Τι θα λέγατε για το λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος NIR;

Τα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος χρησιμοποιούνται ευρέως στην έξυπνη κατασκευή, την επικοινωνία με λέιζερ, την ανίχνευση λέιζερ, την ιατρική ομορφιά κ.λπ. Από τη γέννησή τους, έχουν σημειώσει μεγάλη πρόοδο στη θεωρία, την πρακτική και την εφαρμογή, αντιπροσωπεύοντας το μεγαλύτερο μέρος της συνολικής αγοράς λέιζερ. Μεταξύ αυτών, τα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος στη ζώνη εγγύς υπέρυθρη είναι τα καλύτερα.

Τσιπ λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος κοντά στο υπέρυθρο Τα τσιπ λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος είναι οι βασικές πηγές φωτός των σύγχρονων λέιζερ υψηλής ενέργειας που αντιπροσωπεύονται από λέιζερ οπτικών ινών, στερεάς κατάστασης και λέιζερ απευθείας ημιαγωγών. Η ισχύς, η φωτεινότητα και η αξιοπιστία του τσιπ λέιζερ είναι βασικοί δείκτες, οι οποίοι επηρεάζουν άμεσα την απόδοση και το κόστος του συστήματος λέιζερ.

Η κύρια δομή ενός τσιπ λέιζερ ημιαγωγών περιλαμβάνει ένα επιταξιακό στρώμα εκπομπής φωτός που παρέχει ένα μέσο κέρδους λέιζερ, ένα ηλεκτρόδιο που εγχέει φορείς στο επιταξιακό στρώμα εκπομπής φωτός και μια επιφάνεια κοιλότητας διάσπασης που σχηματίζει μια κοιλότητα συντονισμού. Η διαδικασία ανάπτυξης του τσιπ περιλαμβάνει τα βήματα σχεδιασμού επιταξιακής δομής και ανάπτυξης υλικού, σχεδιασμού και διαδικασίας προετοιμασίας δομής τσιπ, επεξεργασία παθητικοποίησης της επιφάνειας διάσπασης και οπτική επίστρωση, δοκιμή συσκευασίας τσιπ, αξιοπιστία ζωής τσιπ και ανάλυση απόδοσης, μεταξύ των οποίων οι βασικοί δείκτες επηρεάζουν Οι τρεις βασικές τεχνολογίες είναι ο σχεδιασμός της επιταξιακής δομής και η ανάπτυξη υλικού, ο σχεδιασμός και η διαδικασία προετοιμασίας της δομής τσιπ, η διάσπαση της επιφάνειας της κοιλότητας και η επεξεργασία παθητικοποίησης.
(1) Σχεδιασμός επιταξιακής δομής και ανάπτυξη υλικού Ο σχεδιασμός της επιταξιακής δομής και η ανάπτυξη υλικού περιλαμβάνουν το κέρδος και την άντληση του λέιζερ, το οποίο επηρεάζει άμεσα την ηλεκτροοπτική απόδοση του τσιπ. Οι κύριοι παράγοντες είναι η ετεροσύνδεση και η απώλεια τάσης υλικού χύδην, η απώλεια διαρροής φορέα και η απώλεια απορρόφησης φωτός. Σύμφωνα με την ανάλυση της ενεργειακής ζώνης των υλικών ημιαγωγών, η τάση ετεροσύνδεσης προέρχεται κυρίως από τη διεπαφή μεταξύ του στρώματος περιορισμού, του υποστρώματος και του στρώματος κυματοδηγού και η τάση ετεροσύνδεσης του τσιπ μειώνεται αποτελεσματικά μέσω κλίσης διεπαφής και βελτιστοποίησης υψηλής ντόπινγκ. Η αντίσταση του υλικού χύδην μπορεί να επιτευχθεί ρυθμίζοντας τη σύνθεση του υλικού για να αυξηθεί η κινητικότητα του φορέα και να αυξηθεί η συγκέντρωση ντόπινγκ. Η μείωση της απώλειας διαρροής φορέα απαιτεί επαρκή φράγμα περιορισμού του φορέα, ειδικά το φράγμα ηλεκτρονίων p-επίπεδο. Ως εκ τούτου, η μείωση της αντίστασης του υλικού χύδην και η βελτίωση του περιορισμού του φορέα πρέπει να εξεταστούν πλήρως για να βελτιστοποιηθεί η σύνθεση του υλικού. Η απώλεια οπτικής απορρόφησης μπορεί συνήθως να επιτευχθεί με το σχεδιασμό μιας ασύμμετρης δομής κυματοδηγού οπτικής κοιλότητας. Όταν το συνολικό πάχος του στρώματος κυματοδηγού παραμένει αμετάβλητο, το πάχος του στρώματος κυματοδηγού p-επίπεδο μειώνεται και το πάχος του στρώματος κυματοδηγού n-επίπεδου αυξάνεται, έτσι ώστε το κύριο μέρος του οπτικού πεδίου να κατανέμεται στο χαμηλό Absorb το επίπεδο n χαμηλής αντίστασης, μειώνουν την επικάλυψη του οπτικού πεδίου και του επιπέδου p υψηλής απορρόφησης, μειώνουν την τάση του χύδην υλικού και μειώνουν την απώλεια απορρόφησης φωτός. Ταυτόχρονα, σε συνδυασμό με τη σταδιακή σχεδίαση διανομής ντόπινγκ, πραγματοποιείται η ταυτόχρονη βελτιστοποίηση της απώλειας τάσης υλικού χύδην και της απώλειας απορρόφησης φωτός. Τα τσιπ λέιζερ στη ζώνη των 900 nm χρησιμοποιούν συνήθως κβαντικά φρεάτια InGaAs ως υλικό απολαβής και κβαντικά φρεάτια AlInGaAs με υψηλή τάση για να αυξήσουν το κέρδος, αλλά τα κβαντικά φρεάτια AlInGaAs ως τεταρτοταγές υλικό έχουν αυστηρότερες απαιτήσεις για έλεγχο ανάπτυξης υλικού. Είναι απαραίτητο να βελτιστοποιηθεί η αναλογία της ατμόσφαιρας και ο ρυθμός θερμοκρασίας ανάπτυξης για να αυξηθεί η ενέργεια πυρήνωσης των ελαττωμάτων του σώματος κβαντικών πηγαδιών, μειώνοντας έτσι την πυκνότητα ελαττώματος των κβαντικών φρεατίων και αναπτύσσοντας κβαντικά φρεάτια υψηλής ποιότητας και υψηλής παραμόρφωσης.
(2) Όταν ο σχεδιασμός της δομής του τσιπ και η διαδικασία κατασκευής λειτουργούν σε λειτουργία υψηλής ισχύος, η πλευρική ένταση λειτουργίας υψηλής τάξης του τσιπ αυξάνεται, με αποτέλεσμα μια απότομη αύξηση της γωνίας απόκλισης και μείωση της φωτεινότητας. Η απορρόφηση και η σκέδαση στην άκρη του κυματοδηγού χρησιμοποιούνται γενικά σε βιβλιογραφικές αναφορές για τη μείωση της έντασης των τρόπων λειτουργίας υψηλής τάξης, αλλά αυτό θα προκαλέσει επίσης πρόσθετη απώλεια απορρόφησης σε λειτουργίες χαμηλής τάξης και θα μειώσει τη συνολική οπτική ισχύ. Επιπλέον, όταν εργάζεστε σε υψηλή ισχύ, η ένταση του οπτικού πεδίου του τσιπ κατανέμεται άνισα στη διαμήκη κατεύθυνση, ενώ η συγκέντρωση του φορέα που δημιουργείται από την τρέχουσα έγχυση του συμβατικού δομικού τσιπ είναι ομοιόμορφη στη διαμήκη κατεύθυνση, οπότε η ένταση του οπτικού πεδίου και η κατανομή της συγκέντρωσης του φορέα δεν μπορεί να είναι Αντιστοίχιση, αυτό θα δημιουργήσει ένα φαινόμενο καύσης κάθετης οπής χώρου, με αποτέλεσμα κορεσμό ισχύος. Ένας τρόπος για να λυθεί αυτό το πρόβλημα είναι η προσαρμογή της δομής της συσκευής της διανομής έγχυσης φορέα.
(3) Επεξεργασία διάσπασης και παθητικοποίησης επιφάνειας κοιλότητας Ο κύριος τρόπος αστοχίας των τσιπ λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος είναι η οπτική καταστροφή της επιφάνειας της κοιλότητας (COMD). Το COMD προέρχεται από την απορρόφηση φωτός της επιφάνειας της κοιλότητας κοπής και της γύρω περιοχής όταν το τσιπ λειτουργεί με υψηλή ισχύ. Η απορρόφηση του επιφανειακού φωτός προκαλείται από τη διάσπαση των επιφανειακών δεσμών που κρέμονται, την επιφανειακή οξείδωση και τη μόλυνση της επιφάνειας, ενώ η συμβατική διάσπαση της επιφάνειας της κοιλότητας πραγματοποιείται στην ατμόσφαιρα ή σε περιβάλλον χαμηλού κενού και αυτό το πρόβλημα δεν μπορεί να αποφευχθεί. Η απορρόφηση φωτός στην περιοχή κοντά στην επιφάνεια διάσπασης προέρχεται από την απορρόφηση μεταξύ των ζωνών. Όταν το τσιπ λειτουργεί σε υψηλή ισχύ, η θερμοκρασία αυτής της περιοχής αυξάνεται, με αποτέλεσμα να μειώνεται το διάκενο ζώνης του υλικού και να αυξάνεται η απορρόφηση μεταξύ των ζωνών. Ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τη μείωση αυτού του τύπου απορρόφησης είναι ο σχηματισμός μιας δομής παραθύρου ευρείας ζώνης (χαμηλής απορρόφησης). Μέσω της ανάπτυξης του σχεδιασμού της επιταξιακής δομής και της ανάπτυξης υλικού, του σχεδιασμού και της διαδικασίας προετοιμασίας της δομής τσιπ, της επεξεργασίας διάσπασης επιφάνειας κοιλότητας και παθητικοποίησης, η Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (εφεξής «Everbright Huaxin») κυκλοφόρησε ένα 28 W τσιπ λέιζερ ημιαγωγών. Η αύξηση ισχύος του τσιπ προέρχεται κυρίως από τον βελτιστοποιημένο σχεδιασμό της επιταξιακής δομής του τσιπ και τη βελτίωση της ειδικής τεχνολογίας επεξεργασίας της επιφάνειας της κοιλότητας. Η ισχύς εξόδου των λέιζερ ημιαγωγών επηρεάζεται κυρίως από παράγοντες όπως το κατώφλι λέιζερ, η κλίση και η κάμψη ισχύος υψηλού ρεύματος. Συνήθως με τη μείωση της συγκέντρωσης ντόπινγκ της σύνδεσης pn για να επιτευχθεί η μείωση του ορίου και η αύξηση της κλίσης, και η πολύ χαμηλή συγκέντρωση ντόπινγκ θα οδηγήσει σε αύξηση της αντίστασης της σύνδεσης pn και αύξηση της τάσης του τσιπ. Προκειμένου να λύσει το πρόβλημα της βελτιστοποίησης της ισορροπίας μεταξύ της κλίσης κατωφλίου και της τάσης, ο Changguang Huaxin βελτιστοποίησε το πάχος του στρώματος κυματοδηγού της ασύμμετρης δομής μεγάλης οπτικής κοιλότητας και σχεδίασε προσεκτικά την κατανομή της συγκέντρωσης ντόπινγκ σε διαφορετικές περιοχές της διασταύρωσης pn. ώστε να μειωθεί το κατώφλι και να βελτιωθεί η απόδοση της κλίσης. Το αποτέλεσμα της διατήρησης της τάσης βασικά σταθερής. Η κάμψη του υψηλού ρεύματος οφείλεται κυρίως στη μείωση της εσωτερικής κβαντικής απόδοσης όταν εγχέεται υψηλό ρεύμα. Η Everbright βελτιστοποίησε τη δομή της ενεργειακής ζώνης του υλικού κοντά στην περιοχή απολαβής της δομής λέιζερ, βελτίωσε την ικανότητα περιορισμού των ηλεκτρονίων που εγχύθηκαν με διασταύρωση pn και ενίσχυσε αποτελεσματικά την κβαντική απόδοση κατά την έγχυση υψηλού ρεύματος. Ενώ βελτιστοποιεί την ισχύ του τσιπ λέιζερ, η Everbright συνεχίζει να βελτιώνει την ποιότητα του υλικού της ειδικής διαδικασίας επεξεργασίας της επιφάνειας της κοιλότητας για να μειώσει την αναλογία ελαττώματος, να βελτιώσει την ικανότητα της επιφάνειας της κοιλότητας να αντιστέκεται σε ζημιά οπτικής καταστροφής και να διασφαλίζει ότι τα 28 W Το τσιπ λέιζερ υψηλής ισχύος ικανοποιεί τις απαιτήσεις της βιομηχανικής αγοράς για διάρκεια ζωής λέιζερ. απαιτήσεις.

Ως πρακτικό εργαλείο, το λέιζερ ινών πλησίον υπέρυθρης πηγής φωτός υψηλής ισχύος ημιαγωγού έχει αναπτυχθεί γρήγορα τα τελευταία χρόνια λόγω των μοναδικών πλεονεκτημάτων του και διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στους τομείς της βιομηχανικής κατασκευής, επεξεργασίας και επιστημονικής έρευνας. Ως η βασική συσκευή ανάντη του λέιζερ ινών, η ανάπτυξη της πηγής άντλησης συνοδεύει και ακόμη προωθεί την ανάπτυξη και την πρόοδο της συνολικής τεχνολογίας του λέιζερ ινών.
(1) Βιομηχανική πηγή άντλησης λέιζερ ινών Τα τελευταία χρόνια, η αγορά βιομηχανικών λέιζερ ινών έχει αναπτυχθεί γρήγορα και έχει ισχυρή δυναμική. Τα λέιζερ ινών έχουν πάρει το προβάδισμα στην αγορά βιομηχανικής επεξεργασίας λέιζερ με τη μοναδική τεχνολογία και τα πλεονεκτήματα εφαρμογής τους. Όσον αφορά την αγορά βιομηχανικών λέιζερ ινών, η τεχνολογία λέιζερ ινών χαμηλής έως μέσης ισχύος έχει ωριμάσει και σταθεροποιηθεί και έχει εισέλθει πλήρως στο στάδιο του ανταγωνισμού κόστους.

2) Πηγή άντλησης λέιζερ ινών για επιστημονική έρευνα. Τα λέιζερ ινών για επιστημονική έρευνα έχουν γενικά υψηλότερες απαιτήσεις φωτεινότητας ή χρησιμοποιούνται σε ορισμένα ειδικά σενάρια εφαρμογών. Αυτές οι απαιτήσεις επεκτείνονται και στην πηγή άντλησης. Γενικά, η πηγή άντλησης απαιτείται να έχει υψηλή φωτεινότητα και μικρό μέγεθος. , ελαφρύ, κλείδωμα μήκους κύματος και άλλα χαρακτηριστικά. Ο μικρός όγκος απαιτεί συμπαγή σχεδιασμό συσκευασίας για την πηγή άντλησης και το μικρό βάρος απαιτεί την απαραίτητη επεξεργασία μείωσης βάρους για την πηγή άντλησης και τη χρήση νέων μεταλλικών υλικών χαμηλής πυκνότητας για την επεξεργασία του κελύφους του σωλήνα με βάση τη διασφάλιση της απόδοσης αγωγιμότητας θερμότητας.

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 τοις εκατό). Για παράδειγμα, το 2019, η Everbright εκτόξευσε ένα λέιζερ ημιαγωγών 1 kW, 220 μm/NA0.22 (με φωτεινότητα εξόδου 21 MW cm-2 Sr -1), το οποίο έχει χρησιμοποιηθεί ευρέως στη συγκόλληση λεπτών πλακών. την ίδια χρονιά, εκτόξευσε ένα λέιζερ άμεσου ημιαγωγού 4 kW, 600 μm /NA0.22 (φωτεινότητα εξόδου 11 MW cm-2 Sr-1) που χρησιμοποιείται ευρέως στην επένδυση επιφανειών. Ωστόσο, λόγω της μεγάλης διαμέτρου του πυρήνα της ίνας εξόδου και της χαμηλής φωτεινότητας, αυτός ο τύπος λέιζερ δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κοπή μεταλλικών υλικών και εφαρμογές επιστημονικής έρευνας που απαιτούν υψηλή φωτεινότητα. Το σχήμα 8 δείχνει τα αποτελέσματα προσομοίωσης πολλαπλών τσιπ μονού σωλήνα που συνδυάζουν χωρικά τη σύζευξη ινών. Ο μέγιστος αριθμός τσιπ μονού σωλήνα που φιλοξενούνται από μια ίνα 100 μm/NA0.22 είναι 12, επομένως η ισχύς εξόδου είναι μόνο 12 φορές μεγαλύτερη από αυτή ενός τσιπ ενός σωλήνα.

Τα λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος κοντά στο υπέρυθρο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγές άντλησης και συσκευές πυρήνα για λέιζερ στερεάς κατάστασης και ινών, και μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν απευθείας σε βιομηχανικά και επιστημονικά ερευνητικά πεδία μέσω διαφορετικών τεχνολογιών συνδυασμού δέσμης, καταλαμβάνοντας μεγάλη αγορά στο λέιζερ βιομηχανία. Το τσιπ ενός σωλήνα είναι μια μονάδα μονάδας πηγής άντλησης λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος. Τα ολοκληρωμένα χαρακτηριστικά του καθορίζουν την οπτική ισχύ εξόδου, την απόδοση μετατροπής και τον όγκο της μονάδας τελικής πηγής άντλησης. Ως εκ τούτου, έχει γίνει το επίκεντρο της έρευνας και ανάπτυξης και της έρευνάς μας. Με τη σε βάθος θεωρητική έρευνα της ερευνητικής ομάδας, την πρόοδο της τεχνολογίας ανάπτυξης υλικών και την ανάπτυξη της τεχνολογίας συσκευασίας, η JTBYShield έχει βελτιώσει σημαντικά την ισχύ εξόδου, τη διάρκεια ζωής, την αξιοπιστία και την πρακτική εφαρμογής των λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος, μειώνοντας σημαντικά ο χρόνος μεταξύ του ξένου χάσματος. Στο μέλλον, όχι μόνο θα κάνουμε καινοτομίες σε βασικές τεχνολογίες, αλλά θα επιτύχουμε επίσης εκβιομηχάνιση και θα πραγματοποιήσουμε την πλήρη εντόπιση και εκβιομηχάνιση των τσιπ και συσκευών πηγής άντλησης λέιζερ υψηλής τεχνολογίας.

Στοιχεία επικοινωνίας:

Εάν έχετε οποιεσδήποτε ιδέες, μη διστάσετε να μιλήσετε μαζί μας. Ανεξάρτητα από το πού βρίσκονται οι πελάτες μας και ποιες είναι οι απαιτήσεις μας, θα ακολουθήσουμε τον στόχο μας να παρέχουμε στους πελάτες μας υψηλή ποιότητα, χαμηλές τιμές και την καλύτερη εξυπηρέτηση.