חשיפת מבנה מוטות הלייזר: "מנוע המיקרו-מערך" שמאחורי לייזרים בעלי עוצמה גבוהה

בתחום הלייזרים בעלי הספק גבוה, מוטות לייזר הם רכיבי ליבה הכרחיים. הם לא רק משמשים כיחידות הבסיס של פלט אנרגיה, אלא גם מגלמים את הדיוק והשילוב של הנדסת אופטואלקטרוניקה מודרנית.—מה שזיכה אותם בכינוי: "המנוע" של מערכות לייזר. אבל מה בדיוק מבנהו של מוט לייזר, וכיצד הוא מספק עשרות או אפילו מאות וואט של תפוקה מגודל של כמה מילימטרים בלבד? מאמר זה בוחן את הארכיטקטורה הפנימית ואת סודות ההנדסה שמאחורי מוטות לייזר.

1. מהו מוט לייזר?

פס לייזר הוא התקן פולט עוצמה גבוהה המורכב משבבי דיודה לייזר מרובים המסודרים לרוחב על גבי מצע יחיד. בעוד שעיקרון הפעולה שלו דומה לזה של לייזר מוליך למחצה יחיד, פס הלייזר משתמש בפריסה מרובת פולטים כדי להשיג עוצמה אופטית גבוהה יותר וצורה קומפקטית יותר.

מוטות לייזר נמצאים בשימוש נרחב במגזרים התעשייתיים, הרפואיים, המדעיים והביטחוניים, בין אם כמקורות לייזר ישירים ובין אם כמקורות משאבה עבור לייזרי סיבים ולייזרי מצב מוצק.

2. הרכב מבני של מוט לייזר

המבנה הפנימי של פס לייזר קובע ישירות את ביצועיו. הוא מורכב בעיקר מהרכיבים המרכזיים הבאים:

①מערך פולטים

פסי לייזר מורכבים בדרך כלל מ-10 עד 100 פולטים (חללי לייזר) המסודרים זה לצד זה. כל פולט הוא בערך 50–150μברוחב מטר ופועל כאזור הגבר עצמאי, הכולל צומת PN, חלל תהודה ומבנה מוליך גל לייצור ופליטת אור לייזר. בעוד שכל הפולטים חולקים את אותו מצע, הם בדרך כלל מונעים חשמלית במקביל או לפי אזורים.

②מבנה שכבת מוליכים למחצה

בלב פס הלייזר נמצאת ערימה של שכבות מוליכים למחצה, הכוללות:

- שכבות אפיטקסיאליות מסוג P וסוג N (היוצרות את צומת PN)

- שכבה פעילה (למשל, מבנה באר קוונטית), אשר מייצרת פליטה מגורה

- שכבת מוליך גלים, המבטיחה בקרת מצבים בכיוונים רוחביים ואנכיים

- מחזירי בראג או ציפויי HR/AR, אשר משפרים את הפלט הכיווני של הלייזר

③מבנה ניהול מצע ותרמי

הפולטים גדלים על מצע מוליך למחצה מונוליטי (בדרך כלל GaAs). לפיזור חום יעיל, מוט הלייזר מולחם על גבי תת-תושבות בעלות מוליכות גבוהה כגון נחושת, סגסוגת W-Cu או יהלום CVD, ומשולב עם גופי קירור ומערכות קירור אקטיביות.

④מערכת פליטה וקולימציה

בשל זוויות ההתבדרות הגדולות של הקרניים הנפלטות, מוטות לייזר מצוידים בדרך כלל במערכי מיקרו-עדשות (FAC/SAC) לצורך קולימציה ועיצוב הקרן. עבור יישומים מסוימים, אופטיקה נוספת נדרשת—כגון עדשות גליליות או מנסרות—משמשים לשליטה על סטייה בשדה רחוק ואיכות הקרן.

3. גורמים מבניים מרכזיים המשפיעים על הביצועים

מבנה פס הלייזר ממלא תפקיד מכריע בקביעת יציבותו, יעילותו וחיי השירות שלו. מספר היבטים מרכזיים כוללים:

①עיצוב ניהול תרמי

מוטות לייזר מתאפיינים בצפיפות הספק גבוהה וחום מרוכז. התנגדות תרמית נמוכה היא חיונית, המושגת באמצעות הלחמת AuSn או קשירת אינדיום, בשילוב עם קירור מיקרו-תעלות לפיזור חום אחיד.

②עיצוב ויישור קורות

פולטים מרובים סובלים לעיתים קרובות מקוהרנטיות ירודה וחוסר יישור חזית גל. תכנון ויישור מדויקים של עדשות הם קריטיים לשיפור איכות הקרן בשדה רחוק.

③בקרת לחץ ואמינות

אי התאמה במקדמי ההתפשטות התרמית של החומרים עלולה להוביל לעיוות או לסדקים קטנים. יש לתכנן את האריזה כך שתפיץ את המאמץ המכני באופן שווה ותעמוד במחזורי התפשטות תרמית ללא פגיעה.

4. מגמות עתידיות בעיצוב מוטות לייזר

ככל שהביקוש להספק גבוה יותר, גודל קטן יותר ואמינות גבוהה יותר גובר, מבני מוטות לייזר ממשיכים להתפתח. כיווני פיתוח מרכזיים כוללים:

①התפשטות אורך גל: התרחבות ל-1.5μפסי m ותאי אינפרא אדום בינוניים

②מזעור: מאפשר שימוש במכשירים קומפקטיים ומודולים משולבים ביותר

③אריזות חכמות: שילוב חיישני טמפרטורה ומערכות משוב סטטוס

④ערימה בצפיפות גבוהה: מערכים בשכבות להשגת תפוקה ברמת קילוואט בשטח קומפקטי

5. סיכום

כמו ה-"לֵב"במערכות לייזר בעלות הספק גבוה, התכנון המבני של מוטות הלייזר משפיע ישירות על הביצועים האופטיים, החשמליים והתרמיים של המערכת הכוללת. שילוב עשרות פולטים במבנה ברוחב מילימטרים בלבד לא רק מציג טכניקות מתקדמות של חומרים וייצור, אלא גם מייצג את רמת האינטגרציה הגבוהה כיום.'תעשיית הפוטוניקה של.

במבט קדימה, ככל שהביקוש למקורות לייזר יעילים ואמינים ממשיך לעלות, חידושים במבנה מוטות הלייזר יישארו גורם מפתח בקידום תעשיית הלייזר לגבהים חדשים.

אם אתה'מחפשים תמיכה מקצועית באריזת מוטות לייזר, ניהול תרמי או בחירת מוצרים, אל תהססו לפנות אלינו.'אנחנו כאן כדי לספק פתרונות מותאמים אישית שיתאימו לצרכים הספציפיים של היישום שלכם.