Designovervejelser forhøjtydende halvlederlaser
Denne artikel vil systematisk uddybe de centrale designovervejelser og implementeringsmetoder for højeffektshalvlederelaserBaseret på den generelle idé om "at øge den øvre effektgrænse ved at udvide lysvolumenet, optimere energiomdannelse og -afledningsveje, samtidig med at katastrofal optisk skade (COD) undgås", blev der udført en dybdegående analyse ud fra 9 nøgleaspekter:
1. Bredt emissionsområde: Ved at anvende en bred arealstruktur (f.eks. ved at øge emissionsområdets bredde W fra et par mikrometer til 50-200 mikrometer) kan den maksimale udgangseffekt øges direkte lineært, hvilket er den grundlæggende metode til at opnå et enkelt rørs output på wattniveau eller endda ti watt, men det går ud over strålekvaliteten.
2. Langt hulrum: At øge hulrumslængden er nøglen til at forbedre den elektriske opvarmningsydelse og opnå effektiv og højtydende drift. Kernen ligger i effektivt at reducere enhedens termiske modstand og modstand, hvorved temperaturstigningen i det aktive områdeforbindelse undertrykkes, effektmætningseffekter reduceres og udgangseffekt og effektivitet forbedres.
3. Udvidelse af bølgeledere og asymmetriske optiske hulrum: Ved at udvide den optiske feltfordeling (f.eks. ved at bruge asymmetriske optiske hulrumsstrukturer) kan overlapningen mellem det optiske felt og områder med højt absorptionstab reduceres, hvilket reducerer interne tab betydeligt, forbedrer kvanteeffektiviteten og reducerer varmeudviklingen. Samtidig kan strålekvaliteten i lodret retning også forbedres.
4. Fyldningsfaktor: I stangenheder er fyldningsfaktoren (forholdet mellem den samlede bredde af den lysende enhed og den samlede bredde af stangen) den centrale parameter for at afbalancere udgangseffekttætheden og vanskeligheden ved termisk styring. En høj fyldningsfaktor giver høj effekttæthed, men kræver ekstremt høj varmeafledning, mens en lav fyldningsfaktor er mere befordrende for termisk styring og forbedrer pålideligheden.
6. Teknologi til beskyttelse af endeflader: Forbedring af tærsklen for katastrofale optiske spejlskader (COMD) på endefladen er nøglen til at bryde strømflaskehalsen. Artiklen uddyber tre hovedteknologier:
6.1 Passivering og belægning af kavitetsoverfladen: Ved at aflejre passiveringslag og belægge film med høj reflektionsevne/antireflektionsevne passiveres defekter i kavitetsoverfladen, ikke-strålende rekombination undertrykkes, og COMD-tærsklen forbedres betydeligt.
6.2 Ikke-absorptionsvinduesteknologi: Brug af kvantebrøndhybridisering og andre teknikker til at danne et transparent vinduesområde på endefladen for at reducere lysabsorption og forhindre COMD.
6.3 Ikke-injektionszoneteknologi på kavitetsoverfladen: Introducer en nuværende ikke-injektionszone nær kavitetsoverfladen for at reducere bærerkoncentrationen og ikke-strålende rekombination på kavitetsoverfladen.
7. Design med høj lysstyrke: To teknikker til at opnå høj lysstyrke introduceres for at løse problemet med dårlig strålekvalitet i bredspektrede lasere:
7.1. Keglestruktur: Ved at kombinere det smalle bølgeleder-"frøområde" i forenden og "kegleforstærkningsområdet" i bagenden, opretholdes strålekvaliteten tæt på diffraktionsgrænsen, mens forstærkningseffekten forbedres.
7.2 Tilstandskontrol: Introduktion af mikrostrukturer inden for et bredt område for selektivt at øge tabet af højereordens transversale tilstande og derved forbedre strålekvaliteten.
8. Deformationskvantebrønd og deformationskompensation: Introduktion af deformation i kvantebrøndens aktive område kan optimere båndstrukturen, forbedre differentiel forstærkning og derved reducere tærskelstrømmen, forbedre effektiviteten og forbedre højtemperaturegenskaberne. Deformationskompensationsteknologi forhindrer ophobning af deformation og defekter ved at gro barrierelag med modsatrettet deformation, hvilket sikrer materialekvaliteten.
9. Avanceret termisk styring og lavspændingsemballage: Som svar på de udfordringer med varmeafledning, der følger af høj effekttæthed, introducerer denne artikel nye kølepladematerialer (såsom diamantkompositmaterialer), mikrokanalkølere og emballageteknologier, der bruger lavspændingsgrænsefladematerialer for at opnå ultrahøj varmeafledningskapacitet og forbedre pålideligheden.
10. Distribueret bølgeleder: Som et intrinsisk termisk styringssystem på chipniveau opdeler denne struktur rygbølgelederen i en excitationszone og en passiv varmeafledningszone langs hulrummets længde og konstruerer en tværgående varmekanal inde i chippen for effektivt at aflede varme og dermed bryde med begrænsningerne ved traditionelle varmeafledningsmetoder.
Resuméet og perspektiverne påpeger, at designet af højtydendehalvlederlaserer et flermålsoptimeringsproblem, der involverer elektricitet, optik, termodynamik og pålidelighed. Det er nødvendigt at opnå den bedste balance mellem de tre grundlæggende designs med bredt emissionsområde, langt hulrum og udvidet bølgeleder, og de teknologier, der håndterer de tre største udfordringer inden for termisk styring, endefladeskader og strålekvalitet. Den yderligere forbedring af den fremtidige ydeevne vil afhænge af udviklingen af nye materialer, nye fysiske mekanismer og nye fremstillingsprocesser.
Udsendelsestidspunkt: 21. maj 2026