Ako je to s vysokovýkonným polovodičovým laserom NIR?

Veľká silaPolovodičové laserysú široko používané v inteligentnej výrobe, laserovej komunikácii, laserovom snímaní, lekárskej kráse atď. Od svojho narodenia urobili veľký pokrok v teórii, praxi a aplikácii, čo predstavuje väčšinu celkového trhu s lasermi. Spomedzi nich sú najlepšie vysokovýkonné polovodičové lasery v pásme blízkej infračervenej oblasti.

Čipy vysokovýkonných polovodičových laserov v blízkej infračervenej oblasti Vysokovýkonné polovodičové laserové čipy sú hlavnými svetelnými zdrojmi súčasných vysokoenergetických laserov reprezentovaných optickými vláknami, polovodičovými lasermi a priamymi polovodičovými lasermi. Výkon, jas a spoľahlivosť laserového čipu sú hlavnými ukazovateľmi, ktoré priamo ovplyvňujú výkon a cenu laserového systému.

Hlavná štruktúra polovodičového laserového čipu zahŕňa epitaxiálnu vrstvu vyžarujúcu svetlo, ktorá poskytuje médium zosilňujúce laser, elektródu, ktorá vstrekuje nosiče do epitaxiálnej vrstvy vyžarujúcej svetlo, a povrch štiepnej dutiny, ktorý tvorí rezonančnú dutinu. Proces vývoja čipu zahŕňa kroky návrhu epitaxnej štruktúry a rastu materiálu, návrh štruktúry čipu a proces prípravy, pasiváciu štiepenia povrchu dutín a optický povlak, test balenia čipu, spoľahlivosť životnosti čipu a analýzu výkonu, medzi ktoré patria priamo hlavné ukazovatele. ovplyvniť Tri kľúčové technológie sú návrh epitaxnej štruktúry a rast materiálu, návrh štruktúry čipu a proces prípravy, štiepenie povrchu kavity a pasivácia.
(1) Návrh epitaxnej štruktúry a rast materiálu Návrh epitaxnej štruktúry a rast materiálu zahŕňajú zisk a čerpanie lasera, ktorý priamo ovplyvňuje elektrooptickú účinnosť čipu. Hlavnými faktormi sú heterojunkcia a strata napätia sypkého materiálu, strata zvodom nosiča a strata absorpcie svetla. Podľa analýzy energetického pásma polovodičových materiálov, heterojunkčné napätie pochádza hlavne z rozhrania medzi zadržiavacou vrstvou, substrátom a vlnovodnou vrstvou a heterojunkčné napätie čipu je efektívne znížené gradientom rozhrania a vysokou optimalizáciou dopingu. Odolnosť sypkého materiálu sa dá dosiahnuť úpravou zloženia materiálu na zvýšenie mobility nosiča a zvýšenie koncentrácie dopingu. Zníženie straty úniku nosiča vyžaduje dostatočnú bariéru zadržiavania nosiča, najmä elektrónovú bariéru v rovine p. Preto je potrebné komplexne zvážiť zníženie odolnosti sypkého materiálu a zlepšenie zadržania nosiča, aby sa optimalizovalo zloženie materiálu. Optická strata absorpcie sa zvyčajne dá dosiahnuť navrhnutím asymetrickej ultra-veľkej štruktúry vlnovodu s optickou dutinou. Keď celková hrúbka vlnovodovej vrstvy zostane nezmenená, hrúbka vrstvy vlnovodu v rovine p sa zníži a hrúbka vrstvy vlnovodu v rovine n sa zväčší, takže hlavná časť optického poľa je rozložená v oblasti s nízkou absorpciou. nízkoodporová n-rovina, znižuje prekrytie optického poľa a vysokoabsorpčná p-rovina, znižuje napätie sypkého materiálu a znižuje stratu absorpcie svetla. Súčasne v kombinácii s návrhom postupného rozdeľovania dopingu sa realizuje súčasná optimalizácia straty napätia sypkého materiálu a straty absorpcie svetla. Laserové čipy v pásme 900 nm zvyčajne používajú kvantové jamky InGaAs ako materiál zisku a kvantové jamky AlInGaAs s vysokým napätím na zvýšenie zisku, ale kvantové jamky AlInGaAs ako kvartérny materiál majú prísnejšie požiadavky na kontrolu rastu materiálu. Je potrebné optimalizovať pomer atmosféry a rýchlosť rastu, aby sa zvýšila nukleačná energia defektov tela kvantových vrtov, čím sa zníži hustota defektov kvantových vrtov a rastú sa vysokokvalitné kvantové studne s vysokým zaťažením.
(2) Keď návrh štruktúry čipu a proces výroby pracujú v režime vysokého výkonu, zvyšuje sa laterálna intenzita režimu vysokého rádu čipu, čo vedie k prudkému zvýšeniu uhla divergencie a zníženiu jasu. Absorpcia a rozptyl na okraji vlnovodu sa vo všeobecnosti používajú v správach z literatúry na zníženie intenzity režimov vysokého rádu, čo však spôsobí aj ďalšie straty absorpcie v režimoch nízkeho rádu a zníži celkový optický výkon. Navyše, pri práci s vysokým výkonom je intenzita optického poľa čipu nerovnomerne rozložená v pozdĺžnom smere, zatiaľ čo koncentrácia nosiča generovaná prúdovým vstrekovaním konvenčného štruktúrneho čipu je rovnomerná v pozdĺžnom smere, takže intenzita optického poľa a distribúcia koncentrácie nosiča nemôže byť prispôsobená, bude to mať za následok efekt vertikálneho spaľovania priestorových otvorov, čo vedie k saturácii energie. Jedným zo spôsobov, ako vyriešiť tento problém, je upraviť štruktúru zariadenia na distribúciu vstrekovania nosiča.
(3) Štiepenie povrchu dutín a pasivácia Hlavným spôsobom zlyhania vysokovýkonných polovodičových laserových čipov je poškodenie povrchu dutín (COMD). COMD pochádza z absorpcie svetla povrchu štiepnej dutiny a okolia, keď čip pracuje pri vysokom výkone. Absorpcia povrchového svetla je spôsobená štiepením povrchových visiacich väzieb, povrchovou oxidáciou a povrchovou kontamináciou, zatiaľ čo konvenčné štiepenie povrchu dutín sa uskutočňuje v atmosfére alebo prostredí s nízkym vákuom a tomuto problému sa nedá vyhnúť. Absorpcia svetla v oblasti blízko povrchu štiepenia pochádza z medzipásmovej absorpcie. Keď čip pracuje pri vysokom výkone, teplota tejto oblasti sa zvyšuje, čo má za následok zníženie zakázaného pásma materiálu a zvýšenie medzipásmovej absorpcie. Najúčinnejším spôsobom zníženia tohto typu absorpcie je vytvorenie štruktúry okna so širokou pásovou medzerou (nízka absorpcia). Prostredníctvom vývoja dizajnu epitaxnej štruktúry a rastu materiálu, návrhu štruktúry čipu a procesu prípravy, štiepenia povrchu dutín a pasivačného spracovania spoločnosť Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (ďalej len „Everbright Huaxin“) uviedla na trh 28 W polovodičový laserový čip. Zvýšenie výkonu čipu pochádza najmä z optimalizovaného dizajnu epitaxnej štruktúry čipu a zlepšenia špeciálnej technológie spracovania povrchu dutiny. Výstupný výkon polovodičových laserov je ovplyvnený hlavne faktormi, ako je prah lasera, sklon a ohyb vysokého prúdu. Zvyčajne znížením koncentrácie dopingu pn prechodu, aby sa dosiahlo zníženie prahu a zvýšenie sklonu, a príliš nízka koncentrácia dopingu povedie k zvýšeniu odporu pn prechodu a zvýšeniu napätia čipu. Aby sa vyriešil problém optimalizácie rovnováhy medzi prahovým sklonom a napätím, Changguang Huaxin optimalizoval hrúbku vlnovodnej vrstvy asymetrickej veľkej štruktúry optickej dutiny a starostlivo navrhol distribúciu koncentrácie dopingu v rôznych oblastiach pn križovatky, takže na zníženie prahu a zlepšenie účinnosti svahu. Účinok udržiavania napätia v podstate konštantného. Ohýbanie vysokého prúdu je spôsobené najmä znížením vnútornej kvantovej účinnosti pri vstrekovaní vysokého prúdu. Spoločnosť Everbright optimalizovala štruktúru energetického pásma materiálu v blízkosti oblasti zisku laserovej štruktúry, zlepšila schopnosť zadržania elektrónov vstrekovaných cez pn spojenie a účinne zvýšila kvantovú účinnosť počas vstrekovania vysokého prúdu. Pri optimalizácii výkonu laserového čipu Everbright pokračuje v zlepšovaní kvality materiálu špeciálneho procesu úpravy povrchu kavity, aby sa znížil pomer defektov, zlepšila schopnosť povrchu kavity odolávať poškodeniu optickými katastrofami a zabezpečilo sa, že 28 W vysokovýkonný laserový čip spĺňa požiadavky priemyselného trhu na životnosť lasera. požiadavky.

Ako praktický nástroj sa v posledných rokoch rýchlo rozvíjal vláknový laser s modulom polovodičového svetelného zdroja s vysokým výkonom v blízkosti infračerveného žiarenia vďaka svojim jedinečným výhodám a hrá dôležitú úlohu v oblasti priemyselnej výroby, spracovania a vedeckého výskumu. Ako hlavné predradené zariadenie vláknového lasera vývoj čerpacieho zdroja tiež sprevádza a dokonca podporuje vývoj a pokrok celkovej technológie vláknového lasera.
(1) Zdroj priemyselného vláknového lasera V posledných rokoch sa trh s priemyselnými vláknovými lasermi rýchlo rozvinul a má silnú dynamiku. Vláknové lasery zaujali vedúcu pozíciu na trhu priemyselného laserového spracovania so svojou jedinečnou technológiou a výhodami použitia. Pokiaľ ide o trh s priemyselnými vláknovými lasermi, technológia vláknových laserov s nízkym až stredným výkonom dozrela a stabilizovala sa a plne vstúpila do štádia hospodárskej súťaže.

2) Vláknový laserový čerpací zdroj pre vedecký výskum. Vláknové lasery pre vedecký výskum majú vo všeobecnosti vyššie požiadavky na jas alebo sa používajú v niektorých špeciálnych aplikačných scenároch. Tieto požiadavky sa vzťahujú na zdroj čerpania. Vo všeobecnosti sa vyžaduje, aby čerpací zdroj mal vysoký jas a malú veľkosť. , nízka hmotnosť, blokovanie vlnovej dĺžky a ďalšie vlastnosti. Malý objem vyžaduje kompaktný dizajn balenia pre čerpací zdroj a nízka hmotnosť vyžaduje potrebné ošetrenie na zníženie hmotnosti čerpacieho zdroja a použitie nových kovových materiálov s nízkou hustotou na spracovanie plášťa rúrky na základe zabezpečenia účinnosti vedenia tepla.

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 percent). Napríklad v roku 2019 spoločnosť Everbright uviedla na trh 1 kW, 220 μm/NA0.22 polovodičový laser (s výstupným jasom 21 MW cm-2 Sr -1), ktorý sa široko používa pri zváraní tenkých plechov; v tom istom roku uviedla na trh priamy polovodičový laser s výkonom 4 kW, 600 μm /NA0.22 (výstupný jas 11 MW cm-2 Sr-1), ktorý sa široko používa pri povrchových obkladoch. Vzhľadom na veľký priemer jadra výstupného vlákna a nízky jas však tento typ lasera nemožno použiť na rezanie kovových materiálov a aplikácie vedeckého výskumu, ktoré vyžadujú vysoký jas. Obrázok 8 ukazuje výsledky simulácie viacerých jednorúrkových čipov priestorovo kombinujúcich vláknové spojenie. Maximálny počet jednorúrkových čipov umiestnených vo vlákne 100 μm/NA0.22 je 12, takže výstupný výkon je iba 12-krát vyšší ako u jedného jednorúrkového čipu.

Blízko infračervené vysokovýkonné polovodičové lasery možno použiť ako čerpacie zdroje a základné zariadenia pre polovodičové a vláknové lasery a môžu sa tiež priamo použiť v priemyselných a vedeckých výskumných oblastiach prostredníctvom rôznych technológií kombinovania lúčov, ktoré zaberajú veľký trh s laserom. priemyslu. Jednorúrkový čip je jednotkové zariadenie vysokovýkonného polovodičového laserového čerpacieho zdroja. Jeho komplexné charakteristiky určujú výstupný optický výkon, účinnosť konverzie a objem modulu konečného čerpacieho zdroja. Preto sa stala stredobodom nášho výskumu, vývoja a výskumu. Vďaka hĺbkovému teoretickému výskumu výskumného tímu, pokroku technológie rastu materiálu a vývoja obalovej technológie JTBYShield výrazne zlepšil výstupný výkon, životnosť, spoľahlivosť a aplikačnú prax vysokovýkonných polovodičových laserov, čím výrazne skrátil čas medzi zahraničnou medzerou. V budúcnosti nielenže urobíme prelomy v kľúčových technológiách, ale dosiahneme aj industrializáciu a zrealizujeme úplnú lokalizáciu a industrializáciu špičkových zdrojových čipov a zariadení laserového čerpania.

Kontaktné informácie:

Ak máte nejaké nápady, neváhajte sa s nami porozprávať. Bez ohľadu na to, kde sú naši zákazníci a aké sú naše požiadavky, budeme nasledovať náš cieľ poskytovať našim zákazníkom vysokú kvalitu, nízke ceny a najlepšie služby.