En el camp dels làsers d'alta potència, les barres làser són components bàsics indispensables. No només serveixen com a unitats fonamentals de producció d'energia, sinó que també representen la precisió i la integració de l'enginyeria optoelectrònica moderna.—cosa que els ha valgut el sobrenom de: el "motor" dels sistemes làser. Però, quina és exactament l'estructura d'una barra làser i com proporciona desenes o fins i tot centenars de watts de sortida amb només uns pocs mil·límetres de mida? Aquest article explora l'arquitectura interna i els secrets d'enginyeria que hi ha darrere de les barres làser.
1. Què és una barra làser?
Una barra làser és un dispositiu emissor d'alta potència compost per múltiples xips de díodes làser disposats lateralment sobre un sol substrat. Tot i que el seu principi de funcionament és similar al d'un únic làser semiconductor, la barra làser utilitza una disposició multiemissor per aconseguir una major potència òptica i un factor de forma més compacte.
Les barres làser s'utilitzen àmpliament en els sectors industrial, mèdic, científic i de defensa, ja sigui com a fonts làser directes o com a fonts de bombament per a làsers de fibra i làsers d'estat sòlid.
2. Composició estructural d'una barra làser
L'estructura interna d'una barra làser determina directament el seu rendiment. Principalment, consta dels següents components principals:
1.Matriu d'emissors
Les barres làser solen constar de 10 a 100 emissors (cavitats làser) disposats un al costat de l'altre. Cada emissor fa uns 50–150μm d'amplada i actua com una regió de guany independent, amb una unió PN, una cavitat ressonant i una estructura de guia d'ones per generar i emetre llum làser. Tot i que tots els emissors comparteixen el mateix substrat, normalment s'accionen elèctricament en paral·lel o per zones.
2.Estructura de capes de semiconductors
Al cor de la barra làser hi ha una pila de capes semiconductores, que inclouen:
- Capes epitaxials de tipus P i tipus N (que formen la unió PN)
- Capa activa (per exemple, estructura de pou quàntic), que genera emissió estimulada
- Capa de guia d'ones, que garanteix el control del mode en direccions lateral i vertical
- Reflectors de Bragg o recobriments HR/AR, que milloren la sortida direccional del làser
3Substrat i estructura de gestió tèrmica
Els emissors es fan créixer sobre un substrat semiconductor monolític (normalment GaAs). Per a una dissipació eficient de la calor, la barra làser es solda a submounts d'alta conductivitat com ara coure, aliatge W-Cu o diamant CVD, i s'aparella amb dissipadors de calor i sistemes de refrigeració actius.
④Superfície d'emissió i sistema de colimació
A causa dels grans angles de divergència dels feixos emesos, les barres làser solen estar equipades amb matrius de microlents (FAC/SAC) per a la colimació i la conformació del feix. Per a certes aplicacions, òptiques addicionals—com ara lents cilíndriques o prismes—s'utilitzen per controlar la divergència de camp llunyà i la qualitat del feix.
3. Factors estructurals clau que influeixen en el rendiment
L'estructura d'una barra làser juga un paper crucial a l'hora de determinar la seva estabilitat, eficiència i vida útil. Diversos aspectes clau inclouen:
1.Disseny de gestió tèrmica
Les barres làser presenten una alta densitat de potència i calor concentrada. La baixa resistència tèrmica és essencial, aconseguida mitjançant la soldadura d'AuSn o la unió d'indi, combinada amb el refredament per microcanals per a una dissipació uniforme de la calor.
2.Formació i alineació de feix
Els emissors múltiples sovint pateixen de mala coherència i desalineació del front d'ona. El disseny i l'alineació precisos de les lents són fonamentals per millorar la qualitat del feix de camp llunyà.
3Control de l'estrès i fiabilitat
Les discrepàncies de materials en els coeficients d'expansió tèrmica poden provocar deformacions o microesquerdes. L'embalatge ha d'estar dissenyat per distribuir l'estrès mecànic uniformement i suportar els cicles tèrmics sense degradació.
4. Tendències futures en el disseny de barres làser
A mesura que creix la demanda de més potència, mida més petita i major fiabilitat, les estructures de barres làser continuen evolucionant. Les principals direccions de desenvolupament inclouen:
1.Expansió de la longitud d'ona: extensió a 1,5μbandes m i infraroig mitjà
2.Miniaturització: Permet l'ús en dispositius compactes i mòduls altament integrats
3Envasos intel·ligents: incorporació de sensors de temperatura i sistemes de retroalimentació d'estat
④Apilament d'alta densitat: matrius en capes per aconseguir una sortida de quilowatts en una mida compacta
5. Conclusió
Com el"cor"dels sistemes làser d'alta potència, el disseny estructural de les barres làser influeix directament en el rendiment òptic, elèctric i tèrmic del sistema general. La integració de desenes d'emissors en una estructura de només mil·límetres d'amplada no només mostra materials i tècniques de fabricació avançades, sinó que també representa l'alt nivell d'integració actual.'indústria fotònica.
De cara al futur, a mesura que la demanda de fonts làser eficients i fiables continua augmentant, les innovacions en l'estructura de les barres làser continuaran sent un factor clau per fer avançar la indústria del làser cap a nous nivells.
Si tu'Si busqueu assistència experta en envasat de barres làser, gestió tèrmica o selecció de productes, no dubteu a contactar amb nosaltres. Nosaltres'Estem aquí per oferir solucions a mida que s'adaptin a les necessitats específiques de la vostra aplicació.
Data de publicació: 02-07-2025