В области мощных лазеров лазерные линейки являются незаменимыми ключевыми компонентами. Они не только служат основными источниками энергии, но и воплощают в себе точность и интеграцию современной оптоэлектронной техники.—За что их и прозвали «двигателем» лазерных систем. Но какова же структура лазерного стержня и как он выдаёт десятки, а то и сотни ватт мощности при размере всего в несколько миллиметров? В этой статье рассматриваются внутренняя архитектура и инженерные секреты лазерных стержней.
1. Что такое лазерная панель?
Лазерная линейка — это мощное излучающее устройство, состоящее из нескольких лазерных диодных кристаллов, расположенных бок о бок на одной подложке. Принцип его работы аналогичен принципу работы полупроводникового лазера, однако лазерная линейка использует многоизлучающую схему для достижения более высокой оптической мощности и более компактного форм-фактора.
Лазерные стержни широко используются в промышленности, медицине, науке и обороне как в качестве прямых источников лазерного излучения, так и в качестве источников накачки для волоконных лазеров и твердотельных лазеров.
2. Структурный состав лазерного стержня
Внутренняя структура лазерной линейки напрямую определяет её производительность. Она состоит из следующих основных компонентов:
①Массив излучателей
Лазерные линейки обычно состоят из 10–100 излучателей (лазерных резонаторов), расположенных рядом. Каждый излучатель содержит около 50–150μм и действует как независимая область усиления, состоящая из p-n-перехода, резонансной полости и волноводной структуры для генерации и излучения лазерного излучения. Хотя все излучатели используют одну и ту же подложку, они обычно возбуждаются электрическим током параллельно или по зонам.
②Структура полупроводникового слоя
В основе лазерной линейки лежит стопка полупроводниковых слоев, включающая в себя:
- Эпитаксиальные слои P-типа и N-типа (образующие PN-переход)
- Активный слой (например, структура с квантовыми ямами), генерирующий вынужденное излучение
- Волноводный слой, обеспечивающий управление модами в боковом и вертикальном направлениях
- Брэгговские отражатели или покрытия HR/AR, которые улучшают направленность лазерного излучения
③Подложка и структура терморегулирования
Излучатели выращиваются на монолитной полупроводниковой подложке (обычно GaAs). Для эффективного отвода тепла лазерный стержень припаивается к высокопроводящим подложкам, таким как медь, сплав W-Cu или CVD-алмаз, и оснащается радиаторами и системами активного охлаждения.
④Поверхность излучения и система коллимации
Из-за больших углов расхождения испускаемых лучей лазерные линейки обычно оснащаются микролинзовыми решетками (FAC/SAC) для коллимации и формирования пучка. Для некоторых применений может потребоваться дополнительная оптика.—такие как цилиндрические линзы или призмы—используются для управления расходимостью дальнего поля и качеством пучка.
3. Ключевые структурные факторы, влияющие на производительность
Конструкция лазерной балки играет решающую роль в определении её стабильности, эффективности и срока службы. Среди ключевых факторов можно выделить:
①Проектирование теплового управления
Лазерные линейки отличаются высокой плотностью мощности и концентрированным теплом. Низкое тепловое сопротивление является важным фактором, достигаемым благодаря пайке AuSn или индиевой сварке в сочетании с микроканальным охлаждением для равномерного рассеивания тепла.
②Формирование и выравнивание луча
Несколько излучателей часто страдают от низкой когерентности и несовпадения 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 образованию микротрещин. Упаковка должна быть спроектирована таким образом, чтобы равномерно распределять механическую нагрузку и выдерживать циклические перепады температур без ухудшения свойств.
4. Будущие тенденции в дизайне лазерных баров
По мере роста спроса на более высокую мощность, меньшие размеры и большую надежность, конструкции лазерных стержней продолжают совершенствоваться. Ключевые направления развития включают:
①Расширение длины волны: расширение до 1,5μм и средний инфракрасный диапазоны
②Миниатюризация: возможность использования в компактных устройствах и высокоинтегрированных модулях
③Умная упаковка: включение датчиков температуры и систем обратной связи по состоянию
④Высокоплотное стекирование: многоуровневые массивы для достижения выходной мощности на уровне киловатт в компактном корпусе
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 конструкцию шириной всего несколько миллиметров не только демонстрирует передовые технологии материалов и производства, но и демонстрирует высокий уровень интеграции в современных технологиях.'фотонная промышленность.
Заглядывая в будущее, можно сказать, что по мере роста спроса на эффективные и надежные лазерные источники инновации в структуре лазерных стержней останутся ключевым фактором продвижения лазерной отрасли на новые высоты.
Если ты'Если вам нужна профессиональная поддержка в области упаковки лазерных стержней, терморегулирования или выбора продукции, свяжитесь с нами. Мы'Мы здесь, чтобы предоставить индивидуальные решения, соответствующие потребностям вашего конкретного применения.
Время публикации: 02 июля 2025 г.