В области мощных лазеров лазерные линейки являются незаменимыми основными компонентами. Они не только служат фундаментальными единицами для выработки энергии, но и воплощают в себе точность и интеграцию современной оптоэлектронной техники.—За это их прозвали «двигателем» лазерных систем. Но какова же структура лазерной линейки, и как ей удаётся выдавать десятки или даже сотни ватт мощности, имея всего несколько миллиметров в диаметре? В этой статье мы рассмотрим внутреннюю архитектуру и инженерные секреты, лежащие в основе лазерных линеек.
1. Что такое лазерная линейка?
Лазерная линейка — это мощное излучающее устройство, состоящее из нескольких лазерных диодов, расположенных в поперечном направлении на одной подложке. Хотя принцип её работы аналогичен принципу работы одного полупроводникового лазера, в лазерной линейке используется многоизлучающая схема для достижения большей оптической мощности и более компактного форм-фактора.
Лазерные линейки широко используются в промышленности, медицине, науке и обороне, как в качестве прямых источников лазерного излучения, так и в качестве источников накачки для волоконных и твердотельных лазеров.
2. Структурный состав лазерной рейки
Внутренняя структура лазерного луча напрямую определяет его характеристики. Она состоит, главным образом, из следующих основных компонентов:
①Массив излучателей
Лазерные линейки обычно состоят из 10–100 излучателей (лазерных резонаторов), расположенных рядом друг с другом. Каждый излучатель имеет длину около 50 мкм.–150μШирина составляет несколько метров, и он действует как независимая область усиления, включающая PN-переход, резонансную полость и волноводную структуру для генерации и излучения лазерного света. Хотя все излучатели имеют общую подложку, обычно они управляются электрически параллельно или зонально.
②Полупроводниковая слоистая структура
В основе лазерного луча лежит многослойная структура из полупроводниковых материалов, включающая в себя:
- Эпитаксиальные слои P-типа и N-типа (образующие PN-переход)
- Активный слой (например, структура квантовой ямы), генерирующий стимулированное излучение.
- Волноводный слой, обеспечивающий управление модами в поперечном и вертикальном направлениях.
- Брэгговские отражатели или покрытия HR/AR, которые повышают направленность излучения лазера.
③Подложка и структура управления тепловым режимом
Излучатели выращиваются на монолитной полупроводниковой подложке (обычно GaAs). Для эффективного отвода тепла лазерная линейка припаивается к высокопроводящим подложкам, таким как медь, сплав W-Cu или алмаз, полученный методом химического осаждения из газовой фазы (CVD), и используется в паре с радиаторами и активными системами охлаждения.
④Эмиссионная поверхность и система коллимации
Из-за больших углов расходимости излучаемых лучей лазерные линейки обычно оснащаются массивами микролинз (FAC/SAC) для коллимации и формирования луча. Для некоторых применений может потребоваться дополнительная оптика.—например, цилиндрические линзы или призмы—используются для контроля расходимости в дальней зоне и качества пучка.
3. Ключевые структурные факторы, влияющие на производительность.
Конструкция лазерного стержня играет решающую роль в определении его стабильности, эффективности и срока службы. К числу ключевых аспектов относятся:
①Проектирование системы терморегулирования
Лазерные линейки отличаются высокой удельной мощностью и концентрированным тепловыделением. Низкое тепловое сопротивление имеет решающее значение и достигается за счет пайки AuSn или индиевой сварки в сочетании с микроканальным охлаждением для равномерного рассеивания тепла.
②Формирование и выравнивание луча
Многочисленные излучатели часто страдают от плохой когерентности и смещения волнового фронта. Точная конструкция и юстировка линз имеют решающее значение для улучшения качества луча в дальней зоне.
③Контроль стресса и надежность
Несоответствие коэффициентов теплового расширения материалов может привести к деформации или микротрещинам. Упаковка должна быть спроектирована таким образом, чтобы равномерно распределять механическое напряжение и выдерживать термические циклы без разрушения.
4. Будущие тенденции в дизайне лазерных линеек
По мере роста спроса на более высокую мощность, меньшие размеры и повышенную надежность, лазерные линейные конструкции продолжают развиваться. Ключевые направления развития включают:
①Расширение длины волны: расширение до 1,5μm- и среднеинфракрасные диапазоны
②Миниатюризация: обеспечение возможности использования в компактных устройствах и высокоинтегрированных модулях.
③Интеллектуальная упаковка: интеграция датчиков температуры и систем обратной связи о состоянии.
④Высокоплотная многослойная компоновка: многослойные массивы для достижения выходной мощности киловаттного уровня при компактных размерах.
5. Заключение
Как«сердце”В мощных лазерных системах конструкция лазерных линеек напрямую влияет на оптические, электрические и тепловые характеристики всей системы. Интеграция десятков излучателей в структуру шириной всего в несколько миллиметров не только демонстрирует передовые материалы и технологии изготовления, но и представляет собой высокий уровень интеграции в современных условиях.'фотонная промышленность.
В перспективе, по мере роста спроса на эффективные и надежные лазерные источники, инновации в конструкции лазерных стержней останутся ключевым фактором, способствующим развитию лазерной индустрии и достижению ею новых высот.
Если вы'Если вам нужна квалифицированная помощь в упаковке лазерных указателей, терморегулировании или выборе продукции, свяжитесь с нами.'Мы здесь для того, чтобы предложить индивидуальные решения, соответствующие вашим конкретным потребностям.
Дата публикации: 02.07.2025