radiatora musi mieć dobrą zdolność uwalniania naprężeń termicznych.

Wreszcie obróbka powierzchni wpływa również na wydajność radiatora. Obróbka powierzchni materiału radiatora musi spełniać określone wymagania dotyczące wyglądu oraz badań fizycznych i chemicznych, aby zapewnić jego niezawodność i trwałość w praktycznych zastosowaniach.

Podsumowując, radiator stosowany w opakowanych chipach laserowych musi mieć wysoką przewodność cieplną, odpowiadać współczynnikowi rozszerzalności cieplnej chipa, dobrą zdolność uwalniania naprężeń termicznych i odpowiednią obróbkę powierzchni, aby zapewnić stabilność i długoterminową niezawodność lasera.

‌Podstawowe etapy pakowania niezamontowanych prętów laserowych obejmują: wybór odpowiednich materiałów opakowaniowych, zaprojektowanie konstrukcji opakowania, wykonanie spawania i spajania oraz optymalizację zarządzania temperaturą.

Przede wszystkim wybór odpowiedniego materiału opakowaniowego jest kluczem do zapewnienia wydajności niezamontowanej listwy wiórowej lasera. Na przykład twardy lut ze złota i cyny można zastosować do pakowania niebieskich półprzewodnikowych prętów laserowych o dużej mocy z azotku galu (GaN), a radiator przejściowy miedź-wolfram może służyć jako warstwa buforowa w celu tłumienia naprężeń szczątkowych opakowania. Ponadto system materiałów epitaksjalnych InGaAs/AlGaAs można również wykorzystać do projektowania stożkowych układów półprzewodnikowych prętów laserowych dużej mocy.

Po drugie, odpowiednio zaprojektowana konstrukcja opakowania ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności niezamontowanych listew wiórowych lasera. Na przykład strukturę opakowania można zbudować przy użyciu komponentów takich jak mikrokanałowe radiatory, folie izolacyjne i taśmy miedziane, aby zapewnić dobre zarządzanie temperaturą i dystrybucję prądu.

Następnie następuje proces lutowania i łączenia. Do łączenia eutektycznego chipa z radiatorem przejścia miedź-wolfram stosuje się precyzyjną maszynę do układania, a temperatura, ciśnienie i czas spawania są ściśle kontrolowane, aby zapewnić jakość spawania. Eksperymenty pokazują, że odpowiednie parametry spawania mogą znacznie zmniejszyć opór cieplny i prąd progowy, poprawiając w ten sposób wyjściową moc optyczną i wydajność konwersji fotoelektrycznej.

Wreszcie optymalizacja zarządzania temperaturą jest ważnym środkiem zapewniającym długoterminową stabilną pracę niezamontowanych listew wiórowych lasera. Racjonalnie projektując konstrukcję radiatora i dobierając odpowiednie materiały, można skutecznie zmniejszyć opór cieplny, poprawić efektywność odprowadzania ciepła i wydłużyć żywotność niezamontowanych listew wiórowych lasera.

1. Zapobiegaj zanieczyszczeniu: Niezamontowaną listwę laserową należy zapakować w wolnym od kurzu i sterylnym środowisku, aby zapobiec przedostawaniu się cząstek i mikroorganizmów. Zanieczyszczenia te mogą mieć wpływ na wydajność i żywotność niezamontowanej listwy laserowej, a nawet spowodować uszkodzenie opakowania.

2. Popraw jakość opakowania: Kontrola środowiska w pomieszczeniu czystym może zapewnić najlepszy stan temperatury, wilgotności i przepływu powietrza podczas procesu pakowania, poprawiając w ten sposób jakość i konsystencję opakowania. Pomaga to ograniczyć wady opakowań i poprawić kwalifikowaną stawkę produktów.

3. Wydłużenie żywotności: Opakowanie w czystym środowisku może zmniejszyć uszkodzenia niezamontowanej listwy laserowej przez czynniki zewnętrzne, wydłużając w ten sposób jej żywotność. Pomieszczenie czyste zmniejsza problemy związane z zanieczyszczeniami, które mogą wystąpić podczas procesu pakowania, poprzez ścisłą kontrolę warunków środowiskowych oraz chroni stabilność i niezawodność niezamontowanego paska laserowego.

4. Popraw wydajność produkcji: Wydajny system filtracji i ściśle kontrolowane warunki środowiskowe w pomieszczeniu czystym mogą zmniejszyć przerwy w produkcji i przeróbki spowodowane zanieczyszczeniem, poprawiając w ten sposób ogólną wydajność produkcji. Ponadto pomieszczenie czyste może również zapewnić ciągłość i stabilność procesu produkcyjnego, dodatkowo poprawiając wydajność produkcji.

„Różnice strukturalne”:

‌EEL (laser emitujący krawędzie): EEL wykorzystuje emisję promieniowania wzdłuż kierunku osi, to znaczy światło jest emitowane wzdłuż płaskiego kierunku urządzenia, zwykle o konstrukcji cylindrycznej, a światło emituje wiązkę lasera z boku.

‌VCSEL (laser emitujący powierzchnię pionową wnęki): Struktura VCSEL jest pionowa, co oznacza, że ​​światło jest prostopadłe do urządzenia, a światło jest emitowane głównie od góry, tworząc okrągłą plamkę.

Tryb emisji‌:

‌Węgorz: Wiązka lasera jest emitowana z boku przez cylindryczną strukturę.

‌VCSEL: Laser emitujący powierzchnię, światło emitowane jest głównie z góry.

„Kształt plamki”:

WĘGIER: Emitowana plama ma kształt eliptyczny.

‌VCSEL: Emitowana plamka jest okrągła.

„Różnice w wydajności”:

Węgorz: Ma wyższą moc wyjściową i energię pojedynczego lasera, odpowiedni do zastosowań o wysokich wymaganiach energetycznych.

„VCSEL”: ma wysoką wewnętrzną wydajność kwantową i lepszą stabilność termiczną, a także może osiągnąć dużą prędkość, niskie zużycie energii i szeroki zakres temperatur.

„Obszary zastosowań”:

„EEL”: jest używany głównie do szybkiej komunikacji, takiej jak komunikacja światłowodowa, drukowanie laserowe, dyski optyczne oraz pomiary i wykrywanie optyczne.

„VCSEL”: jest powszechnie stosowany w optycznych połączeniach centrów danych, lidarach, rozpoznawaniu twarzy, skanowaniu 3D i innych zastosowaniach.

Podsumowując, EEL i VCSEL mają znaczące różnice w strukturze, trybie emisji, kształcie plamki, wydajności i obszarach zastosowań. Użytkownicy mogą wybrać odpowiedni chip laserowy w zależności od konkretnych potrzeb.

Praca chipa lasera emitującego krawędzie EEL obejmuje głównie następujące kroki:

1. Wstrzykiwanie nośnika: poprzez zastosowanie polaryzacji przewodzenia elektrony są wstrzykiwane z obszaru typu N do warstwy aktywnej, a dziury są wstrzykiwane z obszaru typu P do warstwy aktywnej. W warstwie aktywnej elektrony i dziury łączą się ponownie, tworząc fotony. Proces ten jest podobny do diody elektroluminescencyjnej (LED), ale EEL ma uzyskać lasery zamiast zwykłego światła.

2. Stymulowane promieniowanie i wzmocnienie światła: Fotony generowane w warstwie aktywnej oddziałują z innymi wzbudzonymi elektronami, powodując przejście tych elektronów do stanu o niskiej energii i emitowanie większej liczby fotonów o tej samej fazie, częstotliwości i kierunku, co fotony początkowe. Jest to promieniowanie stymulowane. Kiedy fotony odbijają się tam i z powrotem pomiędzy tymi zwierciadłami, w warstwie aktywnej generowane są bardziej stymulowane fotony promieniowania, tworząc mechanizm wzmacniania światła we wnęce rezonansowej.

3. Wnęka rezonansowa i wzmocnienie światła: Ponieważ warstwa aktywna EEL jest osadzona pomiędzy dwoma równoległymi zwierciadłami (powierzchniami końcowymi), zwierciadła te będą odbijać część fotonów z powrotem do warstwy aktywnej. Kiedy fotony odbijają się tam i z powrotem pomiędzy dwoma zwierciadłami, w warstwie aktywnej powstaje więcej fotonów promieniowania stymulowanego. Ten powtarzający się proces wzmacniania światła tworzy mechanizm wzmacniania światła we wnęce rezonansowej.

4. Moc lasera‌: Kiedy liczba fotonów we wnęce rezonansowej osiągnie określony próg, część fotonów zostanie wyemitowana przez powierzchnię czołową z niższym współczynnikiem odbicia, tworząc moc lasera. Kierunek wiązki lasera EEL jest równoległy do ​​powierzchni chipa, dlatego nazywa się to laserem emitującym krawędzie.

Cztery metody chłodzenia

Chłodzenie radiatora metodą naturalnej konwekcji: W tej metodzie wykorzystuje się materiały o wysokiej przewodności cieplnej w celu usunięcia wytworzonego ciepła i rozproszenia ciepła poprzez naturalną konwekcję. Ponadto żebra mogą również pomóc w rozproszeniu ciepła i poprawie szybkości wymiany ciepła w układzie chłodzenia.

„Materiały przewodzące ciepło”: Aby obniżyć temperaturę lasera, należy stosować materiały o wysokiej przewodności cieplnej. Materiały te mogą skutecznie odprowadzać ciepło, utrzymując w ten sposób stabilną pracę lasera.

W oparciu o wiodącą w branży technologię półprzewodników, BrandNew oferuje szeroką gamę opcji chipów laserowych. Niektóre z tych opcji obejmują długości fal w zakresie od 450 nm do 2100 nm, chip laserowy z pojedynczym emiterem o mocy wyjściowej do 20 W i chip laserowy z pojedynczym słupkiem o mocy wyjściowej do 600 W oraz falę ciągłą (CW) i quasi-ciągłą (QCW). ) opcje. Chipy i pręty laserowe są dostępne w różnych współczynnikach wypełnienia, szerokościach pasków, szerokościach prętów i długościach wgłębień, a opcje niestandardowe mogą zostać opracowane w celu spełnienia Twoich unikalnych wymagań.

Chipy laserowe są produkowane pod najsurowszą kontrolą jakości. Pracujemy wyłącznie przy użyciu najnowocześniejszych technologii epitaksji, przetwarzania i powlekania fasetowego. Do montażu chipa laserowego stosowane są standardowe metody lutowania. Materiał obsługuje zarówno lut miękki (ind), jak i lut twardy (złoto/cyna). Standardowa konfiguracja chipa laserowego to struktura emitera oddzielona po stronie p. Na zamówienie dostępne są chipy laserowe z ciągłą metalizacją po stronie p i dostosowanymi powłokami fasetowymi, z zastosowaniem powłok o niskim AR do montażu rezonatorów zewnętrznych.

Brandnew Technology, jeden z wiodących producentów i dostawców laserów diodowych w Chinach, posiada profesjonalną fabrykę, która produkuje wysokiej jakości chipy laserowe i sprzedaje po konkurencyjnej cenie. Zapraszamy do sprzedaży hurtowej naszych produktów wytwarzanych w Chinach.