Στον τομέα των λέιζερ υψηλής ισχύος, οι ράβδοι λέιζερ είναι απαραίτητα βασικά εξαρτήματα. Δεν χρησιμεύουν μόνο ως οι θεμελιώδεις μονάδες παραγωγής ενέργειας, αλλά ενσωματώνουν επίσης την ακρίβεια και την ολοκλήρωση της σύγχρονης οπτοηλεκτρονικής μηχανικής.—κερδίζοντάς τους το παρατσούκλι: η «μηχανή» των συστημάτων λέιζερ. Αλλά ποια ακριβώς είναι η δομή μιας ράβδου λέιζερ και πώς αποδίδει δεκάδες ή και εκατοντάδες βατ εξόδου από μόλις λίγα χιλιοστά σε μέγεθος; Αυτό το άρθρο εξερευνά την εσωτερική αρχιτεκτονική και τα μυστικά μηχανικής πίσω από τις ράβδους λέιζερ.
1. Τι είναι μια μπάρα λέιζερ;
Μια ράβδος λέιζερ είναι μια συσκευή εκπομπής υψηλής ισχύος που αποτελείται από πολλαπλά τσιπ διόδου λέιζερ τοποθετημένα πλευρικά σε ένα μόνο υπόστρωμα. Ενώ η αρχή λειτουργίας της είναι παρόμοια με αυτή ενός μόνο λέιζερ ημιαγωγών, η ράβδος λέιζερ χρησιμοποιεί μια διάταξη πολλαπλών εκπομπών για να επιτύχει υψηλότερη οπτική ισχύ και πιο συμπαγή μορφή.
Οι μπάρες λέιζερ χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιομηχανικούς, ιατρικούς, επιστημονικούς και αμυντικούς τομείς, είτε ως άμεσες πηγές λέιζερ είτε ως πηγές αντλίας για λέιζερ οπτικών ινών και λέιζερ στερεάς κατάστασης.
2. Δομική Σύνθεση μιας Μπάρας Λέιζερ
Η εσωτερική δομή μιας ράβδου λέιζερ καθορίζει άμεσα την απόδοσή της. Αποτελείται κυρίως από τα ακόλουθα βασικά εξαρτήματα:
①Πίνακας Εκπομπών
Οι ράβδοι λέιζερ αποτελούνται συνήθως από 10 έως 100 πομπούς (κοιλότητες λέιζερ) διατεταγμένους δίπλα-δίπλα. Κάθε πομπός είναι περίπου 50–150μΈχει πλάτος m και λειτουργεί ως ανεξάρτητη περιοχή κέρδους, με μια σύνδεση PN, μια συντονισμένη κοιλότητα και μια δομή κυματοδηγού για την παραγωγή και εκπομπή φωτός λέιζερ. Ενώ όλοι οι εκπομποί μοιράζονται το ίδιο υπόστρωμα, συνήθως κινούνται ηλεκτρικά παράλληλα ή ανά ζώνες.
②Δομή στρώματος ημιαγωγών
Στην καρδιά της ράβδου λέιζερ βρίσκεται μια στοίβα από ημιαγωγικά στρώματα, που περιλαμβάνουν:
- Επιταξιακά στρώματα τύπου P και τύπου N (που σχηματίζουν την ένωση PN)
- Ενεργό στρώμα (π.χ., δομή κβαντικού φρέατος), το οποίο παράγει διεγερμένη εκπομπή
- Στρώμα κυματοδηγού, που εξασφαλίζει έλεγχο λειτουργίας σε πλευρικές και κάθετες κατευθύνσεις
- Ανακλαστήρες Bragg ή επιστρώσεις HR/AR, οι οποίες ενισχύουν την κατευθυντική έξοδο του λέιζερ
③Δομή Διαχείρισης Υποστρώματος και Θερμότητας
Οι εκπομποί αναπτύσσονται σε ένα μονολιθικό υπόστρωμα ημιαγωγών (συνήθως GaAs). Για αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας, η ράβδος λέιζερ συγκολλάται σε υποστηρίγματα υψηλής αγωγιμότητας όπως χαλκό, κράμα W-Cu ή διαμάντι CVD, και συνδυάζεται με ψύκτρες και ενεργά συστήματα ψύξης.
④Επιφάνεια Εκπομπής και Σύστημα Σύγκρουσης
Λόγω των μεγάλων γωνιών απόκλισης των εκπεμπόμενων δεσμών, οι ράβδοι λέιζερ είναι συνήθως εξοπλισμένες με συστοιχίες μικροφακών (FAC/SAC) για ευθυγράμμιση και διαμόρφωση δέσμης. Για ορισμένες εφαρμογές, πρόσθετα οπτικά συστήματα—όπως κυλινδρικοί φακοί ή πρίσματα—χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της απόκλισης μακρινού πεδίου και της ποιότητας της δέσμης.
3. Βασικοί δομικοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση
Η δομή μιας ράβδου λέιζερ παίζει κρίσιμο ρόλο στον καθορισμό της σταθερότητας, της αποδοτικότητας και της διάρκειας ζωής της. Αρκετές βασικές πτυχές περιλαμβάνουν:
①Σχεδιασμός Θερμικής Διαχείρισης
Οι ράβδοι λέιζερ διαθέτουν υψηλή πυκνότητα ισχύος και συγκεντρωμένη θερμότητα. Η χαμηλή θερμική αντίσταση είναι απαραίτητη, η οποία επιτυγχάνεται μέσω συγκόλλησης AuSn ή συγκόλλησης ινδίου, σε συνδυασμό με ψύξη μικροκαναλιών για ομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας.
②Διαμόρφωση και ευθυγράμμιση δοκού
Οι πολλαπλοί εκπομποί συχνά υποφέρουν από κακή συνοχή και κακή ευθυγράμμιση μετώπου κύματος. Ο ακριβής σχεδιασμός και η ευθυγράμμιση των φακών είναι κρίσιμα για τη βελτίωση της ποιότητας της δέσμης μακρινού πεδίου.
③Έλεγχος στρες και αξιοπιστία
Οι αναντιστοιχίες υλικών στους συντελεστές θερμικής διαστολής μπορεί να οδηγήσουν σε στρέβλωση ή μικρορωγμές. Η συσκευασία πρέπει να σχεδιάζεται έτσι ώστε να κατανέμει ομοιόμορφα τη μηχανική καταπόνηση και να αντέχει σε θερμικούς κύκλους χωρίς υποβάθμιση.
4. Μελλοντικές τάσεις στο σχεδιασμό ράβδων λέιζερ
Καθώς η ζήτηση για μεγαλύτερη ισχύ, μικρότερο μέγεθος και μεγαλύτερη αξιοπιστία αυξάνεται, οι δομές με ράβδους λέιζερ συνεχίζουν να εξελίσσονται. Οι βασικές κατευθύνσεις ανάπτυξης περιλαμβάνουν:
①Διαστολή μήκους κύματος: Επέκταση σε 1,5μζώνες m και μέσης υπέρυθρης ακτινοβολίας
②Μικροποίηση: Δυνατότητα χρήσης σε συμπαγείς συσκευές και ενσωματωμένες μονάδες υψηλής ποιότητας
③Έξυπνη Συσκευασία: Ενσωματώνοντας αισθητήρες θερμοκρασίας και συστήματα ανατροφοδότησης κατάστασης
④Στοίβαξη υψηλής πυκνότητας: Συστοιχίες σε στρώσεις για την επίτευξη εξόδου σε επίπεδο κιλοβάτ σε ένα συμπαγές αποτύπωμα
5. Συμπέρασμα
Καθώς το«καρδιά"Στα συστήματα λέιζερ υψηλής ισχύος, ο δομικός σχεδιασμός των ράβδων λέιζερ επηρεάζει άμεσα την οπτική, ηλεκτρική και θερμική απόδοση του συνολικού συστήματος. Η ενσωμάτωση δεκάδων εκπομπών σε μια δομή πλάτους μόλις χιλιοστών όχι μόνο αναδεικνύει προηγμένα υλικά και τεχνικές κατασκευής, αλλά αντιπροσωπεύει και το υψηλό επίπεδο ενσωμάτωσης στο σήμερα.«βιομηχανία φωτονικής.
Κοιτάζοντας μπροστά, καθώς η ζήτηση για αποτελεσματικές και αξιόπιστες πηγές λέιζερ συνεχίζει να αυξάνεται, οι καινοτομίες στη δομή των ράβδων λέιζερ θα παραμείνουν βασικός μοχλός για την προώθηση της βιομηχανίας λέιζερ σε νέα ύψη.
Αν εσύ«Αναζητάτε εξειδικευμένη υποστήριξη σε θέματα συσκευασίας ράβδων λέιζερ, θερμικής διαχείρισης ή επιλογής προϊόντων; Μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μας.«είμαστε εδώ για να παρέχουμε εξατομικευμένες λύσεις που ταιριάζουν στις συγκεκριμένες ανάγκες της εφαρμογής σας.
Ώρα δημοσίευσης: 02 Ιουλίου 2025