Разматрања дизајна заполупроводнички ласер велике снаге
Овај чланак ће систематски разрадити основна разматрања дизајна и методе имплементације полупроводника велике снаге.ласерНа основу опште идеје „повећања горње границе снаге проширивањем светлосног волумена, оптимизацијом конверзије енергије и путева дисипације уз избегавање катастрофалних оптичких оштећења (COD)“, спроведена је детаљна анализа са 9 кључних аспеката:
1. Широко подручје емисије: Усвајањем структуре широког подручја (као што је повећање ширине подручја емисије W са неколико микрометара на 50-200 микрометара), максимална излазна снага се може директно линеарно повећати, што је основни метод за добијање излаза једне цеви на нивоу вата или чак десетина вати, али жртвује квалитет снопа.
2. Дугачка шупљина: Повећање дужине шупљине је кључ за побољшање перформанси електричног грејања и постизање ефикасног рада велике снаге. Његова суштина лежи у ефикасном смањењу термичке отпорности и отпора уређаја, чиме се сузбија пораст температуре споја активне области, смањују ефекти засићења снаге и побољшава излазна снага и ефикасност.
3. Проширивање таласовода и асиметричних оптичких шупљина: Проширивањем расподеле оптичког поља (као што је коришћење асиметричних структура оптичких шупљина), преклапање између оптичког поља и подручја са високим губицима апсорпције може се смањити, значајно смањујући унутрашње губитке, побољшавајући квантну ефикасност и смањујући стварање топлоте. Истовремено, може се побољшати и квалитет снопа у вертикалном правцу.
4. Фактор пуњења: Код уређаја са шипкама, фактор пуњења (однос укупне ширине јединице која емитује светлост и укупне ширине шипке) је основни параметар за балансирање густине излазне снаге и тешкоће управљања топлотом. Висок фактор пуњења доноси велику густину снаге, али захтева изузетно велико одвођење топлоте, док је низак фактор пуњења погоднији за управљање топлотом и побољшава поузданост.
6. Технологија заштите крајње површине: Побољшање прага катастрофалног оштећења оптичког огледала (COMD) крајње површине је кључ за превазилажење уског грла у напајању. Чланак детаљно разрађује три главне технологије:
6.1 Пасивација и премазивање површине шупљине: Наношењем пасивационих слојева и премазивањем филмова високе рефлективности/антирефлексије, дефекти површине шупљине се пасивирају, нерадијативна рекомбинација се сузбија, а праг COMD се значајно побољшава.
6.2 Технологија неапсорпционих прозора: Коришћење квантне хибридизације бунара и других техника за формирање транспарентне области прозора на крајњој страни како би се смањила апсорпција светлости и спречила COMD.
6.3 Технологија зоне без убризгавања на површини шупљине: Увођење зоне без убризгавања струје близу површине шупљине како би се смањила концентрација носилаца и нерадијативна рекомбинација на површини шупљине.
7. Дизајн са високим сјајем: Уводе се две технике за добијање високог сјаја како би се решио проблем лошег квалитета снопа код ласера са широким подручјем:
7.1. Конусна структура: Комбинујући „подручје семена“ уског таласовода на предњем крају и „подручје појачања конуса“ на задњем крају, квалитет снопа близу границе дифракције се одржава уз појачавање снаге.
7.2 Контрола модова: Увођење микроструктура у широком опсегу ради селективног повећања губитка попречних модова вишег реда, чиме се побољшава квалитет снопа.
8. Квантни бунар напрезања и компензација напрезања: Увођење напрезања у активну област квантног бунара може оптимизовати структуру зоне, побољшати диференцијално појачање, чиме се смањује праг струје, побољшава ефикасност и побољшавају карактеристике на високим температурама. Технологија компензације напрезања спречава акумулацију напрезања и дефеката растућим баријерним слојевима са супротним напрезањем, осигуравајући квалитет материјала.
9. Напредно управљање топлотом и паковање са ниским напоном: Као одговор на изазове дисипације топлоте које доноси висока густина снаге, овај чланак представља нове материјале за хладњаке (као што су дијамантски композитни материјали), микроканалне хладњаке и технологије паковања које користе материјале са ниским напоном на међусобном интерфејсу како би се постигао изузетно висок капацитет дисипације топлоте и побољшала поузданост.
10. Дистрибуирани таласовод: Као шема за интринзично управљање топлотом на нивоу чипа, ова структура дели гребенски таласовод на зону побуђивања и пасивну зону одвођења топлоте дуж дужине шупљине и конструише попречни топлотни канал унутар чипа како би ефикасно одводио топлоту, пробијајући ограничења традиционалних метода одвођења топлоте.
Резиме и перспективе указују на то да дизајн велике снагеполупроводнички ласерје вишециљни оптимизациони проблем који укључује електрицитет, оптику, термодинамику и поузданост. Неопходно је постићи најбољу равнотежу између три основна дизајна: широког подручја емисије, дугачке шупљине и проширеног таласовода, и технологија које се баве трима главним изазовима: управљањем топлотом, оштећењем чеоне површине и квалитетом снопа. Даље побољшање будућих перформанси зависиће од развоја нових материјала, нових физичких механизама и нових производних процеса.
Време објаве: 21. мај 2026.