V oblasti vysoce výkonných laserů jsou laserové tyče nepostradatelnými klíčovými komponenty. Nejenže slouží jako základní jednotky energetického výstupu, ale také ztělesňují přesnost a integraci moderního optoelektronického inženýrství.—což jim vyneslo přezdívku: „motor“ laserových systémů. Ale jaká je přesně struktura laserové tyče a jak dokáže z velikosti pouhých několika milimetrů dodat desítky nebo dokonce stovky wattů výkonu? Tento článek zkoumá vnitřní architekturu a technická tajemství laserových tyčí.
1. Co je to laserová lišta?
Laserová lišta je vysoce výkonné emitující zařízení složené z několika laserových diodových čipů laterálně uspořádaných na jednom substrátu. Ačkoli je její princip fungování podobný principu jednoho polovodičového laseru, laserová lišta využívá uspořádání s více emitory pro dosažení vyššího optického výkonu a kompaktnějšího tvaru.
Laserové tyče se široce používají v průmyslovém, lékařském, vědeckém a obranném sektoru, ať už jako přímé laserové zdroje, nebo jako zdroje pro vláknové lasery a pevnolátkové lasery.
2. Strukturální složení laserové tyče
Vnitřní struktura laserové tyče přímo určuje její výkon. Skládá se především z následujících základních komponent:
①Pole emitorů
Laserové tyče se obvykle skládají z 10 až 100 zářičů (laserových dutin) uspořádaných vedle sebe. Každý zářič má velikost přibližně 50–150μm široký a funguje jako nezávislá oblast zesílení, která obsahuje PN přechod, rezonanční dutinu a vlnovodovou strukturu pro generování a vyzařování laserového světla. Ačkoli všechny zářiče sdílejí stejný substrát, obvykle jsou elektricky buzeny paralelně nebo zónově.
2Struktura polovodičových vrstev
Srdcem laserové tyče je sada polovodičových vrstev, včetně:
- epitaxní vrstvy typu P a typu N (tvořící PN přechod)
- Aktivní vrstva (např. struktura kvantové jámy), která generuje stimulovanou emisi
- Vrstva vlnovodu zajišťující řízení módu v bočním a vertikálním směru
- Braggovy reflektory nebo HR/AR povlaky, které zlepšují směrový výstup laseru
3Struktura substrátu a tepelného řízení
Emitory jsou pěstovány na monolitickém polovodičovém substrátu (obvykle GaAs). Pro efektivní odvod tepla je laserová tyč připájena na vysoce vodivé podložky, jako je měď, slitina W-Cu nebo CVD diamant, a spárována s chladiči a aktivními chladicími systémy.
4Emisní povrch a kolimační systém
Vzhledem k velkým úhlům divergence emitovaných paprsků jsou laserové tyče obvykle vybaveny mikročočkovými poli (FAC/SAC) pro kolimaci a tvarování paprsku. Pro určité aplikace je nutná další optika.—jako jsou válcové čočky nebo hranoly—se používají k řízení divergence vzdáleného pole a kvality paprsku.
3. Klíčové strukturální faktory ovlivňující výkon
Struktura laserové tyče hraje klíčovou roli v určení její stability, účinnosti a životnosti. Mezi klíčové aspekty patří:
①Návrh tepelného managementu
Laserové tyče se vyznačují vysokou hustotou výkonu a koncentrovaným teplem. Nízký tepelný odpor je nezbytný, čehož se dosahuje pájením AuSn nebo indiovým spojováním v kombinaci s mikrokanálovým chlazením pro rovnoměrný odvod tepla.
2Tvarování a zarovnání nosníku
Více zářičů často trpí špatnou koherencí a špatným zarovnáním vlnoplochy. Přesný návrh a zarovnání čoček je zásadní pro zlepšení kvality paprsku v dalekém poli.
3Zvládání stresu a spolehlivost
Nesrovnalosti materiálů v koeficientech tepelné roztažnosti mohou vést k deformaci nebo mikrotrhlinám. Obal musí být navržen tak, aby rovnoměrně rozložil mechanické namáhání a odolal tepelným cyklům bez degradace.
4. Budoucí trendy v designu laserových tyčí
S rostoucí poptávkou po vyšším výkonu, menších rozměrech a větší spolehlivosti se struktury laserových tyčí neustále vyvíjejí. Mezi klíčové směry vývoje patří:
①Rozšíření vlnové délky: Rozšíření do 1,5μpásma m a střední infračervené oblasti
2Miniaturizace: Umožnění použití v kompaktních zařízeních a vysoce integrovaných modulech
3Chytré balení: Začlenění teplotních senzorů a systémů zpětné vazby stavu
4Vysokohustotní stohování: Vrstvená pole pro dosažení výkonu na úrovni kilowattů v kompaktním provedení
5. Závěr
Jako„srdce„U vysoce výkonných laserových systémů má konstrukční návrh laserových tyčí přímý vliv na optický, elektrický a tepelný výkon celého systému. Integrace desítek zářičů do struktury široké pouhé milimetry nejen demonstruje pokročilé materiály a výrobní techniky, ale také představuje vysokou úroveň integrace v dnešní době.'fotonický průmysl.
S ohledem na budoucí růst poptávky po efektivních a spolehlivých laserových zdrojích zůstanou inovace ve strukturách laserových tyčí klíčovým faktorem pro posun laserového průmyslu do nových výšin.
Pokud vy'Hledáte odbornou podporu v oblasti balení laserových tyčí, tepelného managementu nebo výběru produktů? Neváhejte nás kontaktovat.'Jsme tu, abychom vám poskytli řešení na míru, která odpovídají vašim specifickým potřebám.
Čas zveřejnění: 2. července 2025