Kuidas on lood NIR-laseriga suure võimsusega pooljuhtlaseriga?

Suure võimsusega pooljuhtlasereid kasutatakse laialdaselt intelligentses tootmises, lasersuhtluses, laserseires, meditsiinilises ilunduses jne. Alates sünnist on need teoorias, praktikas ja rakendamises teinud suuri edusamme, moodustades suurema osa laserite turust. Nende hulgas on parimad lähi-infrapunariba suure võimsusega pooljuhtlaserid.

Infrapuna-suure võimsusega pooljuhtlaserite kiibid Suure võimsusega pooljuhtlaserite kiibid on tänapäevaste suure energiatarbega laserite põhilised valgusallikad, mida esindavad kiudoptilised, tahkis- ja otsepooljuhtlaserid. Laserkiibi võimsus, heledus ja töökindlus on põhinäitajad, mis mõjutavad otseselt lasersüsteemi jõudlust ja maksumust.

Pooljuhtlaseri kiibi põhistruktuur sisaldab epitaksiaalset valgust kiirgavat kihti, mis tagab laseri võimenduskeskkonna, elektroodi, mis süstib kandjaid epitaksiaalsesse valgust kiirgavasse kihti, ja lõhestusõõne pinda, mis moodustab resonantsõõnsuse. Kiibi arendusprotsess hõlmab epitaksiaalse struktuuri kavandamise ja materjali kasvatamise, kiibi struktuuri kavandamise ja ettevalmistamise, õõnsuse pinna lõhestamise passiveerimise ja optilise katmise, kiibi pakendamise testi, kiibi eluea töökindluse ja jõudluse analüüsi etappe, mille hulgas on ka põhinäitajad otse. mõjutada Kolm peamist tehnoloogiat on epitaksiaalse struktuuri projekteerimine ja materjali kasvatamine, kiibi struktuuri projekteerimine ja ettevalmistamise protsess, õõnsuse pinna lõhustamine ja passiveerimistöötlus.
(1) Epitaksiaalse struktuuri disain ja materjali kasv Epitaksiaalse struktuuri kujundamine ja materjali kasv hõlmavad laseri võimendust ja pumpamist, mis mõjutab otseselt kiibi elektrooptilist efektiivsust. Peamised tegurid on heterosiirde ja puistematerjali pingekadu, kanduri lekkekadu ja valguse neeldumise kadu. Pooljuhtmaterjalide energiariba analüüsi kohaselt pärineb heterosiirde pinge peamiselt piirdekihi, substraadi ja lainejuhi kihi liidesest ning kiibi heterosiirde pinget vähendatakse tõhusalt liidese gradiendi ja kõrge dopingu optimeerimise kaudu. Puistematerjali vastupidavust saab saavutada materjali koostise kohandamisega, et suurendada kandja liikuvust ja suurendada dopingu kontsentratsiooni. Kande lekkekao vähendamine nõuab piisavat kandja piiravat barjääri, eriti p-tasapinnalist elektronbarjääri. Seetõttu tuleb materjali koostise optimeerimiseks kõikehõlmavalt kaaluda puistematerjali vastupidavuse vähendamist ja kandja suletuse parandamist. Optilise neeldumise kadu on tavaliselt võimalik saavutada asümmeetrilise ülisuure optilise õõnsusega lainejuhistruktuuri kavandamisega. Kui lainejuhikihi kogupaksus jääb muutumatuks, väheneb p-tasapinnalise lainejuhikihi paksus ja n-tasapinnalise lainejuhikihi paksus suureneb, nii et põhiosa optilisest väljast jaotub madalal neeldumisel. madala takistusega n-tasapind, vähendage optilise välja ja suure neeldumisvõimega p-tasandi kattumist, vähendage puistematerjali pinget ja vähendage valguse neeldumiskadu. Samal ajal koos järkjärgulise dopingujaotuse disainiga realiseeritakse puistematerjali pingekadu ja valguse neeldumiskadu samaaegne optimeerimine. 900 nm sagedusalas olevad laserkiibid kasutavad tavaliselt võimendusmaterjalina InGaAs kvantkaevu ja võimenduse suurendamiseks suure pingega AlInGaAs kvantkaevu, kuid AlInGaAs kvantkaevudel kvaternaarse materjalina on materjali kasvu kontrollimiseks rangemad nõuded. Kvantkaevu keha defektide tuumaenergia suurendamiseks on vaja optimeerida atmosfääri suhet ja kasvutemperatuuri kiirust, vähendades seeläbi kvantkaevude defektide tihedust ja kasvatades kvaliteetseid ja suure pingega kvantkaevu.
(2) Kui kiibi konstruktsiooni projekteerimine ja valmistamine töötavad suure võimsusega režiimis, suureneb kiibi külgmise kõrgetasemelise režiimi intensiivsus, mille tulemuseks on lahknemisnurga järsk suurenemine ja heleduse vähenemine. Neeldumist ja hajumist lainejuhi servas kasutatakse kirjanduse aruannetes üldiselt kõrgetasemeliste režiimide intensiivsuse vähendamiseks, kuid see põhjustab ka täiendavat neeldumiskadu madala astme režiimides ja vähendab kogu optilist võimsust. Lisaks jaotub suure võimsusega töötades kiibi optilise välja intensiivsus pikisuunas ebaühtlaselt, samas kui tavapärase struktuurikiibi voolusissepritse tekitatud kandja kontsentratsioon on pikisuunas ühtlane, seega optilise välja intensiivsus. ja kandja kontsentratsiooni jaotust ei saa sobitada, tekitab see vertikaalse ruumi auku põletava efekti, mille tulemuseks on võimsuse küllastumine. Üks võimalus selle probleemi lahendamiseks on kohandada kandja süstimise jaotuse seadme struktuuri.
(3) Õõnsuspinna lõhustamine ja passiveerimistöötlus Suure võimsusega pooljuhtlaserikiipide peamine rike on õõnsuse pinna optiline katastroofikahjustus (COMD). COMD tuleneb lõikamisõõne pinna ja ümbritseva piirkonna valguse neeldumisest, kui kiip töötab suure võimsusega. Pinnavalguse neeldumise põhjuseks on rippuvate sidemete lõhenemine, pinna oksüdatsioon ja pinna saastumine, samas kui tavaline õõnsuse pinna lõhustamine toimub atmosfääris või madala vaakumiga keskkonnas ja seda probleemi ei saa vältida. Valguse neeldumine lõhustamispinna lähedal asuvas piirkonnas tuleneb ribadevahelisest neeldumisest. Kui kiip töötab suure võimsusega, tõuseb selle piirkonna temperatuur, mille tulemusena väheneb materjali ribalaius ja suureneb ribadevaheline neeldumine. Kõige tõhusam viis seda tüüpi neeldumise vähendamiseks on moodustada laia ribavahe (madala neelduvusega) akna struktuur. Epitaksiaalse struktuuri disaini ja materjali kasvatamise, kiibistruktuuri projekteerimise ja ettevalmistamise protsessi, õõnsuste pinna lõhustamise ja passiveerimistöötluse arendamise kaudu on Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (edaspidi "Everbright Huaxin") turule toonud 28 W pooljuht laserkiip. Kiibi võimsuse kasv tuleneb peamiselt kiibi epitaksiaalse struktuuri optimeeritud disainist ja õõnsuse pinna spetsiaalse töötlemise tehnoloogia täiustamisest. Pooljuhtlaserite väljundvõimsust mõjutavad peamiselt sellised tegurid nagu laseri lävi, kalle ja suure voolu võimsuse painutamine. Tavaliselt pn-siirde dopingukontsentratsiooni vähendamine, et saavutada läve vähenemine ja kalde suurenemine, ning liiga madal dopingukontsentratsioon toob kaasa pn-siirde takistuse suurenemise ja kiibi pinge tõusu. Läve kalde ja pinge vahelise tasakaalu optimeerimise probleemi lahendamiseks optimeeris Changguang Huaxin asümmeetrilise suure optilise õõnsuse struktuuri lainejuhikihi paksuse ja kavandas hoolikalt dopingukontsentratsiooni jaotuse pn-siirde erinevates piirkondades, nii et künnise vähendamiseks ja kalde efektiivsuse parandamiseks. Pinge põhimõtteliselt konstantsena hoidmise mõju. Suure voolu painutamine on peamiselt tingitud sisemise kvantefektiivsuse vähenemisest suure voolu süstimisel. Everbright optimeeris materjali energiariba struktuuri laserstruktuuri võimenduspiirkonna lähedal, parandas pn-siirde sisestatud elektronide suletusvõimet ja suurendas tõhusalt kvantefektiivsust suure voolu süstimise ajal. Laserkiibi võimsust optimeerides jätkab Everbright õõnsuse pinna eritöötlusprotsessi materjalikvaliteedi parandamist, et vähendada defektide suhet, parandada õõnsuse pinna vastupidavust optilise katastroofi kahjustustele ja tagada, et 28 W suure võimsusega laserkiip vastab tööstusturu nõuetele laseri eluea osas. nõuded.

Praktilise tööriistana on lähiinfrapuna suure võimsusega pooljuhtvalgusallika moodulkiudlaser tänu oma ainulaadsetele eelistele viimastel aastatel kiiresti arenenud ning sellel on oluline roll tööstusliku tootmise, töötlemise ja teadusuuringute valdkonnas. Kiudlaseri tuuma ülesvoolu seadmena kaasneb ka pumpamisallika arendamine ja isegi soodustab kiudlaseri üldise tehnoloogia arengut ja edenemist.
(1) Tööstusliku kiudlaseriga pumpamise allikas Viimastel aastatel on tööstusliku kiudlaserite turg kiiresti arenenud ja sellel on tugev hoog. Kiudlaserid on oma ainulaadse tehnoloogia ja rakenduse eelistega võtnud tööstusliku lasertöötluse turul juhtpositsiooni. Mis puutub tööstusliku kiudlaserite turgu, siis väikese ja keskmise võimsusega kiudlaserite tehnoloogia on küpsenud ja stabiliseerunud ning on täielikult sisenenud kulukonkurentsi.

2) Fiber laser pumpamise allikas teadusuuringute jaoks. Teadusuuringute jaoks mõeldud kiudlaseritel on üldiselt kõrgemad nõuded heledusele või neid kasutatakse mõnes erirakenduses. Need nõuded laienevad pumpamisallikale. Üldiselt peab pumpamisallikal olema kõrge heledus ja väike suurus. , kerge, lainepikkuse lukustus ja muud omadused. Väike maht nõuab pumbatava allika kompaktset pakendikujundust ja kerge kaal nõuab pumpatava allika kaalu vähendamiseks vajalikku töötlemist ja uute madala tihedusega metallmaterjalide kasutamist toru kesta töötlemiseks soojusjuhtivuse efektiivsuse tagamise alusel.

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 protsenti). Näiteks aastal 2019 käivitas Everbright 1 kW, 220 μm/NA0.22 pooljuhtlaseri (väljundi heledusega 21 MW cm-2 Sr -1), mida on laialdaselt kasutatud õhukeste plaatide keevitamisel; samal aastal tõi ta turule 4 kW, 600 μm /NA0,22 (väljundi heledus 11 MW cm-2 Sr-1) otsest pooljuhtlaserit on laialdaselt kasutatud pindade katmisel. Väljundkiu suure südamiku läbimõõdu ja madala heleduse tõttu ei saa seda tüüpi laserit siiski kasutada metallmaterjalide lõikamiseks ega teadusuuringuteks, mis nõuavad suurt heledust. Joonisel 8 on näidatud mitme ühetoru kiibi simulatsioonitulemused, mis kombineerivad ruumiliselt kiudusid. Maksimaalne 100 μm/NA0.22 kiibile mahutavate ühetoruliste kiipide arv on 12, seega on väljundvõimsus vaid 12 korda suurem kui ühe toruga kiibil.

Lähi-infrapuna suure võimsusega pooljuhtlasereid saab kasutada pooljuht- ja kiudlaserite pumpamisallikate ja südamikuseadmetena ning neid saab kasutada ka otse tööstus- ja teadusuuringute valdkondades erinevate kiirte kombineerimise tehnoloogiate kaudu, hõivates laserite turul suure turu. tööstusele. Ühetoru kiip on suure võimsusega pooljuhtlaseriga pumpamisallika seade. Selle kõikehõlmavad omadused määravad lõpliku pumpamisallika mooduli optilise väljundvõimsuse, muundamise efektiivsuse ja mahu. Seetõttu on see muutunud meie uurimis- ja arendustegevuse ning uurimistöö keskmeks. Uurimisrühma põhjaliku teoreetilise uurimistöö, materjalide kasvutehnoloogia edenemise ja pakendamistehnoloogia arenguga on JTBYShield oluliselt parandanud suure võimsusega pooljuhtlaserite väljundvõimsust, eluiga, töökindlust ja rakenduspraktikat, lühendades oluliselt aeg võõraste vahede vahel. Tulevikus ei tee me mitte ainult läbimurdeid võtmetehnoloogiates, vaid saavutame ka industrialiseerimise ning tipptasemel laserpumpamisallika kiipide ja seadmete täieliku lokaliseerimise ja industrialiseerimise.

Kontaktinfo:

Kui teil on ideid, võtke meiega ühendust. Pole tähtis, kus meie kliendid on ja millised on meie nõudmised, järgime oma eesmärki pakkuda oma klientidele kõrget kvaliteeti, madalaid hindu ja parimat teenust.