Hva med NIR Laser High Power Semiconductor Laser?

Høy effektHalvlederlasereer mye brukt i intelligent produksjon, laserkommunikasjon, lasersensing, medisinsk skjønnhet, etc. Siden deres fødsel har de gjort store fremskritt i teori, praksis og anvendelse, og står for det meste av det totale lasermarkedet. Blant dem er høyeffekts halvlederlasere i det nær-infrarøde båndet de beste.

Nær-infrarøde høyeffekts halvlederlaserbrikker Høyeffekthalvlederlaserbrikker er kjernelyskildene til moderne høyenergilasere representert av optisk fiber, solid-state og direkte halvlederlasere. Kraften, lysstyrken og påliteligheten til laserbrikken er kjerneindikatorer, som direkte påvirker ytelsen og kostnadene til lasersystemet.

Hovedstrukturen til en halvlederlaserbrikke inkluderer et epitaksielt lysemitterende lag som gir et laserforsterkningsmedium, en elektrode som injiserer bærere inn i det epitaksiale lysemitterende laget, og en spaltningshulromsoverflate som danner et resonanshulrom. Utviklingsprosessen av brikken inkluderer trinnene med epitaksial strukturdesign og materialvekst, brikkestrukturdesign og forberedelsesprosess, passiveringsbehandling av hulromsoverflate-spaltning og optisk belegg, brikkepakkingstest, brikkelevetid og ytelsesanalyse, blant annet kjerneindikatorene direkte påvirke De tre nøkkelteknologiene er epitaksial strukturdesign og materialvekst, sponstrukturdesign og forberedelsesprosess, hulromsoverflatespaltning og passiveringsbehandling.
(1) Epitaksial strukturdesign og materialvekst Epitaksial strukturdesign og materialvekst involverer forsterkning og pumping av laseren, noe som direkte påvirker den elektrooptiske effektiviteten til brikken. Hovedfaktorene er heterojunction og spenningstap i bulkmateriale, tap av bærerlekkasje og tap av lysabsorpsjon. I henhold til energibåndanalysen av halvledermaterialer kommer heterojunction-spenningen hovedsakelig fra grensesnittet mellom inneslutningslaget, substratet og bølgelederlaget, og heterojunction-spenningen til brikken reduseres effektivt gjennom grensesnittgradient og høy dopingoptimalisering. Bulkmaterialresistens kan oppnås ved å justere materialsammensetningen for å øke bærermobiliteten og øke dopingkonsentrasjonen. Redusering av lekkasjetapet av bærer krever tilstrekkelig bærer innesperringsbarriere, spesielt p-plan elektronbarrieren. Derfor må reduksjonen av bulkmaterialemotstanden og forbedringen av bærerens inneslutning vurderes grundig for å optimalisere materialsammensetningen. Optisk absorpsjonstap kan vanligvis oppnås ved å designe en asymmetrisk ultra-stort optisk hulroms bølgelederstruktur. Når den totale tykkelsen på bølgelederlaget forblir uendret, reduseres tykkelsen på p-plan bølgelederlaget og tykkelsen på n-plan bølgelederlaget økes, slik at hoveddelen av det optiske feltet fordeles i lav Absorb n-planet med lav motstand, reduserer overlappingen av det optiske feltet og høyabsorpsjons-p-planet, reduserer spenningen til bulkmaterialet og reduserer lysabsorpsjonstapet. Samtidig, kombinert med den gradvise dopingdistribusjonsdesignen, oppnås samtidig optimalisering av bulkmaterialspenningstap og lysabsorpsjonstap. Laserbrikker i 900 nm-båndet bruker vanligvis InGaAs kvantebrønner som forsterkningsmateriale, og AlInGaAs kvantebrønner med høy belastning for å øke forsterkningen, men AlInGaAs kvantebrønner som kvartært materiale har strengere krav til materialvekstkontroll. Det er nødvendig å optimalisere atmosfæreforholdet og veksttemperaturhastigheten for å øke kjerneenergien til kvantebrønnkroppsdefekter, og derved redusere defekttettheten til kvantebrønner og voksende kvantebrønner av høy kvalitet og høy belastning.
(2) Når brikkestrukturens design og fabrikasjonsprosessen fungerer i høyeffektmodus, øker den laterale høyordensmodusintensiteten til brikken, noe som resulterer i en kraftig økning i divergensvinkel og en reduksjon i lysstyrke. Absorpsjon og spredning ved kanten av bølgelederen brukes vanligvis i litteraturrapporter for å redusere intensiteten til høyordensmoduser, men dette vil også forårsake ytterligere absorpsjonstap til lavordensmoduser og redusere den totale optiske effekten. I tillegg, når du arbeider med høy effekt, er den optiske feltintensiteten til brikken ujevnt fordelt i lengderetningen, mens bærerkonsentrasjonen generert av strøminjeksjonen av den konvensjonelle strukturbrikken er jevn i lengderetningen, slik at den optiske feltintensiteten og bærerkonsentrasjonsfordelingen ikke kan samsvare, vil dette gi en brennende effekt for vertikale romhull, noe som resulterer i kraftmetning. En måte å løse dette problemet på er å justere enhetsstrukturen for distribusjon av bærerinjeksjon.
(3) Spaltning av hulromsoverflate og passiveringsbehandling Hovedfeilmodusen til høyeffekts halvlederlaserbrikker er optisk katastrofeskade i hulromsoverflaten (COMD). COMD kommer fra lysabsorpsjonen av spaltehulens overflate og området rundt når brikken arbeider med høy effekt. Overflatelysabsorpsjon er forårsaket av spaltning av hengende bindinger på overflaten, overflateoksidasjon og overflateforurensning, mens konvensjonell hulromsoverflatespaltning utføres i atmosfæren eller lavvakuummiljø, og dette problemet kan ikke unngås. Lysabsorpsjonen i området nær spaltningsoverflaten kommer fra interbandabsorpsjon. Når brikken arbeider med høy effekt, øker temperaturen i denne regionen, noe som resulterer i en reduksjon i båndgapet til materialet og en økning i interband-absorpsjon. Den mest effektive måten å redusere denne typen absorpsjon på er å danne en vindusstruktur med bred båndgap (lav absorpsjon). Gjennom utvikling av epitaksial strukturdesign og materialvekst, chipstrukturdesign og forberedelsesprosess, hulromsoverflatespaltning og passiveringsbehandling, har Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (heretter referert til som "Everbright Huaxin") lansert en 28 W halvleder laserbrikke. Effektøkningen til brikken kommer hovedsakelig fra den optimaliserte utformingen av brikkens epitaksiale struktur og forbedringen av den spesielle prosesseringsteknologien til hulromsoverflaten. Utgangseffekten til halvlederlasere påvirkes hovedsakelig av faktorer som laserterskel, helning og bøying av høy strømstyrke. Vanligvis ved å redusere dopingkonsentrasjonen til pn-krysset for å oppnå reduksjon av terskelen og økningen av helningen, og for lav dopingkonsentrasjon vil føre til økning av motstanden til pn-krysset og økning av brikkespenningen. For å løse problemet med å optimalisere balansen mellom terskelhelling og spenning, optimaliserte Changguang Huaxin tykkelsen på bølgelederlaget til den asymmetriske store optiske kavitetsstrukturen, og utformet nøye fordelingen av dopingkonsentrasjon i forskjellige regioner av pn-krysset, så for å redusere terskelen og forbedre hellingseffektiviteten. Effekten av å holde spenningen i utgangspunktet konstant. Høy strømbøyning skyldes hovedsakelig reduksjonen i intern kvanteeffektivitet når høy strøm injiseres. Everbright optimaliserte energibåndstrukturen til materialet nær forsterkningsområdet til laserstrukturen, forbedret inneslutningsevnen til pn-junction-injiserte elektroner og forbedret effektivt kvanteeffektiviteten under høystrømsinjeksjon. Mens han optimerer kraften til laserbrikken, fortsetter Everbright å forbedre materialkvaliteten til den spesielle behandlingsprosessen av hulromsoverflaten for å redusere defektforholdet, forbedre hulromsoverflatens evne til å motstå optisk katastrofeskade, og sikre at 28 W høyeffekt laserbrikke oppfyller kravene til det industrielle markedet for laserlevetid. krav.

Som et praktisk verktøy har den nær-infrarøde høyeffekt halvlederlyskildemodulen fiberlaser utviklet seg raskt de siste årene på grunn av sine unike fordeler, og spiller en viktig rolle innen industriell produksjon, prosessering og vitenskapelig forskning. Som kjerneoppstrømsanordningen til fiberlaseren, følger utviklingen av pumpekilden også med og fremmer til og med utviklingen og fremdriften av den overordnede teknologien til fiberlaseren.
(1) Industriell fiberlaserpumpekilde De siste årene har industrifiberlasermarkedet utviklet seg raskt og har et sterkt momentum. Fiberlasere har tatt ledelsen i markedet for industriell laserbehandling med sin unike teknologi og applikasjonsfordeler. Når det gjelder det industrielle fiberlasermarkedet, har fiberlaserteknologien med lav til middels kraft modnet og stabilisert seg, og har kommet helt inn i kostnadskonkurransen.

2) Fiberlaserpumpekilde for vitenskapelig forskning. Fiberlasere for vitenskapelig forskning har generelt høyere krav til lysstyrke eller brukes i noen spesielle bruksscenarier. Disse kravene strekker seg til pumpekilden. Vanligvis kreves det at pumpekilden har høy lysstyrke og liten størrelse. , lett, bølgelengdelåsing og andre egenskaper. Lite volum krever kompakt emballasjedesign for pumpekilden, og lav vekt krever nødvendig vektreduksjonsbehandling for pumpekilden og bruk av nye metallmaterialer med lav tetthet for å behandle rørskallet på grunnlag av å sikre varmeledningseffektivitet.

High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers have the characteristics of high brightness, wide wavelength range, high electro-optical conversion efficiency and easy use, and have a wide range of potential applications in industry and scientific research fields, such as for Metal material processing, Yb-doped fiber laser pumping, Raman nonlinear fiber laser pumping, and energy transfer. Brightness is defined as B=P·A-1·Ω-1, where P is the output power of the laser, A is the area of the beam waist of the output beam of the laser, and Ω is the solid angle of the divergence angle of the output beam of the laser. Generally speaking, the higher the brightness, the smaller the focused spot size and the longer the working distance. The continuous output power of a single laser diode light-emitting unit (or laser diode single tube) is less than 40 W, and it is necessary to use different beam combining methods to combine dozens to hundreds of single tube chips into a beam output to achieve kilowatt-level output. Conventional direct semiconductor lasers are based on a laser diode single tube or bar (composed of multiple single tubes), using spatial beam combining, polarization beam combining, coarse spectrum beam combining or fiber beam combining to increase output power. Direct semiconductor lasers based on this type of beam combining technology have high output power and low cost, and are favored by the industry, and can be used for welding and cladding of metal materials. Using the dense spectral beam combining technology based on a single-tube chip, Everbright Huaxin has successfully developed a variety of high-brightness fiber-coupled direct semiconductor lasers, which greatly improved the output brightness of direct semiconductor lasers (> 200 MW cm-2 Sr-1) and Electro-optical conversion efficiency (>45 prosent). For eksempel, i 2019, lanserte Everbright en 1 kW, 220 μm/NA0.22 halvlederlaser (med en utgangslysstyrke på 21MW cm-2 Sr -1), som har vært mye brukt i tynnplatesveising; samme år lanserte den en direkte halvlederlaser på 4 kW, 600 μm /NA0.22 (utgangslysstyrke på 11 MW cm-2 Sr-1) som har blitt mye brukt i overflatekledning. På grunn av den store kjernediameteren til utgangsfiberen og lav lysstyrke, kan denne typen laser imidlertid ikke brukes til å kutte metallmaterialer og vitenskapelige forskningsapplikasjoner som krever høy lysstyrke. Figur 8 viser simuleringsresultatene av flere enkeltrørsbrikker som romlig kombinerer fiberkobling. Det maksimale antallet enkeltrørsbrikker som er innkvartert av en 100 μm/NA0.22-fiber er 12, så utgangseffekten er bare 12 ganger større enn en enkeltrørsbrikke.

Nær-infrarøde høyeffekts halvlederlasere kan brukes som pumpekilder og kjerneenheter for solid-state og fiberlasere, og kan også brukes direkte i industrielle og vitenskapelige forskningsfelt gjennom forskjellige strålekombinerende teknologier, og okkuperer et stort marked i laseren. industri. Enkeltrørsbrikken er en enhet av en høyeffekts halvlederlaserpumpekilde. Dens omfattende egenskaper bestemmer den optiske utgangseffekten, konverteringseffektiviteten og volumet til den endelige pumpekildemodulen. Derfor har det blitt fokus for vår forskning og utvikling og forskning. Med den dyptgående teoretiske forskningen til forskerteamet, fremdriften innen materialvekstteknologi og utviklingen av emballasjeteknologi, har JTBYShield forbedret utgangseffekten, levetiden, påliteligheten og applikasjonspraksisen til høyeffekts halvlederlasere, betraktelig forkortet tiden mellom utenlandsk gap. I fremtiden vil vi ikke bare gjøre gjennombrudd innen nøkkelteknologier, men også oppnå industrialisering, og realisere full lokalisering og industrialisering av high-end laserpumpekildebrikker og enheter.

Kontaktinformasjon:

Hvis du har noen ideer, snakk gjerne med oss. Uansett hvor kundene våre er og hvilke krav vi har, vil vi følge vårt mål om å gi våre kunder høy kvalitet, lave priser og den beste servicen.