În domeniul laserelor de mare putere, barele laser sunt componente de bază indispensabile. Nu numai că servesc drept unități fundamentale de producție a energiei, dar întruchipează și precizia și integrarea ingineriei optoelectronice moderne.—ceea ce le-a adus porecla de „motorul” sistemelor laser. Dar care este exact structura unei bare laser și cum furnizează zeci sau chiar sute de wați de putere de la doar câțiva milimetri în dimensiune? Acest articol explorează arhitectura internă și secretele inginerești din spatele barelor laser.
1. Ce este o bară laser?
O bară laser este un dispozitiv de emisie de mare putere, compus din mai multe cipuri de diode laser aranjate lateral pe un singur substrat. Deși principiul său de funcționare este similar cu cel al unui laser semiconductor unic, bara laser utilizează o configurație cu mai mulți emițători pentru a obține o putere optică mai mare și un factor de formă mai compact.
Barele laser sunt utilizate pe scară largă în sectoarele industrial, medical, științific și de apărare, fie ca surse laser directe, fie ca surse de pompare pentru lasere cu fibră și lasere în stare solidă.
2. Compoziția structurală a unei bare laser
Structura internă a unei bare laser determină în mod direct performanța acesteia. Aceasta constă în principal din următoarele componente principale:
1.Matrice de emițători
Barele laser constau de obicei din 10 până la 100 de emițătoare (cavități laser) aranjate unul lângă altul. Fiecare emițător are aproximativ 50–150μm lățime și acționează ca o regiune de amplificare independentă, având o joncțiune PN, o cavitate rezonantă și o structură de ghid de undă pentru a genera și emite lumină laser. Deși toți emițătorii au același substrat, aceștia sunt de obicei acționați electric în paralel sau prin zone.
2.Structura straturilor semiconductoare
În inima barei laser se află o stivă de straturi semiconductoare, inclusiv:
- straturi epitaxiale de tip P și de tip N (formând joncțiunea PN)
- Strat activ (de exemplu, structură cuantică de puțuri), care generează emisie stimulată
- Strat de ghid de undă, asigurând controlul modului în direcții laterale și verticale
- Reflectori Bragg sau acoperiri HR/AR, care îmbunătățesc puterea direcțională a laserului
③Substrat și structură de gestionare termică
Emițătorii sunt crescuți pe un substrat semiconductor monolitic (de obicei GaAs). Pentru o disipare eficientă a căldurii, bara laser este lipită pe suporturi cu conductivitate ridicată, cum ar fi cupru, aliaj W-Cu sau diamant CVD, și este asociată cu radiatoare și sisteme active de răcire.
④Suprafață de emisie și sistem de colimare
Datorită unghiurilor mari de divergență ale fasciculelor emise, barele laser sunt de obicei echipate cu rețele de micro-lentile (FAC/SAC) pentru colimare și modelare a fasciculului. Pentru anumite aplicații, optică suplimentară—cum ar fi lentilele cilindrice sau prismele—sunt utilizate pentru a controla divergența în câmp îndepărtat și calitatea fasciculului.
3. Factori structurali cheie care influențează performanța
Structura unei bare laser joacă un rol crucial în determinarea stabilității, eficienței și duratei sale de viață. Printre câteva aspecte cheie se numără:
1.Proiectare Management Termic
Barele laser prezintă o densitate mare de putere și căldură concentrată. Rezistența termică scăzută este esențială, obținută prin lipire AuSn sau legare cu indiu, combinată cu răcire cu microcanal pentru disiparea uniformă a căldurii.
2.Modelarea și alinierea fasciculului
Emițătorii multipli suferă adesea de o coerență slabă și o nealiniere a frontului de undă. Proiectarea și alinierea precisă a lentilelor sunt esențiale pentru îmbunătățirea calității fasciculului în câmp îndepărtat.
③Controlul stresului și fiabilitatea
Neconcordanțele dintre materiale în ceea ce privește coeficienții de dilatare termică pot duce la deformare sau microfisuri. Ambalajele trebuie proiectate astfel încât să distribuie uniform stresul mecanic și să reziste ciclurilor termice fără degradare.
4. Tendințe viitoare în designul barelor laser
Pe măsură ce crește cererea pentru o putere mai mare, dimensiuni mai mici și o fiabilitate sporită, structurile barelor laser continuă să evolueze. Direcțiile cheie de dezvoltare includ:
1.Extinderea lungimii de undă: Extinderea până la 1,5μbenzile m și infraroșu mediu
2.Miniaturizare: Permiterea utilizării în dispozitive compacte și module extrem de integrate
③Ambalaje inteligente: Încorporarea senzorilor de temperatură și a sistemelor de feedback de stare
④Stivuire de înaltă densitate: Matrici stratificate pentru a obține o putere de nivel kilowați într-un spațiu compact
5. Concluzie
Pe măsură ce„inimă„În cazul sistemelor laser de mare putere, designul structural al barelor laser influențează direct performanța optică, electrică și termică a întregului sistem. Integrarea a zeci de emițătoare într-o structură de doar câțiva milimetri lățime nu numai că prezintă materiale și tehnici avansate de fabricație, dar reprezintă și nivelul ridicat de integrare din ziua de azi.„industria fotonicii.
Privind în perspectivă, pe măsură ce cererea de surse laser eficiente și fiabile continuă să crească, inovațiile în structura barelor laser vor rămâne un factor cheie în avansarea industriei laserelor către noi culmi.
Dacă tu„Dacă sunteți în căutarea unui sprijin specializat în ambalarea barelor laser, management termic sau selecția de produse, nu ezitați să ne contactați. Noi„Suntem aici pentru a oferi soluții personalizate care să corespundă nevoilor specifice ale aplicației dumneavoastră.
Data publicării: 02 iulie 2025