A nagy teljesítményű lézerek területén a lézerrudak nélkülözhetetlen alapvető alkatrészek. Nemcsak az energiatermelés alapvető egységeiként szolgálnak, hanem a modern optoelektronikai mérnöki munka pontosságát és integrációját is megtestesítik.—amiért a lézerrendszerek „motorja” becenevet kapták. De pontosan milyen egy lézerrúd felépítése, és hogyan képes több tíz vagy akár több száz watt teljesítményt leadni mindössze néhány milliméteres méretből? Ez a cikk a lézerrudak belső felépítését és a mögöttük álló mérnöki titkokat vizsgálja.
1. Mi az a lézerrúd?
A lézerrúd egy nagy teljesítményű emittáló eszköz, amely több lézerdióda-chipből áll, amelyek oldalirányban vannak elrendezve egyetlen hordozón. Bár működési elve hasonló egyetlen félvezető lézerhez, a lézerrúd több emitteres elrendezést használ a nagyobb optikai teljesítmény és a kompaktabb formatényező elérése érdekében.
A lézerrudakat széles körben használják az ipari, orvosi, tudományos és védelmi szektorban, akár közvetlen lézerforrásként, akár pumpálóforrásként száloptikás és szilárdtest lézerekhez.
2. Lézerrúd szerkezeti összetétele
A lézerrúd belső szerkezete közvetlenül meghatározza a teljesítményét. Elsősorban a következő fő alkatrészekből áll:
①Emitters Array
A lézerrudak jellemzően 10-100 egymás mellett elhelyezett emitterből (lézerüregből) állnak. Minden emitter körülbelül 50–150μm széles, és független erősítési tartományként működik, PN-átmenettel, rezonáns üreggel és hullámvezető szerkezettel a lézerfény előállításához és kibocsátásához. Bár minden emitter ugyanazt az aljzatot használja, általában párhuzamosan vagy zónákonként elektromosan vezérlik őket.
②Félvezető réteg szerkezete
A lézerrúd szívében egy félvezető rétegekből álló köteg található, beleértve:
- P-típusú és N-típusú epitaxiális rétegek (amelyek a PN-átmenetet alkotják)
- Aktív réteg (pl. kvantumkút-szerkezet), amely indukált emissziót generál
- Hullámvezető réteg, amely biztosítja a módusvezérlést oldalirányú és függőleges irányban
- Bragg-reflektorok vagy HR/AR bevonatok, amelyek fokozzák a lézer irányított kimenetét
③Hordozóanyag és hőkezelő szerkezet
Az emittereket monolitikus félvezető hordozóra (általában GaAs-ra) növesztik. A hatékony hőelvezetés érdekében a lézerrudat nagy vezetőképességű alaplapokra, például rézre, W-Cu ötvözetre vagy CVD gyémántra forrasztják, és hűtőbordákkal, valamint aktív hűtőrendszerekkel párosítják.
④Emissziós felület és kollimációs rendszer
A kibocsátott sugarak nagy divergenciaszögei miatt a lézerrudakat jellemzően mikrolencse-tömbökkel (FAC/SAC) szerelik fel a kollimációhoz és a sugárformáláshoz. Bizonyos alkalmazásokhoz további optikák szükségesek.—például hengeres lencsék vagy prizmák—a távoli mező divergencia és a nyalábminőség szabályozására szolgálnak.
3. A teljesítményt befolyásoló főbb strukturális tényezők
A lézerrúd szerkezete kulcsfontosságú szerepet játszik a stabilitásában, hatékonyságában és élettartamában. Számos kulcsfontosságú szempont van, többek között:
①Hőgazdálkodási tervezés
A lézerrudak nagy teljesítménysűrűséggel és koncentrált hővel rendelkeznek. Az alacsony hőállóság elengedhetetlen, amelyet AuSn forrasztással vagy indiumkötéssel érnek el, kombinálva a mikrocsatornás hűtéssel az egyenletes hőelvezetés érdekében.
②Sugárformálás és -igazítás
A többszörös kibocsátók gyakran rossz koherenciával és hullámfront-eltérésekkel küzdenek. A precíziós lencsetervezés és -beállítás kritikus fontosságú a távoli térnyaláb minőségének javítása érdekében.
③Stresszszabályozás és megbízhatóság
A hőtágulási együtthatók anyagbeli eltérései vetemedést vagy mikrorepedéseket okozhatnak. A csomagolást úgy kell megtervezni, hogy egyenletesen ossza el a mechanikai feszültséget, és degradáció nélkül ellenálljon a hőciklusoknak.
4. Jövőbeli trendek a lézerrúd-tervezésben
Ahogy a nagyobb teljesítmény, a kisebb méret és a nagyobb megbízhatóság iránti igény növekszik, a lézerrúd-szerkezetek folyamatosan fejlődnek. A főbb fejlesztési irányok a következők:
①Hullámhossz-tágulás: 1,5-re való kiterjesztéseμm és közép-infravörös sávok
②Miniatürizálás: Lehetővé teszi a kompakt eszközökben és a nagymértékben integrált modulokban való használatot
③Intelligens csomagolás: Hőmérséklet-érzékelők és állapotvisszajelző rendszerek beépítése
④Nagy sűrűségű egymásra rakás: Réteges tömbök a kilowatt-szintű teljesítmény eléréséhez kompakt méretben
5. Következtetés
Ahogy a„szív„A nagy teljesítményű lézerrendszerek esetében a lézerrudak szerkezeti kialakítása közvetlenül befolyásolja a teljes rendszer optikai, elektromos és termikus teljesítményét. Több tucat emitter integrálása egy mindössze milliméter széles szerkezetbe nemcsak a fejlett anyag- és gyártási technikákat mutatja be, hanem a mai magas szintű integrációt is képviseli.'a fotonikai ipar.
A jövőre nézve, mivel a hatékony és megbízható lézerforrások iránti kereslet folyamatosan növekszik, a lézerrúd-szerkezet innovációi továbbra is kulcsfontosságú mozgatórugói lesznek a lézeripar új magasságokba emelésének.
Ha te'Ha szakértői támogatást keres lézerrúd-csomagolás, hőkezelés vagy termékkiválasztás terén, forduljon hozzánk bizalommal. Mi'azért vagyunk itt, hogy testreszabott megoldásokat kínáljunk, amelyek megfelelnek az Ön speciális alkalmazási igényeinek.
Közzététel ideje: 2025. július 2.