Pertimbangan desain untuklaser semikonduktor daya tinggi
Artikel ini akan secara sistematis menguraikan pertimbangan desain inti dan metode implementasi semikonduktor daya tinggi.laserBerdasarkan gagasan umum "meningkatkan batas atas daya dengan memperluas volume cahaya, mengoptimalkan jalur konversi dan disipasi energi sambil menghindari kerusakan optik katastropik (COD)", analisis mendalam dilakukan dari 9 aspek kunci:
1. Area emisi yang luas: Dengan mengadopsi struktur area yang luas (seperti meningkatkan lebar area emisi W dari beberapa mikrometer menjadi 50-200 mikrometer), daya keluaran maksimum dapat langsung ditingkatkan secara linier, yang merupakan metode dasar untuk mendapatkan daya keluaran tabung tunggal pada tingkat watt atau bahkan puluhan watt, tetapi hal ini mengorbankan kualitas pancaran.
2. Rongga panjang: Meningkatkan panjang rongga adalah kunci untuk meningkatkan kinerja pemanasan listrik dan mencapai operasi yang efisien dan berdaya tinggi. Intinya terletak pada pengurangan resistansi termal dan resistansi perangkat secara efektif, sehingga menekan kenaikan suhu sambungan daerah aktif, mengurangi efek saturasi daya, dan meningkatkan daya keluaran serta efisiensi.
3. Pelebaran pandu gelombang dan rongga optik asimetris: Dengan melebarkan distribusi medan optik (seperti menggunakan struktur rongga optik asimetris), tumpang tindih antara medan optik dan area kehilangan penyerapan tinggi dapat dikurangi, sehingga secara signifikan mengurangi kerugian internal, meningkatkan efisiensi kuantum, dan mengurangi pembangkitan panas. Pada saat yang sama, kualitas berkas dalam arah vertikal juga dapat ditingkatkan.
4. Faktor pengisian: Pada perangkat batang, faktor pengisian (rasio lebar total unit pemancar cahaya terhadap lebar total batang) adalah parameter inti untuk menyeimbangkan kepadatan daya keluaran dan kesulitan manajemen termal. Faktor pengisian tinggi menghasilkan kepadatan daya tinggi tetapi membutuhkan pembuangan panas yang sangat tinggi, sedangkan faktor pengisian rendah lebih kondusif untuk manajemen termal dan meningkatkan keandalan.
6. Teknologi perlindungan permukaan ujung: Meningkatkan ambang batas kerusakan cermin optik katastropik (COMD) pada permukaan ujung merupakan kunci untuk mengatasi hambatan daya. Artikel ini menguraikan tiga teknologi utama:
6.1 Pasivasi dan pelapisan permukaan rongga: Dengan pengendapan lapisan pasivasi dan pelapisan film reflektivitas tinggi/anti refleksi, cacat permukaan rongga dipasivasi, rekombinasi non-radiatif ditekan, dan ambang batas COMD ditingkatkan secara signifikan.
6.2 Teknologi jendela non-absorpsi: Menggunakan hibridisasi sumur kuantum dan teknik lainnya untuk membentuk wilayah jendela transparan pada permukaan ujung untuk mengurangi penyerapan cahaya dan mencegah COMD.
6.3 Teknologi zona non-injeksi pada permukaan rongga: Memperkenalkan zona non-injeksi arus di dekat permukaan rongga untuk mengurangi konsentrasi pembawa muatan dan rekombinasi non-radiatif pada permukaan rongga.
7. Desain kecerahan tinggi: Dua teknik untuk mendapatkan keluaran kecerahan tinggi diperkenalkan untuk mengatasi masalah kualitas berkas yang buruk pada laser area luas:
7.1. Struktur kerucut: Dengan menggabungkan "area benih" pandu gelombang sempit di ujung depan dan "area amplifikasi kerucut" di ujung belakang, kualitas berkas mendekati batas difraksi dipertahankan sambil memperkuat daya.
7.2 Kontrol mode: Memperkenalkan struktur mikro dalam rentang yang luas untuk secara selektif meningkatkan kehilangan mode transversal orde tinggi, sehingga meningkatkan kualitas berkas.
8. Sumur kuantum regangan dan kompensasi regangan: Memperkenalkan regangan di wilayah aktif sumur kuantum dapat mengoptimalkan struktur pita, meningkatkan penguatan diferensial, sehingga mengurangi arus ambang batas, meningkatkan efisiensi, dan meningkatkan karakteristik suhu tinggi. Teknologi kompensasi regangan mencegah akumulasi regangan dan cacat dengan menumbuhkan lapisan penghalang dengan regangan berlawanan, memastikan kualitas material.
9. Manajemen termal tingkat lanjut dan pengemasan tegangan rendah: Menanggapi tantangan pembuangan panas yang disebabkan oleh kepadatan daya tinggi, artikel ini memperkenalkan material pendingin baru (seperti material komposit berlian), pendingin mikrokanal, dan teknologi pengemasan yang menggunakan material antarmuka tegangan rendah untuk mencapai kapasitas pembuangan panas ultra-tinggi dan meningkatkan keandalan.
10. Pandu gelombang terdistribusi: Sebagai skema manajemen termal intrinsik tingkat chip, struktur ini membagi pandu gelombang ridge menjadi zona eksitasi dan zona pembuangan panas pasif di sepanjang panjang rongga, dan membangun saluran panas transversal di dalam chip untuk membuang panas secara efisien, menembus keterbatasan metode pembuangan panas tradisional.
Ringkasan dan prospek menunjukkan bahwa desain daya tinggilaser semikonduktorIni adalah masalah optimasi multi-objektif yang melibatkan listrik, optik, termodinamika, dan keandalan. Diperlukan keseimbangan terbaik antara tiga desain dasar, yaitu area emisi yang luas, rongga yang panjang, dan pandu gelombang yang diperluas, serta teknologi yang menangani tiga tantangan utama, yaitu manajemen termal, kerusakan permukaan ujung, dan kualitas berkas. Peningkatan kinerja di masa depan akan bergantung pada pengembangan material baru, mekanisme fisik baru, dan proses manufaktur baru.
Waktu posting: 21 Mei 2026