ماذا عن ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة NIR؟

تُستخدم ليزر أشباه الموصلات عالية الطاقة على نطاق واسع في التصنيع الذكي ، والاتصال بالليزر ، والاستشعار بالليزر ، والجمال الطبي ، وما إلى ذلك. منذ ولادتهم ، حققوا تقدمًا كبيرًا في النظرية والتطبيق والتطبيق ، وهو ما يمثل معظم سوق الليزر الكلي. من بينها ، يعد ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة هو الأفضل.

رقائق ليزر أشباه الموصلات عالية الطاقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء هي مصادر الضوء الأساسية لليزرات عالية الطاقة المعاصرة التي تمثلها الألياف الضوئية ، والليزر ذو الحالة الصلبة وأشباه الموصلات المباشرة. تعد قوة شريحة الليزر وسطوعها وموثوقيتها مؤشرات أساسية تؤثر بشكل مباشر على أداء وتكلفة نظام الليزر.

يشتمل الهيكل الرئيسي لشريحة ليزر أشباه الموصلات على طبقة انبعاث ضوئي فوق المحور توفر وسيط اكتساب ليزر ، وإلكترود يقوم بحقن ناقلات في الطبقة فوق المحورية التي ينبعث منها الضوء ، وسطح تجويف انشقاق يشكل تجويفًا رنينيًا. تتضمن عملية تطوير الرقاقة خطوات تصميم الهيكل الفوقي ونمو المواد ، وتصميم هيكل الرقاقة وعملية التحضير ، ومعالجة تخميل انقسام سطح التجويف والطلاء البصري ، واختبار تغليف الرقائق ، وموثوقية عمر الرقاقة ، وتحليل الأداء ، من بينها المؤشرات الأساسية مباشرة تؤثر التقنيات الرئيسية الثلاثة على تصميم الهيكل الفوقي ونمو المواد ، وتصميم هيكل الرقاقة وعملية التحضير ، وانقسام سطح التجويف ومعالجة التخميل.
(1) يتضمن تصميم الهيكل الفوقي ونمو المواد تصميم هيكل Epitaxial ونمو المواد اكتساب الليزر وضخه ، مما يؤثر بشكل مباشر على الكفاءة الكهروضوئية للرقاقة. العوامل الرئيسية هي عدم التجانس وفقدان جهد المواد السائبة ، وفقدان تسرب الناقل وفقدان امتصاص الضوء. وفقًا لتحليل نطاق الطاقة لمواد أشباه الموصلات ، فإن الجهد غير المتجانسة يأتي بشكل أساسي من الواجهة بين طبقة الحبس ، والركيزة وطبقة الدليل الموجي ، ويتم تقليل الجهد غير المتجانسة للرقاقة بشكل فعال من خلال تدرج الواجهة وتحسين المنشطات العالية. يمكن تحقيق مقاومة المواد السائبة عن طريق تعديل تركيبة المواد لزيادة حركة الناقل وزيادة تركيز المنشطات. يتطلب تقليل فقد تسرب الموجة الحاملة حاجزًا كافيًا لحجز الموجة الحاملة ، خاصة حاجز الإلكترون p-level. لذلك ، يجب النظر في تقليل مقاومة المواد السائبة وتحسين حبس الناقل بشكل شامل لتحسين تكوين المواد. يمكن تحقيق فقد الامتصاص البصري عادةً عن طريق تصميم هيكل دليل موجي تجويف بصري كبير جدًا وغير متماثل. عندما تظل السماكة الكلية لطبقة الدليل الموجي دون تغيير ، يقل سمك طبقة الدليل الموجي للمستوى p ويزيد سمك طبقة الدليل الموجي n للطائرة ، بحيث يتم توزيع الجزء الرئيسي من المجال البصري في الامتصاص المنخفض المستوى n منخفض المقاومة ، يقلل من تداخل المجال البصري ومستوى p عالي الامتصاص ، ويقلل من جهد المادة السائبة ، ويقلل من فقد امتصاص الضوء. في الوقت نفسه ، جنبًا إلى جنب مع تصميم توزيع المنشطات التدريجي ، يتم تحقيق التحسين المتزامن لفقدان جهد المواد السائبة وفقدان امتصاص الضوء. تستخدم رقائق الليزر في النطاق 900 نانومتر عادةً آبار InGaAs الكمومية كمواد كسب ، والآبار الكمومية AlInGaAs ذات الضغط العالي لزيادة الكسب ، لكن الآبار الكمومية AlInGaAs كمادة رباعية لها متطلبات أكثر صرامة للتحكم في نمو المواد. من الضروري تحسين نسبة الغلاف الجوي ومعدل درجة حرارة النمو لزيادة طاقة التنوي لعيوب جسم البئر الكمومي ، وبالتالي تقليل كثافة عيوب الآبار الكمومية وتنمية الآبار الكمومية عالية الجودة وعالية الإجهاد.
(2) عندما يعمل تصميم هيكل الشريحة وعملية التصنيع في وضع الطاقة العالية ، تزداد كثافة وضع الترتيب الجانبي الجانبي للرقاقة ، مما يؤدي إلى زيادة حادة في زاوية الاختلاف وانخفاض في السطوع. يتم استخدام الامتصاص والتشتت عند حافة الدليل الموجي بشكل عام في التقارير الأدبية لتقليل شدة أوضاع الترتيب العالي ، ولكن هذا سيؤدي أيضًا إلى فقدان امتصاص إضافي لأنماط الترتيب المنخفض وتقليل إجمالي الطاقة الضوئية. بالإضافة إلى ذلك ، عند العمل بطاقة عالية ، يتم توزيع شدة المجال البصري للرقاقة بشكل غير متساو في الاتجاه الطولي ، بينما يكون تركيز الناقل الناتج عن الحقن الحالي لشريحة الهيكل التقليدية منتظمًا في الاتجاه الطولي ، وبالتالي فإن شدة المجال البصري وتوزيع تركيز الناقل لا يمكن أن يكون مطابقًا ، سيؤدي ذلك إلى تأثير احتراق حفرة عمودية ، مما يؤدي إلى تشبع الطاقة. تتمثل إحدى طرق حل هذه المشكلة في ضبط بنية الجهاز لتوزيع حقن الناقل.
(3) انقسام سطح التجويف ومعالجة التخميل وضع الفشل الرئيسي لرقائق الليزر عالية الطاقة شبه الموصلة هو تلف الكارثة الضوئية لسطح التجويف (COMD). يأتي COMD من امتصاص الضوء لسطح تجويف الشق والمنطقة المحيطة عندما تعمل الرقاقة بطاقة عالية. يحدث امتصاص الضوء السطحي بسبب انقسام الروابط المتدلية للسطح ، وأكسدة السطح وتلوث السطح ، في حين يتم إجراء انقسام سطح التجويف التقليدي في الغلاف الجوي أو بيئة الفراغ المنخفضة ، ولا يمكن تجنب هذه المشكلة. يأتي امتصاص الضوء في المنطقة القريبة من سطح الانقسام من امتصاص النطاق البيني. عندما تعمل الرقاقة بطاقة عالية ، تزداد درجة حرارة هذه المنطقة ، مما يؤدي إلى انخفاض فجوة النطاق للمادة وزيادة امتصاص النطاق البيني. الطريقة الأكثر فعالية لتقليل هذا النوع من الامتصاص هي تكوين هيكل نافذة واسع النطاق (امتصاص منخفض). من خلال تطوير تصميم الهيكل الفوقي ونمو المواد وتصميم هيكل الرقاقة وعملية التحضير وانقسام سطح التجويف ومعالجة التخميل ، أطلقت شركة Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co. رقاقة ليزر أشباه الموصلات. تأتي زيادة طاقة الرقاقة بشكل أساسي من التصميم الأمثل لهيكل الرقاقة فوق المحور وتحسين تكنولوجيا المعالجة الخاصة لسطح التجويف. تتأثر طاقة خرج ليزر أشباه الموصلات بشكل أساسي بعوامل مثل عتبة الليزر ، والانحدار ، وانحناء التيار العالي. عادةً عن طريق تقليل تركيز المنشطات لتقاطع pn لتحقيق تقليل العتبة وزيادة المنحدر ، وسيؤدي تركيز المنشطات المنخفض جدًا إلى زيادة مقاومة تقاطع pn وزيادة جهد الرقاقة. من أجل حل مشكلة تحسين التوازن بين منحدر العتبة والجهد ، قام Changguang Huaxin بتحسين سمك طبقة الدليل الموجي لهيكل التجويف البصري الكبير غير المتماثل ، وصمم بعناية توزيع تركيز المنشطات في مناطق مختلفة من تقاطع pn ، لذلك لتقليل العتبة وتحسين كفاءة المنحدر. تأثير الحفاظ على الجهد ثابتًا بشكل أساسي. يرجع الانحناء المرتفع للتيار بشكل أساسي إلى انخفاض كفاءة الكم الداخلية عند حقن تيار عالٍ. قام Everbright بتحسين بنية نطاق الطاقة للمادة بالقرب من منطقة الكسب لهيكل الليزر ، وحسّن قدرة الحبس للإلكترونات المحقونة بوصل pn ، وعزز بشكل فعال كفاءة الكم أثناء الحقن عالي التيار. أثناء تحسين قوة شريحة الليزر ، تواصل Everbright تحسين جودة المواد لعملية المعالجة الخاصة لسطح التجويف لتقليل نسبة العيب ، وتحسين قدرة سطح التجويف على مقاومة أضرار الكارثة الضوئية ، والتأكد من أن 28 واط رقاقة الليزر عالية الطاقة تلبي متطلبات السوق الصناعية لحياة الليزر. متطلبات.

كأداة عملية ، تم تطوير ليزر الألياف ذو مصدر الضوء شبه الموصّل عالي الطاقة القريب من الأشعة تحت الحمراء بسرعة في السنوات الأخيرة نظرًا لمزاياه الفريدة ، ويلعب دورًا مهمًا في مجالات التصنيع الصناعي والمعالجة والبحث العلمي. باعتباره جهاز المنبع الأساسي لليزر الألياف ، فإن تطوير مصدر الضخ يرافق أيضًا بل ويعزز تطوير التكنولوجيا الشاملة لليزر الألياف.
(1) مصدر ضخ ألياف الليزر الصناعي في السنوات الأخيرة ، تطور سوق ألياف الليزر الصناعي بسرعة ولديه زخم قوي. احتلت الليزرات الليفية الريادة في سوق المعالجة بالليزر الصناعي بفضل مزاياها التقنية والتطبيقات الفريدة. بقدر ما يتعلق الأمر بسوق ألياف الليزر الصناعية ، فقد نضجت تكنولوجيا ليزر الألياف ذات القدرة المنخفضة إلى المتوسطة واستقرت ، ودخلت تمامًا مرحلة المنافسة من حيث التكلفة.

2) مصدر ضخ ألياف الليزر للبحث العلمي. تتطلب الليزرات الليفية المستخدمة في البحث العلمي عمومًا متطلبات أعلى بشأن السطوع أو تُستخدم في بعض سيناريوهات التطبيقات الخاصة. تمتد هذه المتطلبات إلى مصدر الضخ. بشكل عام ، يجب أن يكون لمصدر الضخ سطوع عالي وصغر الحجم. وخفة الوزن وقفل الطول الموجي وخصائص أخرى. يتطلب الحجم الصغير تصميم تغليف مضغوط لمصدر الضخ ، ويتطلب الوزن الخفيف معالجة ضرورية لإنقاص الوزن لمصدر الضخ واستخدام مواد معدنية جديدة منخفضة الكثافة لمعالجة غلاف الأنبوب على أساس ضمان كفاءة التوصيل الحراري.

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 في المائة). على سبيل المثال ، في 2 0 19 ، أطلقت Everbright 1 كيلوواط ، 22 0 ميكرومتر / NA 0. 22 ليزر أشباه الموصلات (مع سطوع ناتج يبلغ 21 ميجاوات سم -2 ريال -1) ​​، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في لحام الألواح الرقيقة ؛ في نفس العام ، أطلقت 4 كيلوواط ، 600 ميكرومتر / NA0.22 (سطوع ناتج 11 ميغاواط سم -2 Sr -1) تم استخدام ليزر أشباه الموصلات المباشر على نطاق واسع في كسوة السطح. ومع ذلك ، نظرًا للقطر الأساسي الكبير للألياف الناتجة والسطوع المنخفض ، لا يمكن استخدام هذا النوع من الليزر لقطع المواد المعدنية وتطبيقات البحث العلمي التي تتطلب سطوعًا عاليًا. يوضح الشكل 8 نتائج المحاكاة للعديد من الرقائق أحادية الأنبوب التي تجمع مكانيًا اقتران الألياف. الحد الأقصى لعدد الرقائق أحادية الأنبوب التي تستوعبها ألياف 100 ميكرومتر / NA0.22 هو 12 ، وبالتالي فإن طاقة الإخراج هي فقط 12 ضعفًا لشريحة أحادية الأنبوب.

يمكن استخدام أشعة الليزر شبه الموصلة عالية الطاقة القريبة من الأشعة تحت الحمراء كمصادر ضخ وأجهزة أساسية لليزر الحالة الصلبة والليزر الليفي ، ويمكن أيضًا استخدامها بشكل مباشر في مجالات البحث الصناعي والعلمي من خلال تقنيات دمج الحزمة المختلفة ، والتي تحتل سوقًا كبيرًا في الليزر صناعة. الرقاقة أحادية الأنبوب عبارة عن جهاز وحدة لمصدر ضخ ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة. تحدد خصائصه الشاملة الطاقة الضوئية الناتجة وكفاءة التحويل وحجم وحدة مصدر الضخ النهائية. لذلك ، أصبح محور بحثنا وتطويرنا وبحثنا. من خلال البحث النظري المتعمق لفريق البحث ، والتقدم المحرز في تكنولوجيا نمو المواد ، وتطوير تكنولوجيا التعبئة والتغليف ، حسّن JTBYShield بشكل كبير من الطاقة الناتجة ، والعمر ، والموثوقية ، وممارسة تطبيق ليزر أشباه الموصلات عالي الطاقة ، مما يقلل بشكل كبير الوقت بين الفجوة الأجنبية. في المستقبل ، لن نحقق اختراقات في التقنيات الرئيسية فحسب ، بل سنحقق أيضًا التصنيع ، ونحقق التوطين الكامل والتصنيع لشرائح وأجهزة مصدر ضخ الليزر المتطورة.

معلومات الاتصال:

إذا كانت لديك أي أفكار ، فلا تتردد في التحدث إلينا. بغض النظر عن مكان وجود عملائنا ومتطلباتنا ، سوف نتبع هدفنا لتزويد عملائنا بجودة عالية وأسعار منخفضة وأفضل خدمة.