С непрекъснатото подобряване на изискванията за лазерно приложение, изискванията за полупроводникови лазери също стават все по-високи и по-високи, което се отразява главно в следните аспекти:
Подобрете изходната мощност, разработете високомощни двуизмерни или триизмерни масиви, за да отговорите на търсенето на мощност в промишлената обработка и други области; подобряване на ефективността на електрооптичното преобразуване, постигане на миниатюризация и висока ефективност на лазерните системи, намаляване на налягането на разсейване на топлината и намаляване на разходите; подобряване на качеството на лъча; подобрява надеждността, тоест може да се използва свободно при висока пикова мощност и изключително тежки среди, като например използването на космически превозни средства в среди с голяма радиация и големи температурни разлики.
Ключови технологии на високомощни полупроводникови лазери
Оптимизация на структурния дизайн
Разработването на високомощни полупроводникови лазери е тясно свързано с изследването и проектирането на епитаксия и чип структури. Структурният дизайн е в основата на високомощните полупроводникови лазерни устройства. Трите основни принципа на полупроводниковите лазери са: електрическо инжектиране и ограничаване, електрооптично преобразуване, оптично ограничаване и изход, съответно съответстващи на дизайна на електрическо инжектиране, проектиране на квантови кладенци и проектиране на оптично поле на вълноводни структури. Структурните изследвания и подобряването на полупроводниковите лазери се основават на непрекъснатото оптимизиране на тези три аспекта, разработването на асиметрични широки вълноводни структури, оптимизирането на квантови кладенци, квантови проводници, квантови точки и фотонни кристални структури, което насърчава непрекъснатото подобряване на ниво на лазерна технология. Изходната мощност и ефективността на електрооптичното преобразуване стават все по-високи и по-високи, качеството на лъча става все по-добро и по-добро, а надеждността става все по-висока и по-висока.
Висококачествена технология за растеж на епитаксиален материал
Технологията за растеж на полупроводникови лазерни епитаксиални материали е в основата на разработването на полупроводникови лазери. Висококачественият процес на растеж на епитаксиален материал, изключително ниската плътност на повърхностните дефекти и плътността на вътрешните дефекти са предпоставки и гаранции за постигане на висока пикова мощност. В допълнение, примесите също играят важна роля в полупроводниковите материали. Може да се каже, че няма високоефективен лазер с квантови кладенци без прецизен процес на допиране на епитаксия на полупроводници. Главно чрез оптимизиране на допинговата крива, припокриването между оптичното поле и силно легираната област се намалява, като по този начин се намалява загубата на абсорбция на свободни носители и се подобрява ефективността на преобразуване на устройството.
Технология на повърхностна обработка на кухини
Прилагането на полупроводникови лазери с висока мощност обикновено изисква висока лазерна изходна мощност и добра надеждност. Основното тясно място, ограничаващо изходната мощност на полупроводниковите лазери, е повредата от оптична катастрофа (COMD), причинена от деградацията на повърхността на кухината при висока плътност на мощността.
В повърхността на кухината на полупроводниковите лазери има голям брой дефекти, дължащи се на разцепване, окисление и други причини, и тези дефекти стават центрове за поглъщане на светлина и центрове за нерадиационна рекомбинация. Топлината, генерирана от абсорбцията на светлина, повишава температурата на повърхността на кухината, а повишаването на температурата води до намаляване на забранената лента, така че се образува потенциален градиент между повърхността на кухината и вътрешната област на лазера, което ръководи инжектирането на носители в повърхността на кухината, което е по-важно. Основната точка е, че междулентовото поглъщане на светлина се засилва след намаляване на забранената лента, като и двете ще увеличат концентрацията на носители в повърхността на кухината, засилват нерадиационната рекомбинация, и допълнително повишава температурата на повърхността на кухината. От друга страна, инжектирането на по-голям ток на полупроводникови лазери с висока мощност също подобрява нерадиационната рекомбинация на повърхността на кухината. Това е процесът на положителна обратна връзка на поглъщане на светлина, нерадиационна рекомбинация, повишаване на температурата и намаляване на забранената лента, който причинява бързо повишаване на температурата на повърхността на кухината и накрая повърхността на кухината изгаря, т.е. възниква COMD.
Коренът на проблема с повърхността на кухината е наличието на повърхностни дефекти на кухината, включително замърсяване, окисление, материални дефекти и т.н. на повърхността на кухината. Тези дефекти на повърхността на кухината първо засягат консистенцията на COMD и второ водят до влошаване на устройството и засягат дългосрочната стабилност. Като цяло могат да се използват различни техники за пасивиране и покриване на повърхността на кухината, за да се намалят или елиминират дефектите и окисляването на повърхността на кухината, да се намали светлинната абсорбция на повърхността на кухината и да се подобри COMD стойността на повърхността на кухината, като по този начин се постигне висока пикова изходна мощност .
Интегрирана технология за опаковане
Охлаждането и опаковането на лазерните чипове са важна част от производството на високомощни полупроводникови лазери, а оформянето на лазерния лъч и технологията за лазерна интеграция са основните начини за получаване на киловатови и 10,000-ватови лазери. Поради високата изходна мощност и малката площ на излъчване на светлина на мощните полупроводникови лазери, топлинната плътност, генерирана по време на работа, е много висока, което поставя по-високи изисквания към структурата и процеса на опаковката. Ключовото технологично изследване на високомощните полупроводникови лазерни опаковки е да се започне от аспектите на топлината, опаковъчните материали и напрежението, да се реши дизайнът на опаковката на термичното управление и топлинния стрес и да се постигне технологичен пробив в разработването на директен полупроводник лазери с висока мощност, висока яркост и висока надеждност.
Приложения на полупроводникови лазери
Областта на директно приложение на полупроводниковите лазери е широко разширена. Освен че се използва като източник на помпа за твърдотелни лазери и лазери с влакна, той се използва и директно в много области като оптична комуникация, промишлена обработка, медицинска красота и наблюдение на осветлението. През последните години новите приложения на полупроводникови лазери в 3D сензори, лидар, лазерен дисплей и други области привлякоха голямо внимание.
Комуникации и оптично съхранение
Областта на оптичните комуникации все още е най-големият пазар за полупроводникови лазерни приложения, а комуникацията с оптични влакна се превърна в основния поток на съвременната комуникационна технология. Освен това е идеален източник на светлина за оптични системи за паралелна обработка и може да се използва в оптични компютри и оптични невронни мрежи. Понастоящем основните приложения в областта на оптичната комуникация са 1,3 μm и 1,55 μm InGaAsP/InP полупроводникови лазери. Червеният лазер и синият лазер, които се използват главно в оптична информация и съхранение, могат да реализират съхранение и обработка на информация с висока плътност.
източник на светлина помпа
Полупроводниковите лазерно изпомпвани твърдотелни лазери и оптични лазери са най-широко използваните области на полупроводникови лазери с висока мощност. Като източник на изпомпване, полупроводниковите лазери имат незаменимите предимства на други източници на светлина, а фибролазерите се превърнаха в най-влиятелния пазар на изпомпване през последните пет години. Източникът на помпата е разделен на две категории: едночипов изход от свързани влакна и влакна, свързани с ленти. Обикновено се използва 105 μm/NA0.22 влакно с непрекъсната мощност от 30-120 W; 200 μm/NA0,22 влакно с непрекъсната мощност от 50-300 W, с дължини на вълните, покриващи 808-976 nm.
Лазерен дисплей и медицински
Лазерният дисплей има огромен пазарен потенциал поради предимствата си на широка цветова гама, висока яркост, дълъг живот и лесна реализация на дисплей с голям екран. За да се получи по-добро визуално изживяване, колкото по-къса е дължината на вълната на червения лазер, използван за лазерен дисплей, толкова по-добро визуално изживяване може да се получи. Например, коефициентът на чувствителност на човешкото око при 640 nm е 3 пъти по-голям от този при 660 nm. Въпреки това, за червените полупроводникови лазери AlGaInP, колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-голяма е ширината на лентата на материала на активната област и е по-вероятно носителите да прелеят от активната област в ограничителния слой, намалявайки ефективността и надеждността на лазера. Като се имат предвид различни фактори, дължината на вълната на червения лазер за лазерен дисплей обикновено е 640 nm. В областта на лазерното медицинско лечение използването на 650-680 nm червени лазери също става все по-привличащо вниманието и се използва добре във физиотерапията, откриването на клетки, фотодинамичната терапия и др.
промишлена обработка
Понастоящем областта на обработката на материали е втората по големина област на лазерно приложение и също така е най-бързо развиващата се област напоследък, благодарение на бързото развитие на фибролазерната технология. Лазерната обработка се основава на обработка с фототермичен ефект на различни материали. При различни плътности на мощността на лазера повърхността на материала претърпява промени като повишаване на температурата, топене, газификация и фотоплазма. Според степента на промяна на повърхността се образуват отгряване и облицовка. , заваряване, рязане, пробиване и други различни приложения.
наблюдение на осветлението
С повишаването на осведомеността на хората относно предпазните мерки, изискванията към камерите за наблюдение стават все по-високи и по-високи, особено при специални случаи като гранична/крайбрежна защита, предотвратяване на горски пожари и железопътен трафик. Лазерното наблюдение има предимствата на голямо разстояние на откриване, висока надеждност, ниска консумация на енергия и висока разделителна способност и се развива бързо в приложения за наблюдение на дълги разстояния. Полупроводниковите лазери, представени от 940 nm, са широко използвани във високоскоростни железопътни линии, магистрали, предотвратяване на горски пожари, гранична и крайбрежна защита и други области.
С непрекъснатия напредък на технологиите самите полупроводникови лазери имат голямо пространство за разширяване по отношение на мощност, дължина на вълната и методи на работа и допълнително насърчават развитието на нововъзникващи индустрии като лазерни дисплеи, лазерно интелигентно разпознаване, виртуална реалност, прецизна обработка и медицинско изследване. С нарастването полупроводниковите лазери, като основни компоненти, навлязоха в хиляди домакинства и играят все по-важна роля в различни области на националната икономика и поминъка на хората.
Добре дошли свържете се с нас за повече подробности:
Whatsapp/Skype/Wechat: 0086 181 5840 0345
Email: info@brandnew-china.com