Tasarım hususları içinyüksek güçlü yarı iletken lazer
Bu makale, yüksek güçlü yarı iletkenlerin temel tasarım hususlarını ve uygulama yöntemlerini sistematik olarak ele alacaktır.lazer“Aydınlatma hacmini genişleterek güç üst sınırını artırmak, enerji dönüşümünü ve dağılım yollarını optimize ederken felaket niteliğindeki optik hasarı (COD) önlemek” genel fikrine dayanarak, 9 temel açıdan derinlemesine bir analiz gerçekleştirildi:
1. Geniş emisyon alanı: Geniş alanlı bir yapı benimsenerek (örneğin emisyon alanı genişliği W'nin birkaç mikrometreden 50-200 mikrometreye çıkarılmasıyla), maksimum çıkış gücü doğrudan doğrusal olarak artırılabilir; bu, watt seviyesinde veya hatta onlarca watt'lık tek tüp çıkışı elde etmenin temel yöntemidir, ancak ışın kalitesinden ödün vermeyi gerektirir.
2. Uzun boşluk: Boşluk uzunluğunu artırmak, elektriksel ısıtma performansını iyileştirmenin ve verimli ve yüksek güçlü çalışma elde etmenin anahtarıdır. Bunun özü, cihazın termal direncini ve direncini etkili bir şekilde azaltarak, aktif bölge bağlantısının sıcaklık artışını bastırmak, güç doygunluğu etkilerini azaltmak ve çıkış gücünü ve verimliliğini artırmaktır.
3. Genişletilmiş dalga kılavuzları ve asimetrik optik boşluklar: Optik alan dağılımını genişleterek (örneğin asimetrik optik boşluk yapıları kullanarak), optik alan ile yüksek soğurma kaybı alanları arasındaki örtüşme azaltılabilir, bu da iç kayıpları önemli ölçüde azaltır, kuantum verimliliğini artırır ve ısı üretimini azaltır. Aynı zamanda, dikey yöndeki ışın kalitesi de iyileştirilebilir.
4. Doluluk oranı: Çubuk tipi cihazlarda, doluluk oranı (ışık yayan ünitenin toplam genişliğinin çubuğun toplam genişliğine oranı), çıkış gücü yoğunluğu ve termal yönetim zorluğu arasında denge kurmak için temel parametredir. Yüksek doluluk oranı yüksek güç yoğunluğu sağlar ancak son derece yüksek ısı dağılımı gerektirirken, düşük doluluk oranı termal yönetime daha elverişlidir ve güvenilirliği artırır.
6. Uç yüzey koruma teknolojisi: Uç yüzeyin felaket niteliğindeki optik ayna hasarı (COMD) eşiğini iyileştirmek, güç darboğazını aşmanın anahtarıdır. Makale, üç ana teknolojiyi ayrıntılı olarak ele almaktadır:
6.1 Boşluk yüzeyinin pasifleştirilmesi ve kaplanması: Pasivasyon katmanlarının biriktirilmesi ve yüksek yansıtıcılık/yansıma önleyici filmlerin kaplanmasıyla, boşluk yüzeyindeki kusurlar pasifleştirilir, radyasyonsuz rekombinasyon bastırılır ve COMD eşiği önemli ölçüde iyileştirilir.
6.2 Soğurma önleyici pencere teknolojisi: Işık soğurmasını azaltmak ve COMD'yi önlemek için uç yüzeyde şeffaf bir pencere bölgesi oluşturmak amacıyla kuantum kuyusu hibritleşmesi ve diğer tekniklerin kullanılması.
6.3 Boşluk yüzeyinde enjeksiyon bölgesi oluşturmama teknolojisi: Boşluk yüzeyine yakın bir akım enjeksiyon bölgesi oluşturarak, boşluk yüzeyindeki taşıyıcı konsantrasyonunu ve radyasyonsuz rekombinasyonu azaltın.
7. Yüksek parlaklık tasarımı: Geniş alan lazerlerinde düşük ışın kalitesi sorununu gidermek için yüksek parlaklık çıkışı elde etmeye yönelik iki teknik tanıtılmıştır:
7.1. Konik yapı: Ön uçtaki dar dalga kılavuzu "çekirdek alanı" ve arka uçtaki "konik yükseltme alanı"nın birleştirilmesiyle, güç yükseltilirken ışın kalitesi kırınım sınırına yakın tutulur.
7.2 Mod kontrolü: Geniş bir aralıkta mikro yapılar kullanarak, yüksek dereceli enine modların kaybını seçici olarak artırmak ve böylece ışın kalitesini iyileştirmek.
8. Gerilim kuantum kuyusu ve gerilim telafisi: Kuantum kuyusunun aktif bölgesine gerilim uygulanması, bant yapısını optimize edebilir, diferansiyel kazancı artırabilir, böylece eşik akımını azaltabilir, verimliliği artırabilir ve yüksek sıcaklık özelliklerini iyileştirebilir. Gerilim telafisi teknolojisi, zıt gerilime sahip bariyer katmanları oluşturarak gerilim ve kusurların birikmesini önler ve malzeme kalitesini sağlar.
9. Gelişmiş termal yönetim ve düşük gerilimli paketleme: Yüksek güç yoğunluğunun getirdiği ısı dağıtım zorluklarına yanıt olarak, bu makale ultra yüksek ısı dağıtım kapasitesi elde etmek ve güvenilirliği artırmak için yeni ısı emici malzemeleri (örneğin elmas kompozit malzemeler), mikrokanal soğutucuları ve düşük gerilimli arayüz malzemeleri kullanan paketleme teknolojilerini tanıtmaktadır.
10. Dağıtılmış dalga kılavuzu: Çip seviyesinde içsel bir termal yönetim şeması olarak, bu yapı, oluklu dalga kılavuzunu boşluk uzunluğu boyunca bir uyarı bölgesi ve pasif bir ısı dağıtım bölgesi olarak ikiye ayırır ve çip içinde enine bir ısı kanalı oluşturarak ısıyı verimli bir şekilde dağıtır ve geleneksel ısı dağıtım yöntemlerinin sınırlamalarını aşar.
Özet ve gelecek展望ı, yüksek güçlü tasarımın önemine işaret etmektedir.yarı iletken lazerElektrik, optik, termodinamik ve güvenilirlik içeren çok amaçlı bir optimizasyon problemidir. Geniş emisyon alanı, uzun boşluk ve genişletilmiş dalga kılavuzu olmak üzere üç temel tasarım ile termal yönetim, uç yüzey hasarı ve ışın kalitesi gibi üç temel zorluğun üstesinden gelen teknolojiler arasında en iyi dengeyi sağlamak gereklidir. Gelecekteki performansın daha da iyileştirilmesi, yeni malzemelerin, yeni fiziksel mekanizmaların ve yeni üretim süreçlerinin geliştirilmesine bağlı olacaktır.
Yayın tarihi: 21 Mayıs 2026