Kaj pa NIR laserski visokozmogljivi polprevodniški laser?

Visoka močPolprevodniški laserjise pogosto uporabljajo v inteligentni proizvodnji, laserski komunikaciji, laserskem zaznavanju, medicinski lepoti itd. Od svojega rojstva so dosegli velik napredek v teoriji, praksi in uporabi ter predstavljajo večino celotnega laserskega trga. Med njimi so najboljši polprevodniški laserji velike moči v bližnjem infrardečem pasu.

Bližnji infrardeči visokozmogljivi polprevodniški laserski čipi Visokozmogljivi polprevodniški laserski čipi so glavni viri svetlobe sodobnih visokoenergijskih laserjev, ki jih predstavljajo optična vlakna, polprevodniški in neposredni polprevodniški laserji. Moč, svetlost in zanesljivost laserskega čipa so ključni indikatorji, ki neposredno vplivajo na zmogljivost in ceno laserskega sistema.

Glavna struktura polprevodniškega laserskega čipa vključuje epitaksialno plast, ki oddaja svetlobo, ki zagotavlja medij za lasersko pridobivanje, elektrodo, ki vbrizga nosilce v epitaksialno plast, ki oddaja svetlobo, in površino cepitvene votline, ki tvori resonančno votlino. Razvojni proces čipa vključuje korake oblikovanja epitaksialne strukture in rasti materiala, načrtovanje strukture čipa in postopek priprave, pasivno obdelavo cepitve površine votline in optično prevleko, test pakiranja čipa, zanesljivost življenjske dobe čipa in analizo delovanja, med katerimi so ključni kazalniki neposredno Tri ključne tehnologije so epitaksialna zasnova strukture in rast materiala, zasnova in priprava strukture čipa, cepitev površine votline in pasivizacija.
(1) Zasnova epitaksialne strukture in rast materiala Zasnova epitaksialne strukture in rast materiala vključujeta ojačanje in črpanje laserja, kar neposredno vpliva na elektrooptično učinkovitost čipa. Glavni dejavniki so heterospoj in izguba napetosti v razsutem materialu, izguba zaradi uhajanja nosilca in izguba zaradi absorpcije svetlobe. Glede na analizo energijskega pasu polprevodniških materialov napetost heterospojnika v glavnem prihaja iz vmesnika med omejevalno plastjo, substratom in valovodno plastjo, napetost heterospojnika čipa pa se učinkovito zmanjša z gradientom vmesnika in optimizacijo visokega dopinga. Odpornost materiala v razsutem stanju je mogoče doseči s prilagoditvijo sestave materiala za povečanje mobilnosti nosilca in povečanje koncentracije dopinga. Zmanjšanje izgube zaradi uhajanja nosilca zahteva zadostno omejitveno pregrado nosilca, zlasti elektronsko pregrado v ravnini p. Zato je treba celovito obravnavati zmanjšanje odpornosti razsutega materiala in izboljšanje omejitve nosilca, da bi optimizirali sestavo materiala. Izgubo optične absorpcije je običajno mogoče doseči z oblikovanjem valovodne strukture z asimetrično ultra veliko optično votlino. Ko skupna debelina valovodne plasti ostane nespremenjena, se debelina p-ravninske valovodne plasti zmanjša, debelina n-ravninske valovodne plasti pa se poveča, tako da je glavni del optičnega polja porazdeljen v nizko Absorb n-ravnina z nizkim uporom, zmanjšanje prekrivanja optičnega polja in p-ravnine z visoko absorpcijo, zmanjšanje napetosti razsutega materiala in zmanjšanje izgube pri absorpciji svetlobe. Hkrati je v kombinaciji s postopno zasnovo porazdelitve dopinga uresničena hkratna optimizacija izgube napetosti v razsutem materialu in izgube zaradi absorpcije svetlobe. Laserski čipi v pasu 900 nm običajno uporabljajo kvantne vrtine InGaAs kot material za pridobitev in kvantne vrtine AlInGaAs z visoko obremenitvijo za povečanje ojačanja, vendar imajo kvantne vrtine AlInGaAs kot kvartarni material strožje zahteve za nadzor rasti materiala. Treba je optimizirati atmosfersko razmerje in hitrost rasti temperature, da se poveča energija nukleacije defektov telesa kvantnih vrtin, s čimer se zmanjša gostota napak kvantnih vrtin in rastejo visokokakovostne kvantne vrtine z visoko deformacijo.
(2) Ko zasnova strukture čipa in postopek izdelave delujeta v načinu visoke porabe energije, se bočna intenzivnost načina visokega reda čipa poveča, kar ima za posledico močno povečanje divergenčnega kota in zmanjšanje svetlosti. Absorpcija in sipanje na robu valovoda se v literaturi na splošno uporabljata za zmanjšanje intenzivnosti načinov visokega reda, vendar bo to povzročilo tudi dodatno izgubo absorpcije v načinih nizkega reda in zmanjšalo skupno optično moč. Poleg tega je pri delu z veliko močjo intenzivnost optičnega polja čipa neenakomerno porazdeljena v vzdolžni smeri, medtem ko je koncentracija nosilca, ki nastane zaradi vbrizgavanja toka običajnega strukturnega čipa, enakomerna v vzdolžni smeri, tako da je intenziteta optičnega polja in se porazdelitev koncentracije nosilca ne more ujemati, bo to povzročilo učinek gorenja navpične prostorske luknje, kar bo povzročilo nasičenost z energijo. Eden od načinov za rešitev te težave je prilagoditev strukture naprave za porazdelitev vbrizgavanja nosilca.
(3) Cepljenje površine votline in pasivizacija Glavni način odpovedi visokozmogljivih polprevodniških laserskih čipov je poškodba optične katastrofe na površini votline (COMD). COMD izhaja iz absorpcije svetlobe površine cepilne votline in okolice, ko čip deluje z visoko močjo. Površinska absorpcija svetlobe je posledica cepitve površinskih visečih vezi, površinske oksidacije in površinske kontaminacije, medtem ko se običajna cepitev površine votline izvaja v atmosferi ali okolju z nizkim vakuumom, in tej težavi se ni mogoče izogniti. Absorpcija svetlobe v območju blizu površine cepitve izhaja iz medpasovne absorpcije. Ko čip deluje pri visoki moči, se temperatura tega območja poveča, kar povzroči zmanjšanje pasovne vrzeli materiala in povečanje medpasovne absorpcije. Najučinkovitejši način za zmanjšanje te vrste absorpcije je oblikovanje okenske strukture s široko pasovno vrzeljo (nizka absorpcija). Z razvojem oblikovanja epitaksialne strukture in rasti materiala, načrtovanja strukture čipa in postopka priprave, cepitve površine votline in pasiviranja je Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (v nadaljnjem besedilu "Everbright Huaxin") lansiral 28 W polprevodniški laserski čip. Povečanje moči čipa izhaja predvsem iz optimizirane zasnove epitaksialne strukture čipa in izboljšave posebne tehnologije obdelave površine votline. Na izhodno moč polprevodniških laserjev vplivajo predvsem dejavniki, kot so prag laserja, naklon in upogibanje močnega toka. Običajno z zmanjšanjem koncentracije dopinga pn spoja dosežemo zmanjšanje praga in povečanje naklona, ​​prenizka koncentracija dopinga pa povzroči povečanje upora pn spoja in povečanje napetosti čipa. Da bi rešil problem optimizacije ravnotežja med naklonom praga in napetostjo, je Changguang Huaxin optimiziral debelino valovodne plasti strukture asimetrične velike optične votline in skrbno zasnoval porazdelitev koncentracije dopinga v različnih regijah pn spoja, tako da za zmanjšanje praga in izboljšanje učinkovitosti naklona. Učinek ohranjanja konstantne napetosti. Upogibanje visokega toka je predvsem posledica zmanjšanja notranje kvantne učinkovitosti, ko se vbrizga visok tok. Everbright je optimiziral strukturo energijskega pasu materiala v bližini območja ojačenja laserske strukture, izboljšal sposobnost zadrževanja elektronov, vbrizganih v pn spoj, in učinkovito povečal kvantno učinkovitost med vbrizgavanjem velikega toka. Medtem ko optimizira moč laserskega čipa, Everbright še naprej izboljšuje kakovost materiala posebnega postopka obdelave površine votline, da zmanjša razmerje napak, izboljša sposobnost površine votline, da se upre poškodbam zaradi optične katastrofe, in zagotovi, da 28 W laserski čip visoke moči izpolnjuje zahteve industrijskega trga glede življenjske dobe laserja. zahteve.

Kot praktično orodje se je modul polprevodniškega svetlobnega vira visoke moči skoraj infrardečega optičnega laserja hitro razvil v zadnjih letih zaradi svojih edinstvenih prednosti in ima pomembno vlogo na področju industrijske proizvodnje, predelave in znanstvenih raziskav. Razvoj črpalnega vira kot osrednje naprave navzgor za laser z vlakni spremlja in celo spodbuja razvoj in napredek celotne tehnologije laserja z vlakni.
(1) Vir laserskega črpanja z industrijskimi vlakni V zadnjih letih se je trg industrijskih laserjev z vlakni hitro razvil in ima močan zagon. Fiber laserji so prevzeli vodilno vlogo na trgu industrijske laserske obdelave s svojo edinstveno tehnologijo in prednostmi uporabe. Kar zadeva trg industrijskih optičnih laserjev, je tehnologija optičnih laserjev z nizko do srednjo močjo dozorela in se stabilizirala ter v celoti vstopila v fazo stroškovne konkurence.

2) Vir črpanja laserskega vlakna za znanstvene raziskave. Vlakneni laserji za znanstvene raziskave imajo na splošno višje zahteve glede svetlosti ali pa se uporabljajo v nekaterih posebnih scenarijih uporabe. Te zahteve veljajo tudi za vir črpanja. Na splošno mora črpalni vir imeti visoko svetlost in majhno velikost. , lahek, zaklepanje valovne dolžine in druge značilnosti. Majhna prostornina zahteva kompaktno zasnovo embalaže za vir črpanja, majhna teža pa zahteva potrebno obdelavo za zmanjšanje teže črpalnega vira in uporabo novih kovinskih materialov z nizko gostoto za obdelavo ovoja cevi na podlagi zagotavljanja učinkovitosti toplotnega prevoda.

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 odstotkov). Na primer, leta 2019 je Everbright lansiral polprevodniški laser z močjo 1 kW, 220 μm/NA0.22 (z izhodno svetlostjo 21 MW cm-2 Sr -1), ki se pogosto uporablja pri varjenju tankih plošč; istega leta je lansiral neposredni polprevodniški laser s 4 kW, 600 μm /NA0,22 (izhodna svetlost 11 MW cm-2 Sr-1), ki se pogosto uporablja pri površinskih oblogah. Vendar zaradi velikega premera jedra izhodnega vlakna in nizke svetlosti te vrste laserja ni mogoče uporabiti za rezanje kovinskih materialov in znanstvenoraziskovalne aplikacije, ki zahtevajo visoko svetlost. Slika 8 prikazuje rezultate simulacije več enocevnih čipov, ki prostorsko združujejo spajanje vlaken. Največje število enocevnih čipov, ki jih sprejme 100 μm/NA0,22 vlakno, je 12, tako da je izhodna moč le 12-krat večja od enega samega enocevnega čipa.

Bližnji infrardeči visokozmogljivi polprevodniški laserji se lahko uporabljajo kot črpalni viri in jedrne naprave za polprevodniške in vlaknene laserje, prav tako pa se lahko neposredno uporabljajo na industrijskih in znanstvenih raziskovalnih področjih prek različnih tehnologij združevanja žarkov, ki zasedajo velik trg laserjev. industrija. Enocevni čip je enotna naprava polprevodniškega laserskega črpalnega vira visoke moči. Njegove celovite značilnosti določajo izhodno optično moč, učinkovitost pretvorbe in prostornino končnega modula črpalnega vira. Zato je postalo središče naših raziskav in razvoja ter raziskav. S poglobljenimi teoretičnimi raziskavami raziskovalne skupine, napredkom tehnologije rasti materialov in razvojem tehnologije pakiranja je JTBYShield močno izboljšal izhodno moč, življenjsko dobo, zanesljivost in prakso uporabe visokozmogljivih polprevodniških laserjev, kar močno skrajša čas med tujo vrzeljo. V prihodnosti ne bomo naredili le prebojev v ključnih tehnologijah, temveč bomo dosegli tudi industrializacijo ter uresničili popolno lokalizacijo in industrializacijo vrhunskih čipov in naprav za lasersko črpanje.

Kontaktni podatki:

Če imate kakršne koli ideje, se obrnite na nas. Ne glede na to, kje so naše stranke in kakšne so naše zahteve, bomo sledili svojemu cilju, da svojim strankam zagotovimo visoko kakovost, nizke cene in najboljšo storitev.