Какво ще кажете за NIR лазерен високомощен полупроводников лазер?

Голяма мощПолупроводникови лазерисе използват широко в интелигентното производство, лазерната комуникация, лазерното отчитане, медицинската красота и т.н. От раждането си те са постигнали голям напредък в теорията, практиката и приложението, отчитайки по-голямата част от общия лазерен пазар. Сред тях най-добри са мощните полупроводникови лазери в близкия инфрачервен диапазон.

Полупроводникови лазерни чипове с висока мощност в близкия инфрачервен диапазон Полупроводниковите лазерни чипове с висока мощност са основните източници на светлина на съвременните високоенергийни лазери, представени от оптични влакна, твърдотелни и директни полупроводникови лазери. Мощността, яркостта и надеждността на лазерния чип са основни показатели, които пряко влияят върху производителността и цената на лазерната система.

Основната структура на полупроводниковия лазерен чип включва епитаксиален светоизлъчващ слой, който осигурява среда за лазерно усилване, електрод, който инжектира носители в епитаксиалния светоизлъчващ слой и повърхност на кухината на разцепване, която образува резонансна кухина. Процесът на разработка на чипа включва стъпките на проектиране на епитаксиална структура и растеж на материала, проектиране и процес на подготовка на структурата на чипа, пасивиране на цепнатината на повърхността на кухината и оптично покритие, тест за опаковане на чип, надеждност на живота на чипа и анализ на производителността, сред които директно основните индикатори засягат Трите ключови технологии са дизайн на епитаксиална структура и растеж на материала, дизайн на структура на чип и процес на подготовка, разцепване на повърхността на кухината и пасивираща обработка.
(1) Дизайн на епитаксиална структура и растеж на материала Проектирането на епитаксиална структура и растеж на материала включват усилването и изпомпването на лазера, което пряко влияе върху електрооптичната ефективност на чипа. Основните фактори са хетеропреход и загуба на напрежение в насипния материал, загуба от изтичане на носител и загуба от поглъщане на светлина. Според анализа на енергийната лента на полупроводниковите материали напрежението на хетеропрехода идва главно от интерфейса между ограничителния слой, субстрата и вълноводния слой, а напрежението на хетеропрехода на чипа е ефективно намалено чрез градиент на интерфейса и висока оптимизация на допинг. Устойчивостта на насипния материал може да се постигне чрез регулиране на състава на материала за увеличаване на подвижността на носителя и увеличаване на концентрацията на допинг. Намаляването на загубата от изтичане на носител изисква достатъчна бариера за ограничаване на носителя, особено електронната бариера в p-равнината. Следователно намаляването на съпротивлението на насипния материал и подобряването на ограничаването на носителя трябва да се разглеждат цялостно, за да се оптимизира съставът на материала. Загубата на оптично поглъщане обикновено може да се постигне чрез проектиране на асиметрична вълноводна структура с ултраголяма оптична кухина. Когато общата дебелина на вълноводния слой остане непроменена, дебелината на p-равнинния вълноводен слой се намалява, а дебелината на n-равнинния вълноводен слой се увеличава, така че основната част от оптичното поле се разпределя в ниското поглъщане n-равнината с ниско съпротивление, намаляване на припокриването на оптичното поле и р-равнината с висока абсорбция, намаляване на напрежението на насипния материал и намаляване на загубата на поглъщане на светлина. В същото време, комбинирано с дизайна на постепенното разпределение на допинга, се реализира едновременната оптимизация на загубата на напрежение на насипния материал и загубата на абсорбция на светлина. Лазерните чипове в обхвата 900 nm обикновено използват квантови ямки InGaAs като усилващ материал и квантови ямки AlInGaAs с голямо напрежение за увеличаване на усилването, но квантовите ямки AlInGaAs като кватернерен материал имат по-строги изисквания за контрол на растежа на материала. Необходимо е да се оптимизира съотношението на атмосферата и скоростта на температурата на растеж, за да се увеличи енергията на нуклеация на дефектите на тялото на квантовите ямки, като по този начин се намали плътността на дефектите на квантовите ямки и се отглеждат висококачествени квантови ямки с високо напрежение.
(2) Когато дизайнът на структурата на чипа и процесът на производство работят в режим на висока мощност, интензитетът на страничния режим от висок порядък на чипа се увеличава, което води до рязко увеличаване на ъгъла на отклонение и намаляване на яркостта. Абсорбцията и разсейването на ръба на вълновода обикновено се използват в литературните доклади за намаляване на интензитета на режимите от висок порядък, но това също ще причини допълнителна загуба на абсорбция към режимите от нисък порядък и ще намали общата оптична мощност. В допълнение, когато работите с висока мощност, интензитетът на оптичното поле на чипа е неравномерно разпределен в надлъжна посока, докато концентрацията на носител, генерирана от текущото инжектиране на чипа с конвенционална структура, е еднаква в надлъжна посока, така че интензитетът на оптичното поле и разпределението на концентрацията на носителя не може да съответства, това ще доведе до ефект на изгаряне на вертикална дупка в пространството, което ще доведе до насищане на мощността. Един от начините за решаване на този проблем е да се коригира структурата на устройството за разпределение на инжектиране на носител.
(3) Разцепване на повърхността на кухината и пасивираща обработка Основният начин на повреда на високомощни полупроводникови лазерни чипове е повреда от оптична катастрофа на повърхността на кухина (COMD). COMD идва от поглъщането на светлина от повърхността на разцепващата кухина и околната зона, когато чипът работи с висока мощност. Повърхностното поглъщане на светлина се причинява от разцепване на повърхностни висящи връзки, повърхностно окисляване и повърхностно замърсяване, докато конвенционалното разцепване на повърхността на кухината се извършва в атмосфера или среда с нисък вакуум и този проблем не може да бъде избегнат. Поглъщането на светлина в областта близо до повърхността на разцепване идва от междулентово поглъщане. Когато чипът работи с висока мощност, температурата на тази област се повишава, което води до намаляване на забранената лента на материала и увеличаване на междулентовото поглъщане. Най-ефективният начин за намаляване на този тип поглъщане е да се образува прозоречна структура с широка междина на лентата (ниска абсорбция). Чрез разработването на дизайн на епитаксиална структура и растеж на материала, дизайн на структурата на чипа и процес на подготовка, разцепване на повърхността на кухината и обработка на пасивация, Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (наричан по-долу „Everbright Huaxin“) пусна 28 W полупроводников лазерен чип. Увеличаването на мощността на чипа идва главно от оптимизирания дизайн на епитаксиалната структура на чипа и подобряването на специалната технология за обработка на повърхността на кухината. Изходната мощност на полупроводниковите лазери се влияе главно от фактори като праг на лазера, наклон и огъване при висока мощност на тока. Обикновено чрез намаляване на концентрацията на допинг на pn прехода се постига намаляване на прага и увеличаване на наклона, а твърде ниската концентрация на допинг ще доведе до увеличаване на съпротивлението на pn прехода и увеличаване на напрежението на чипа. За да реши проблема с оптимизирането на баланса между наклона на прага и напрежението, Changguang Huaxin оптимизира дебелината на вълноводния слой на структурата на асиметричната голяма оптична кухина и внимателно проектира разпределението на концентрацията на допинг в различни области на pn прехода, така че за намаляване на прага и подобряване на ефективността на наклона. Ефектът от поддържане на напрежението основно постоянно. Огъването при голям ток се дължи главно на намаляването на вътрешната квантова ефективност, когато се инжектира висок ток. Everbright оптимизира структурата на енергийната лента на материала близо до зоната на усилване на лазерната структура, подобри способността за ограничаване на инжектираните електрони в pn преход и ефективно повиши квантовата ефективност по време на инжектиране на висок ток. Докато оптимизира мощността на лазерния чип, Everbright продължава да подобрява качеството на материала на специалния процес на обработка на повърхността на кухината, за да намали съотношението на дефектите, да подобри способността на повърхността на кухината да устои на повреда от оптична катастрофа и да гарантира, че 28 W високомощният лазерен чип отговаря на изискванията на индустриалния пазар за живот на лазера. изисквания.

Като практичен инструмент, оптичният лазер с полупроводников модул с висока мощност в близката инфрачервена светлина се разви бързо през последните години поради уникалните си предимства и играе важна роля в областта на промишленото производство, обработката и научните изследвания. Като основно устройство нагоре по веригата на фибролазера, развитието на изпомпващия източник също придружава и дори насърчава развитието и прогреса на цялостната технология на фибролазера.
(1) Източник на лазерно изпомпване с промишлени влакна През последните години пазарът на промишлени влакнести лазери се разви бързо и има силен импулс. Влакнестите лазери заеха водеща роля на пазара за промишлена лазерна обработка със своята уникална технология и предимства на приложението. Що се отнася до пазара на промишлени влакнести лазери, технологията за влакнести влакна с ниска до средна мощност е узряла и стабилизирана и напълно навлезе в етапа на конкуренцията по отношение на разходите.

2) Източник на влакнесто лазерно изпомпване за научни изследвания. Влакнестите лазери за научни изследвания обикновено имат по-високи изисквания за яркост или се използват в някои специални сценарии на приложение. Тези изисквания обхващат източника на изпомпване. Като цяло се изисква източникът на изпомпване да има висока яркост и малък размер. , лек, заключване на дължината на вълната и други характеристики. Малкият обем изисква компактен дизайн на опаковката за източника на изпомпване, а лекото тегло изисква необходимото лечение за намаляване на теглото на източника на изпомпване и използването на нови метални материали с ниска плътност за обработка на обвивката на тръбата въз основа на осигуряване на ефективност на топлопроводимост.

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 процента). Например през 2019 г. Everbright пусна полупроводников лазер с мощност 1 kW, 220 μm/NA0.22 (с изходна яркост от 21MW cm-2 Sr -1), който е широко използван при заваряване на тънки пластини; през същата година пусна директен полупроводников лазер с мощност 4 kW, 600 μm /NA0.22 (изходна яркост от 11 MW cm-2 Sr-1), който се използва широко в повърхностните облицовки. Въпреки това, поради големия диаметър на сърцевината на изходното влакно и ниската яркост, този тип лазер не може да се използва за рязане на метални материали и приложения за научни изследвания, които изискват висока яркост. Фигура 8 показва резултатите от симулацията на множество еднотръбни чипове, пространствено комбиниращи свързване на влакна. Максималният брой еднотръбни чипове, поети от 100 μm/NA0.22 влакно, е 12, така че изходната мощност е само 12 пъти по-голяма от тази на единичен еднотръбен чип.

Полупроводниковите лазери с висока мощност в близост до инфрачервения спектър могат да се използват като източници на изпомпване и основни устройства за твърдотелни и влакнести лазери, а също така могат да се използват директно в промишлени и научни изследователски области чрез различни технологии за комбиниране на лъчи, заемайки голям пазар на лазери индустрия. Еднотръбният чип е единично устройство на високомощен полупроводников лазерен изпомпващ източник. Неговите всеобхватни характеристики определят изходната оптична мощност, ефективността на преобразуване и обема на крайния изпомпващ модул. Поради това той се превърна във фокуса на нашите изследвания и разработки и изследвания. Със задълбочените теоретични изследвания на изследователския екип, напредъка на технологията за растеж на материали и развитието на технологията за опаковане, JTBYShield значително подобри изходната мощност, живота, надеждността и практиката на приложение на полупроводникови лазери с висока мощност, значително съкращавайки времето между чужда празнина. В бъдеще ние не само ще направим пробиви в ключови технологии, но и ще постигнем индустриализация и ще реализираме пълната локализация и индустриализация на чипове и устройства от висок клас лазерни изпомпващи източници.

Информация за връзка:

Ако имате някакви идеи, не се колебайте да говорите с нас. Без значение къде са нашите клиенти и какви са нашите изисквания, ние ще следваме нашата цел да предоставим на нашите клиенти високо качество, ниски цени и най-доброто обслужване.