Didelės galios lazerių srityje lazerių strypai yra nepakeičiami pagrindiniai komponentai. Jie ne tik tarnauja kaip pagrindiniai energijos išvesties vienetai, bet ir įkūnija šiuolaikinės optoelektronikos inžinerijos tikslumą ir integraciją.—pelnė jiems pravardę: lazerinių sistemų „variklis“. Tačiau kokia tiksliai yra lazerio juostos struktūra ir kaip ji, būdama vos kelių milimetrų dydžio, gali tiekti dešimtis ar net šimtus vatų galios? Šiame straipsnyje nagrinėjama lazerio juostų vidinė architektūra ir inžinerijos paslaptys.
1. Kas yra lazerinė juosta?
Lazerinis strypas yra didelės galios spinduliavimo įtaisas, sudarytas iš kelių lazerinių diodų lustų, išdėstytų šonuose ant vieno pagrindo. Nors jo veikimo principas panašus į vieno puslaidininkinio lazerio, lazeriniame strype naudojamas kelių spinduliuotuvų išdėstymas, siekiant didesnės optinės galios ir kompaktiškesnio formos faktoriaus.
Lazeriniai strypai plačiai naudojami pramonės, medicinos, mokslo ir gynybos sektoriuose, tiek kaip tiesioginiai lazeriniai šaltiniai, tiek kaip kaupinimo šaltiniai skaiduliniams lazeriams ir kietojo kūno lazeriams.
2. Lazerinio strypo struktūrinė sudėtis
Lazerio juostos vidinė struktūra tiesiogiai lemia jos veikimą. Ją daugiausia sudaro šie pagrindiniai komponentai:
①Emitters Array
Lazeriniai strypai paprastai susideda iš 10–100 skleidėjų (lazerinių ertmių), išdėstytų greta. Kiekvienas skleidėjas yra apie 50–150μm pločio ir veikia kaip nepriklausomas stiprinimo regionas, turintis PN sandūrą, rezonansinę ertmę ir bangolaidžio struktūrą lazerio šviesai generuoti ir skleisti. Nors visi spinduoliai turi tą patį substratą, jie paprastai yra valdomi elektriniu būdu lygiagrečiai arba zonomis.
②Puslaidininkių sluoksnio struktūra
Lazerio juostos centre yra puslaidininkių sluoksnių krūva, įskaitant:
- P tipo ir N tipo epitaksiniai sluoksniai (sudarantys PN sandūrą)
- Aktyvus sluoksnis (pvz., kvantinio šulinio struktūra), kuris generuoja stimuliuojamąją emisiją
- Bangolaidžio sluoksnis, užtikrinantis režimo valdymą horizontaliomis ir vertikaliomis kryptimis
- Brago reflektoriai arba HR/AR dangos, kurios pagerina lazerio kryptinį spinduliavimą
③Pagrindas ir šilumos valdymo struktūra
Spinduliuotojai auginami ant monolitinio puslaidininkinio padėklo (dažniausiai GaAs). Siekiant efektyvaus šilumos išsklaidymo, lazerinė juosta yra lituojama ant didelio laidumo posluoksnių, tokių kaip varis, W-Cu lydinys arba CVD deimantas, ir suporuojama su šilumos kriauklėmis bei aktyviomis aušinimo sistemomis.
④Emisijos paviršius ir kolimacijos sistema
Dėl didelių skleidžiamų spindulių sklaidos kampų lazerio juostose paprastai įrengiami mikrolęšių masyvai (FAC/SAC), skirti kolimacijai ir spindulio formavimui. Tam tikroms reikmėms gali būti naudojama papildoma optika.—pavyzdžiui, cilindriniai lęšiai arba prizmės—naudojami tolimojo lauko divergencijai ir spindulio kokybei valdyti.
3. Pagrindiniai struktūriniai veiksniai, darantys įtaką veiklos rezultatams
Lazerio juostos konstrukcija vaidina lemiamą vaidmenį nustatant jos stabilumą, efektyvumą ir tarnavimo laiką. Keletas pagrindinių aspektų:
①Šilumos valdymo projektavimas
Lazeriniai strypai pasižymi dideliu galios tankiu ir koncentruota šiluma. Maža šiluminė varža yra labai svarbi, ji pasiekiama lituojant AuSn arba sujungiant indžiu, kartu su mikrokanaliniu aušinimu, kad šiluma būtų tolygiai išsklaidyta.
②Spindulio formavimas ir lygiavimas
Keli spinduoliai dažnai kenčia nuo prastos koherencijos ir bangos fronto nesutapimo. Tikslus lęšių dizainas ir suderinimas yra labai svarbūs norint pagerinti tolimojo lauko spindulio kokybę.
③Streso kontrolė ir patikimumas
Medžiagų šiluminio plėtimosi koeficientų neatitikimas gali sukelti deformaciją arba mikroįtrūkimus. Pakuotė turi būti suprojektuota taip, kad mechaninis įtempis būtų paskirstytas tolygiai ir atlaikytų terminius ciklus be degradacijos.
4. Būsimos lazerinių juostų dizaino tendencijos
Augant didesnės galios, mažesnio dydžio ir didesnio patikimumo poreikiui, lazerinių strypų konstrukcijos toliau vystosi. Pagrindinės plėtros kryptys apima:
①Bangos ilgio išplėtimas: pratęsimas iki 1,5μm ir vidutinio infraraudonojo spektro juostos
②Miniatiūrizavimas: galimybė naudoti kompaktiškuose įrenginiuose ir labai integruotuose moduliuose
③Išmanioji pakuotė: temperatūros jutiklių ir būsenos grįžtamojo ryšio sistemų integravimas
④Didelio tankio sluoksniavimas: sluoksniuotos matricos, užtikrinančios kilovatų lygio išvestį kompaktiškame korpuse
5. Išvada
Kaip ir„širdis„Didelės galios lazerinių sistemų atveju lazerinių juostų konstrukcinis dizainas tiesiogiai veikia visos sistemos optines, elektrines ir šilumines charakteristikas. Dešimčių spinduolių integravimas į vos milimetrų pločio konstrukciją ne tik demonstruoja pažangias medžiagų ir gamybos technologijas, bet ir atspindi aukštą integracijos lygį šiandien.„fotonikos pramonė.
Žvelgiant į ateitį, kadangi efektyvių ir patikimų lazerinių šaltinių paklausa toliau auga, lazerinių strypų struktūros inovacijos išliks pagrindiniu veiksniu, skatinančiu lazerių pramonę pasiekti naujas aukštumas.
Jei jūs„Ieškote ekspertų pagalbos lazerinių strypų pakavimo, šilumos valdymo ar produktų pasirinkimo srityse? Susisiekite su mumis. Mes„Esame čia, kad galėtume pasiūlyti individualius sprendimus, atitinkančius jūsų konkrečius programos poreikius.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 2 d.