Projektavimo aspektaididelės galios puslaidininkinis lazeris
Šiame straipsnyje bus sistemingai išsamiai aptariami pagrindiniai didelės galios puslaidininkių projektavimo aspektai ir įgyvendinimo metodai.lazerisRemiantis bendra idėja „padidinti galios viršutinę ribą plečiant šviesos tūrį, optimizuojant energijos konversijos ir išsklaidymo kelius, kartu išvengiant katastrofiškų optinių pažeidimų (COD)“, buvo atlikta išsami 9 pagrindinių aspektų analizė:
1. Platus emisijos plotas: pritaikius plataus ploto struktūrą (pvz., padidinus emisijos plotį W nuo kelių mikrometrų iki 50–200 mikrometrų), maksimali išėjimo galia gali būti tiesiogiai tiesiškai padidinta. Tai yra pagrindinis būdas gauti vieno vamzdžio išėjimo galią vatų lygiu ar net dešimtimis vatų, tačiau tai pablogina spindulio kokybę.
2. Ilga ertmė: Ertmės ilgio padidinimas yra raktas į elektrinio šildymo našumo gerinimą ir efektyvaus bei didelio galingumo veikimo pasiekimą. Jo esmė – efektyviai sumažinti įrenginio šiluminę varžą ir varžą, taip slopinant aktyviosios srities jungties temperatūros kilimą, mažinant galios prisotinimo efektus ir gerinant išėjimo galią bei efektyvumą.
3. Išplėsti bangolaidžius ir asimetrines optines ertmes: išplėtus optinio lauko pasiskirstymą (pvz., naudojant asimetrines optines ertmes), galima sumažinti optinio lauko ir didelių sugerties nuostolių sričių persidengimą, žymiai sumažinant vidinius nuostolius, pagerinant kvantinį efektyvumą ir sumažinant šilumos susidarymą. Tuo pačiu metu galima pagerinti ir spindulio kokybę vertikalia kryptimi.
4. Užpildymo koeficientas: juostiniuose įrenginiuose užpildymo koeficientas (šviesą skleidžiančio įrenginio bendro pločio ir bendro juostos pločio santykis) yra pagrindinis parametras, lemiantis išėjimo galios tankio ir šilumos valdymo sunkumų pusiausvyrą. Didelis užpildymo koeficientas užtikrina didelį galios tankį, tačiau reikalauja itin didelio šilumos išsklaidymo, o mažas užpildymo koeficientas yra palankesnis šilumos valdymui ir pagerina patikimumą.
6. Galinio paviršiaus apsaugos technologija: katastrofiško optinio veidrodžio pažeidimo (COMD) ribos pagerinimas yra raktas į energijos tiekimo kliūčių įveikimą. Straipsnyje išsamiai aprašomos trys pagrindinės technologijos:
6.1 Ertmės paviršiaus pasyvavimas ir dengimas: Nusodinant pasyvavimo sluoksnius ir padengiant didelio atspindžio / antirefleksijos plėveles, ertmės paviršiaus defektai yra pasyvuojami, slopinama nespinduliuojanti rekombinacija ir žymiai pagerinamas COMD slenkstis.
6.2 Neabsorbcinio lango technologija: naudojant kvantinių šulinių hibridizaciją ir kitus metodus, siekiant suformuoti skaidrų lango regioną ant galinio paviršiaus, siekiant sumažinti šviesos absorbciją ir išvengti COMD.
6.3 Neįpurškimo zonos technologija ertmės paviršiuje: šalia ertmės paviršiaus įvedama srovės neįpurškimo zona, siekiant sumažinti krūvininkų koncentraciją ir nespinduliuojančią rekombinaciją ertmės paviršiuje.
7. Didelio ryškumo dizainas: Siekiant išspręsti prastos spindulio kokybės problemą plačiajuosčio lazerio spinduliuotėje, pristatomi du didelio ryškumo išvesties gavimo būdai:
7.1. Kūgio struktūra: Sujungus siaurą bangolaidžio „užsakymo plotą“ priekiniame gale ir „kūgio stiprinimo plotą“ galiniame gale, išlaikoma spindulio kokybė, artima difrakcijos ribai, tuo pačiu didinant stiprinimo galią.
7.2 Režimų valdymas: plataus diapazono mikrostruktūrų įvedimas, siekiant selektyviai padidinti aukštesnės eilės skersinių modų praradimą ir taip pagerinti spindulio kokybę.
8. Kvantinė deformacija ir deformacijos kompensavimas: Įvedant deformaciją į aktyviąją kvantinės duobės sritį, galima optimizuoti juostos struktūrą, padidinti diferencinį stiprinimą, taip sumažinant slenkstinę srovę, pagerinant efektyvumą ir pagerinant aukštos temperatūros charakteristikas. Deformacijos kompensavimo technologija apsaugo nuo deformacijų ir defektų kaupimosi, augindama barjerinius sluoksnius su priešinga deformacija, taip užtikrinant medžiagos kokybę.
9. Pažangus šilumos valdymas ir mažo įtempio pakuotė: reaguojant į didelio galios tankio keliamus šilumos išsklaidymo iššūkius, šiame straipsnyje pristatomos naujos šilumos kriauklės medžiagos (pvz., deimantų kompozicinės medžiagos), mikrokanaliniai aušintuvai ir pakavimo technologijos, kuriose naudojamos mažo įtempio sąsajos medžiagos, siekiant pasiekti itin didelį šilumos išsklaidymo pajėgumą ir pagerinti patikimumą.
10. Paskirstytas bangolaidis: kaip lusto lygmens vidinės šilumos valdymo schema, ši struktūra padalija keterinį bangolaidį į sužadinimo zoną ir pasyvią šilumos išsklaidymo zoną išilgai ertmės ilgio ir lusto viduje sukonstruoja skersinį šilumos kanalą, kad efektyviai išsklaidytų šilumą, įveikdama tradicinių šilumos išsklaidymo metodų apribojimus.
Santraukoje ir apžvalgoje nurodoma, kad didelės galios įrenginių projektavimaspuslaidininkinis lazerisyra daugiatikslė optimizavimo problema, apimanti elektrą, optiką, termodinamiką ir patikimumą. Būtina pasiekti geriausią pusiausvyrą tarp trijų pagrindinių konstrukcijų – plataus emisijos ploto, ilgos rezonatoriaus ir išplėsto bangolaidžio – bei technologijų, kurios sprendžia tris pagrindinius iššūkius: šilumos valdymą, galinio paviršiaus pažeidimus ir spindulio kokybę. Tolesnis būsimų eksploatacinių savybių gerinimas priklausys nuo naujų medžiagų, naujų fizinių mechanizmų ir naujų gamybos procesų kūrimo.
Įrašo laikas: 2026 m. gegužės 21 d.