Odborné znalosti

Vysoce výkonný polovodičový laser

2021-12-13
Polovodičový lasermá výhody malých rozměrů, nízké hmotnosti, vysoké účinnosti elektro-optické konverze, vysoké spolehlivosti a dlouhé životnosti. Má důležité aplikace v oblasti průmyslového zpracování, biomedicíny a národní obrany. V roce 1962 američtí vědci úspěšně vyvinuli první polovodičový laser se vstřikováním homogenní struktury GaAs. V roce 1963 Alferov a další z Yofeiova fyzikálního ústavu bývalé sovětské akademie věd oznámili úspěšný vývoj dvojitého heteropřechodového polovodičového laseru. Po 80. letech 20. století, v důsledku zavedení teorie energetického pásového inženýrství, se současně objevily nové procesy růstu krystalického epitaxního materiálu [jako je epitaxe molekulárního svazku (MBE) a organická chemická depozice kovů (MOCVD) atd.], kvantové vrtné lasery jsou na scéně historie, výrazně zlepšují výkon zařízení a dosahují vysokého výkonu.
Vysoce výkonné polovodičové lasery se dělí hlavně na dvě struktury: jednu trubici a tyčový pás. Jednotrubková struktura většinou přijímá design širokého pásu a velké optické dutiny a zvyšuje oblast zisku, aby se dosáhlo vysokého výkonu a snížilo se katastrofické poškození povrchu dutiny; Struktura pruhu tyče Jedná se o paralelní lineární pole více jednotrubkových laserů, více laserů pracuje současně a poté kombinují paprsky a další prostředky k dosažení vysoce výkonného laserového výstupu. Původní vysoce výkonné polovodičové lasery se používají hlavně pro čerpání pevnolátkových laserů a vláknových laserů s vlnovým pásmem 808nm. A 980 nm. S vyspělostí blízkého infračerveného pásmavysoce výkonný polovodičový laserjednotkové technologie a snížení nákladů, výkon celopevnolátkových laserů a na nich založených vláknových laserů se neustále zlepšuje. Výstupní výkon jednotrubkové kontinuální vlny (CW) 8,1W desetiletí dosáhlo úrovně 29,5W, barový výstupní výkon CW dosáhl úrovně 1010W a pulzní výstupní výkon úrovně 2800W, což výrazně podpořilo proces aplikace laserové technologie v oblasti zpracování. Náklady na polovodičové lasery jako zdroj pumpy tvoří celkový pevnolátkový laser 1/3~1/2 nákladů, což představuje 1/2~2/3 vláknových laserů. Rychlý vývoj vláknových laserů a celopevnolátkových laserů proto přispěl k rozvoji vysoce výkonných polovodičových laserů.
S neustálým zlepšováním výkonu polovodičových laserů a neustálým snižováním nákladů se rozsah jejich použití stále rozšiřuje. Jak dosáhnout vysoce výkonných polovodičových laserů bylo vždy v popředí a středobodem výzkumu. Pro dosažení vysoce výkonných polovodičových laserových čipů je nutné vycházet ze tří aspektů ochrany materiálu, struktury a povrchu dutin:
1) Technologie materiálu. Může začít ze dvou aspektů: zvýšení zisku a zabránění oxidaci. Odpovídající technologie zahrnují technologii napjatých kvantových vrtů a technologii kvantových vrtů bez hliníku. 2) Konstrukční technologie. Aby se zabránilo spálení čipu při vysokém výstupním výkonu, obvykle se používá asymetrická technologie vlnovodu a technologie širokého vlnovodu s velkou optickou dutinou. 3) Technologie ochrany povrchu dutin. Aby se předešlo katastrofálnímu poškození optického zrcadla (COMD), mezi hlavní technologie patří technologie nenasákavých povrchů dutin, technologie pasivace povrchu dutin a technologie povlakování. S různými průmyslovými odvětvími Vývoj laserových diod, ať už používaných jako čerpací zdroj nebo přímo aplikovaných, klade další požadavky na polovodičové laserové světelné zdroje. V případě vyšších požadavků na výkon, aby byla zachována vysoká kvalita paprsku, musí být provedena kombinace laserového paprsku. Kombinace polovodičového laserového paprsku Technologie paprsku zahrnuje především: konvenční paprskové kombinování (TBC), husté vlnové délky (DWDM) technologie, spektrální kombinování (SBC), technologie koherentního paprsku (CBC) atd.