Wraz z ciągłym ulepszaniem wymagań dotyczących zastosowań laserów, wymagania dotyczące laserów półprzewodnikowych również stają się coraz wyższe, co znajduje odzwierciedlenie głównie w następujących aspektach:
Popraw moc wyjściową, opracuj dwuwymiarowe lub trójwymiarowe tablice o dużej mocy, aby zaspokoić zapotrzebowanie na moc w przetwarzaniu przemysłowym i innych dziedzinach; poprawić wydajność konwersji elektrooptycznej, osiągnąć miniaturyzację i wysoką wydajność systemów laserowych, zmniejszyć ciśnienie rozpraszania ciepła i obniżyć koszty; poprawić jakość wiązki; poprawić niezawodność, to znaczy, że może być swobodnie stosowany w wysokich szczytowych mocach i ekstremalnie trudnych warunkach, takich jak użycie pojazdów kosmicznych w środowiskach o dużym promieniowaniu i dużych różnicach temperatur.
Kluczowe technologie laserów półprzewodnikowych dużej mocy
Optymalizacja projektu konstrukcyjnego
Rozwój laserów półprzewodnikowych dużej mocy jest ściśle powiązany z badaniami i projektowaniem struktur epitaksyjnych i chipowych. Projekt konstrukcyjny jest podstawą urządzeń laserowych półprzewodnikowych dużej mocy. Trzy podstawowe zasady laserów półprzewodnikowych to: elektryczne wstrzykiwanie i utrzymywanie, konwersja elektrooptyczna, optyczne utrzymywanie i wyjście, odpowiednio do projektu wtrysku elektrycznego, projektowanie studni kwantowej i projektowanie pola optycznego struktur falowodowych. Badania strukturalne i doskonalenie laserów półprzewodnikowych opierają się na ciągłej optymalizacji tych trzech aspektów, rozwoju asymetrycznych, szerokich struktur falowodowych, optymalizacji studni kwantowych, drutów kwantowych, kropek kwantowych i struktur kryształów fotonicznych, co sprzyja ciągłemu doskonaleniu poziom technologii laserowej. Moc wyjściowa i sprawność konwersji elektrooptycznej są coraz wyższe, jakość wiązki jest coraz lepsza, a niezawodność jest coraz wyższa.
Wysokiej jakości technologia epitaksjalnego wzrostu materiału
Technologia wzrostu materiału epitaksjalnego za pomocą lasera półprzewodnikowego jest podstawą rozwoju lasera półprzewodnikowego. Wysokiej jakości proces wzrostu materiału epitaksjalnego, wyjątkowo niska gęstość defektów powierzchniowych i gęstość defektów wewnętrznych to warunki wstępne i gwarancja osiągnięcia wysokiej mocy szczytowej. Ponadto zanieczyszczenia również odgrywają ważną rolę w materiałach półprzewodnikowych. Można powiedzieć, że nie ma wysokowydajnego lasera na studni kwantowej bez precyzyjnego domieszkowania półprzewodników. Głównie poprzez optymalizację krzywej domieszkowania zmniejsza się nakładanie się pola optycznego i obszaru silnie domieszkowanego, zmniejszając w ten sposób utratę absorpcji wolnych nośników i poprawiając wydajność konwersji urządzenia.
Technologia obróbki powierzchni wnęki
Zastosowanie laserów półprzewodnikowych dużej mocy zwykle wymaga dużej mocy wyjściowej lasera i dobrej niezawodności. Głównym wąskim gardłem ograniczającym moc wyjściową laserów półprzewodnikowych jest katastroficzne uszkodzenie optyczne (COMD) spowodowane degradacją powierzchni wnęki przy dużej gęstości mocy.
W obszarze powierzchni wnęki laserów półprzewodnikowych występuje duża liczba defektów spowodowanych rozszczepieniem, utlenianiem i innymi przyczynami, a defekty te stają się centrami absorpcji światła i centrami niepromienistej rekombinacji. Ciepło generowane przez absorpcję światła zwiększa temperaturę powierzchni wnęki, a wzrost temperatury powoduje zmniejszenie pasma wzbronionego, przez co pomiędzy powierzchnią wnęki a wewnętrzną powierzchnią lasera powstaje gradient potencjału, który kieruje wstrzykiwaniem nośniki do obszaru powierzchni wnęki, co jest ważniejsze Głównym punktem jest to, że absorpcja światła międzypasmowego jest zwiększona po zmniejszeniu przerwy wzbronionej, co spowoduje wzrost stężenia nośnika na powierzchni wnęki, poprawi rekombinację niepromienistą, i dalej zwiększać temperaturę powierzchni wnęki. Z drugiej strony, większy prąd wstrzykiwany przez lasery półprzewodnikowe dużej mocy poprawia również niepromienistą rekombinację powierzchni wnęki. To właśnie proces dodatniego sprzężenia zwrotnego absorpcji światła, niepromienistej rekombinacji, wzrostu temperatury i redukcji przerwy wzbronionej powoduje, że temperatura powierzchni wnęki gwałtownie wzrasta, a w końcu powierzchnia wnęki ulega wypaleniu, czyli pojawia się COMD.
Podstawą problemu powierzchni wnęki jest istnienie defektów powierzchni wnęki, w tym zanieczyszczeń, utlenienia, wad materiałowych itp. powierzchni wnęki. Te defekty powierzchni wnęki po pierwsze wpływają na konsystencję COMD, a po drugie prowadzą do degradacji urządzenia i wpływają na długoterminową stabilność. Ogólnie rzecz biorąc, można zastosować różne techniki pasywacji i powlekania powierzchni wnęki, aby zmniejszyć lub wyeliminować defekty i utlenianie powierzchni wnęki, zmniejszyć absorpcję światła przez powierzchnię wnęki i poprawić wartość COMD powierzchni wnęki, osiągając w ten sposób wysoką moc szczytową .
Zintegrowana technologia pakowania
Chłodzenie i pakowanie chipów laserowych jest ważną częścią produkcji laserów półprzewodnikowych dużej mocy, a technologia kształtowania wiązki laserowej i integracji lasera to główne sposoby uzyskania laserów kilowatowych i 10000-watowych. Ze względu na dużą moc wyjściową i małą powierzchnię emitującą światło laserów półprzewodnikowych dużej mocy, gęstość ciepła generowanego podczas pracy jest bardzo wysoka, co stawia wyższe wymagania dotyczące struktury i procesu pakowania. Kluczowymi badaniami technologicznymi opakowań z laserem półprzewodnikowym dużej mocy jest rozpoczęcie od aspektów ciepła, materiałów opakowaniowych i naprężeń, rozwiązanie projektu opakowania zarządzania ciepłem i naprężenia termicznego oraz osiągnięcie przełomu technologicznego w rozwoju bezpośredniego półprzewodnika lasery o dużej mocy, wysokiej jasności i wysokiej niezawodności.
Zastosowania laserów półprzewodnikowych
Dziedzina bezpośredniego zastosowania laserów półprzewodnikowych została szeroko rozszerzona. Oprócz tego, że jest używany jako źródło pomp dla laserów na ciele stałym i laserów światłowodowych, jest również bezpośrednio używany w wielu dziedzinach, takich jak komunikacja optyczna, przetwarzanie przemysłowe, medycyna i monitorowanie oświetlenia. W ostatnich latach dużą uwagę przyciągnęły nowe zastosowania laserów półprzewodnikowych w czujnikach 3D, lidarach, wyświetlaczach laserowych i innych dziedzinach.
Komunikacja i pamięć optyczna
Dziedzina komunikacji optycznej jest nadal największym rynkiem zastosowań laserów półprzewodnikowych, a komunikacja światłowodowa stała się głównym nurtem współczesnej technologii komunikacyjnej. Jest również idealnym źródłem światła dla optycznych systemów przetwarzania równoległego i może być stosowany w komputerach optycznych i optycznych sieciach neuronowych. Obecnie głównymi zastosowaniami w dziedzinie komunikacji optycznej są lasery półprzewodnikowe 1,3 μm i 1,55 μm InGaAsP/InP. Czerwony laser i niebieski laser, które są używane głównie w informacjach i przechowywaniu optycznym, mogą realizować przechowywanie i przetwarzanie informacji o wysokiej gęstości.
źródło światła pompy
Lasery półprzewodnikowe pompowane laserem półprzewodnikowym i lasery światłowodowe są najszerzej stosowanymi polami laserów półprzewodnikowych dużej mocy. Jako źródło pompujące lasery półprzewodnikowe mają niezastąpione zalety innych źródeł światła, a lasery światłowodowe stały się najbardziej wpływowym rynkiem pompowania w ciągu ostatnich pięciu lat. Źródło pompy jest podzielone na dwie kategorie: wyjście światłowodowe z pojedynczym chipem i światłowód ze sprzężeniem prętowym. Powszechnie stosowane jest włókno 105 μm/NA0.22 z ciągłą mocą wyjściową 30-120 W; Włókno 200 μm/NA0.22 o mocy ciągłej 50-300 W, o długości fali pokrywającej 808-976 nm.
Wyświetlacz laserowy i medyczny
Wyświetlacz laserowy ma ogromny potencjał rynkowy ze względu na zalety dużej gamy kolorów, wysokiej jasności, długiej żywotności i łatwej realizacji wyświetlacza wielkoekranowego. Aby uzyskać lepsze wrażenia wizualne, im krótsza długość fali czerwonego lasera używanego do wyświetlania laserowego, tym lepsze wrażenia wizualne można uzyskać. Na przykład współczynnik czułości oka ludzkiego przy 640 nm jest 3 razy większy niż przy 660 nm. Jednak w przypadku czerwonych laserów półprzewodnikowych AlGaInP, im krótsza długość fali, tym większa przerwa wzbroniona materiału obszaru aktywnego, a nośniki są bardziej podatne na przelanie się z obszaru aktywnego do warstwy ograniczającej, zmniejszając wydajność i niezawodność lasera. Biorąc pod uwagę różne czynniki, długość fali czerwonego lasera do wyświetlania laserowego wynosi zwykle 640 nm. W dziedzinie laserowego leczenia medycznego zastosowanie czerwonych laserów 650-680 nm również staje się coraz bardziej przyciągające wzrok i jest dobrze stosowane w fizykoterapii, wykrywaniu komórek, terapii fotodynamicznej itp.
przetwórstwo przemysłowe
Dziedzina obróbki materiałów jest obecnie drugą co do wielkości dziedziną zastosowań laserów, a także najszybciej rozwijającą się dziedziną w ostatnim czasie, dzięki szybkiemu rozwojowi technologii laserów światłowodowych. Obróbka laserowa opiera się na obróbce z efektem fototermicznym różnych materiałów. Pod wpływem różnych gęstości mocy lasera powierzchnia materiału ulega zmianom, takim jak wzrost temperatury, topnienie, zgazowanie i fotoplazma. W zależności od stopnia zmiany powierzchni powstaje wyżarzanie i okładzina. , spawanie, cięcie, wiercenie i inne różne zastosowania.
monitorowanie oświetlenia
Wraz ze wzrostem świadomości ludzi na temat środków ostrożności, wymagania dotyczące kamer monitorujących stają się coraz wyższe, szczególnie w szczególnych sytuacjach, takich jak obrona graniczna/przybrzeżna, zapobieganie pożarom lasów i ruch kolejowy. Monitorowanie laserowe ma zalety dużej odległości wykrywania, wysokiej niezawodności, niskiego zużycia energii i wysokiej rozdzielczości, a także szybko się rozwinęło w zastosowaniach monitorowania na duże odległości. Lasery półprzewodnikowe reprezentowane przez 940 nm są szeroko stosowane w szybkiej kolei, autostradach, zapobieganiu pożarom lasów, obronie granicznej i przybrzeżnej oraz w innych dziedzinach.
Dzięki ciągłemu rozwojowi technologii same lasery półprzewodnikowe mają duże pole do ekspansji pod względem mocy, długości fali i metod pracy, a także promują rozwój wschodzących branż, takich jak wyświetlacze laserowe, inteligentne rozpoznawanie laserowe, rzeczywistość wirtualna, precyzyjna obróbka i badania medyczne. Wraz z rozwojem, lasery półprzewodnikowe, jako podstawowe komponenty, weszły do tysięcy gospodarstw domowych i odgrywają coraz ważniejszą rolę w różnych dziedzinach gospodarki narodowej i życia ludzi.
Witamy skontaktuj się z nami, aby uzyskać więcej informacji:
Whatsapp/Skype/Wechat: 0086 181 5840 0345
Email: info@brandnew-china.com