V oblasti vysokovýkonných laserov sú laserové tyče nevyhnutnými kľúčovými komponentmi. Nielenže slúžia ako základné jednotky energetického výstupu, ale stelesňujú aj presnosť a integráciu moderného optoelektronického inžinierstva.—vďaka čomu si vyslúžili prezývku: „motor“ laserových systémov. Aká je však vlastne štruktúra laserovej tyče a ako dokáže poskytnúť desiatky alebo dokonca stovky wattov výkonu z veľkosti len niekoľkých milimetrov? Tento článok skúma vnútornú architektúru a technické tajomstvá laserových tyčí.
1. Čo je laserová lišta?
Laserová lišta je zariadenie s vysokým výkonom, ktoré sa skladá z viacerých laserových diódových čipov laterálne usporiadaných na jednom substráte. Hoci jej princíp fungovania je podobný princípu jedného polovodičového laseru, laserová lišta využíva rozloženie s viacerými emitormi na dosiahnutie vyššieho optického výkonu a kompaktnejšieho tvaru.
Laserové tyče sa široko používajú v priemyselnom, lekárskom, vedeckom a obrannom sektore, buď ako priame laserové zdroje, alebo ako zdroje čerpadiel pre vláknové lasery a lasery v pevnej fáze.
2. Štrukturálne zloženie laserovej tyče
Vnútorná štruktúra laserovej tyče priamo určuje jej výkon. Pozostáva predovšetkým z nasledujúcich základných komponentov:
①Pole emitorov
Laserové tyče sa zvyčajne skladajú z 10 až 100 žiaričov (laserových dutín) usporiadaných vedľa seba. Každý žiarič má približne 50–150μm široký a funguje ako nezávislá oblasť zosilnenia, ktorá obsahuje PN prechod, rezonančnú dutinu a vlnovodnú štruktúru na generovanie a vyžarovanie laserového svetla. Hoci všetky žiariče zdieľajú rovnaký substrát, zvyčajne sú elektricky budené paralelne alebo zónovo.
2Štruktúra polovodičových vrstiev
Srdcom laserovej tyče je súbor polovodičových vrstiev, vrátane:
- epitaxné vrstvy typu P a typu N (tvoriace PN prechod)
- Aktívna vrstva (napr. štruktúra kvantovej jamy), ktorá generuje stimulovanú emisiu
- Vrstva vlnovodu, zabezpečujúca riadenie módu v laterálnom a vertikálnom smere
- Braggove reflektory alebo HR/AR povlaky, ktoré zlepšujú smerový výstup laseru
③Štruktúra substrátu a tepelného manažmentu
Emitory sú pestované na monolitickom polovodičovom substráte (bežne GaAs). Pre efektívny odvod tepla je laserová tyč spájkovaná na vysoko vodivé podložky, ako je meď, zliatina W-Cu alebo CVD diamant, a spárovaná s chladičmi a aktívnymi chladiacimi systémami.
4Emisný povrch a kolimačný systém
Vzhľadom na veľké uhly divergencie vyžarovaných lúčov sú laserové tyče zvyčajne vybavené mikrošošovkovými poľami (FAC/SAC) na kolimáciu a tvarovanie lúča. Pre určité aplikácie je potrebná dodatočná optika.—ako sú valcové šošovky alebo hranoly—sa používajú na riadenie divergencie vzdialeného poľa a kvality lúča.
3. Kľúčové štrukturálne faktory ovplyvňujúce výkonnosť
Štruktúra laserovej tyče zohráva kľúčovú úlohu pri určovaní jej stability, účinnosti a životnosti. Medzi kľúčové aspekty patrí:
①Návrh tepelného manažmentu
Laserové tyče sa vyznačujú vysokou hustotou výkonu a koncentrovaným teplom. Nízky tepelný odpor je nevyhnutný, dosahovaný spájkovaním AuSn alebo indiovým lepením v kombinácii s mikrokanálovým chladením pre rovnomerný odvod tepla.
2Tvarovanie a zarovnanie lúča
Viaceré žiariče často trpia zlou koherenciou a nesprávnym zarovnaním vlnoplochy. Presný návrh a zarovnanie šošoviek sú kľúčové pre zlepšenie kvality lúča v ďalekej oblasti.
③Kontrola stresu a spoľahlivosť
Nezrovnalosti materiálov v koeficientoch tepelnej rozťažnosti môžu viesť k deformácii alebo mikrotrhlinám. Obal musí byť navrhnutý tak, aby rovnomerne rozložil mechanické namáhanie a odolal tepelným cyklom bez degradácie.
4. Budúce trendy v dizajne laserových tyčí
S rastúcim dopytom po vyššom výkone, menších rozmeroch a väčšej spoľahlivosti sa štruktúry laserových tyčí neustále vyvíjajú. Medzi kľúčové smery vývoja patria:
①Rozšírenie vlnovej dĺžky: Rozšírenie do 1,5μpásma m a stredného infračerveného žiarenia
2Miniaturizácia: Umožnenie použitia v kompaktných zariadeniach a vysoko integrovaných moduloch
③Inteligentné balenie: Začlenenie teplotných senzorov a systémov spätnej väzby o stave
4Vysokohustotné stohovanie: Vrstvené polia na dosiahnutie výkonu na úrovni kilowattov v kompaktnom prevedení
5. Záver
Ako„srdce„Pri vysokovýkonných laserových systémoch štrukturálna konštrukcia laserových tyčí priamo ovplyvňuje optický, elektrický a tepelný výkon celého systému. Integrácia desiatok žiaričov do štruktúry širokej len niekoľko milimetrov nielenže predstavuje pokročilé materiály a výrobné techniky, ale predstavuje aj vysokú úroveň integrácie v dnešnej dobe.'fotonický priemysel.
S výhľadom do budúcnosti, keďže dopyt po efektívnych a spoľahlivých laserových zdrojoch neustále rastie, inovácie v štruktúre laserových tyčí zostanú kľúčovým faktorom pri posúvaní laserového priemyslu do nových výšin.
Ak vy'Hľadáte odbornú podporu v oblasti balenia laserových tyčí, tepelného manažmentu alebo výberu produktov? Neváhajte nás kontaktovať.'Sme tu, aby sme vám poskytli riešenia na mieru, ktoré zodpovedajú vašim špecifickým potrebám.
Čas uverejnenia: 2. júla 2025