Dizaina apsvērumilieljaudas pusvadītāju lāzers
Šajā rakstā sistemātiski tiks izklāstīti lieljaudas pusvadītāju galvenie projektēšanas apsvērumi un ieviešanas metodes.lāzersBalstoties uz vispārējo ideju par "jaudas augšējās robežas palielināšanu, paplašinot gaismas tilpumu, optimizējot enerģijas pārveidošanas un izkliedes ceļus, vienlaikus izvairoties no katastrofāliem optiskajiem bojājumiem (COD)", tika veikta padziļināta analīze no 9 galvenajiem aspektiem:
1. Plaša emisijas zona: Pieņemot plašas zonas struktūru (piemēram, palielinot emisijas zonas platumu W no dažiem mikrometriem līdz 50–200 mikrometriem), maksimālo izejas jaudu var tieši lineāri palielināt, kas ir pamatmetode, lai iegūtu vienas lampas izejas jaudu vatu līmenī vai pat desmitiem vatu, taču tas upurē stara kvalitāti.
2. Gara dobuma palielināšana: dobuma garuma palielināšana ir galvenais, lai uzlabotu elektriskās sildīšanas veiktspēju un panāktu efektīvu un jaudīgu darbību. Tās pamatā ir ierīces termiskās pretestības un pretestības efektīva samazināšana, tādējādi nomācot aktīvā apgabala savienojuma temperatūras paaugstināšanos, samazinot jaudas piesātinājuma efektus un uzlabojot izejas jaudu un efektivitāti.
3. Viļņvadu un asimetrisku optisko rezonatoru paplašināšana: paplašinot optiskā lauka sadalījumu (piemēram, izmantojot asimetriskas optisko rezonatoru struktūras), var samazināt optiskā lauka un zonu ar augstiem absorbcijas zudumiem pārklāšanos, ievērojami samazinot iekšējos zudumus, uzlabojot kvantu efektivitāti un samazinot siltuma veidošanos. Vienlaikus var uzlabot arī staru kūļa kvalitāti vertikālā virzienā.
4. Aizpildījuma koeficients: Stieņa ierīcēs aizpildījuma koeficients (gaismas izstarojošās vienības kopējā platuma attiecība pret stieņa kopējo platumu) ir galvenais parametrs izejas jaudas blīvuma un termiskās pārvaldības grūtību līdzsvarošanai. Augsts aizpildījuma koeficients nodrošina augstu jaudas blīvumu, bet prasa ārkārtīgi lielu siltuma izkliedi, savukārt zems aizpildījuma koeficients ir labvēlīgāks termiskajai pārvaldībai un uzlabo uzticamību.
6. Gala virsmas aizsardzības tehnoloģija: gala virsmas katastrofālo optisko spoguļu bojājumu (COMD) sliekšņa uzlabošana ir galvenais, lai pārvarētu jaudas sašaurinājumu. Rakstā ir izklāstītas trīs galvenās tehnoloģijas:
6.1 Dobuma virsmas pasivēšana un pārklāšana: uzklājot pasivācijas slāņus un pārklājot augstas atstarošanas/pretatstarojuma plēves, dobuma virsmas defekti tiek pasivēti, tiek nomākta neradiatīvā rekombinācija un ievērojami uzlabots COMD slieksnis.
6.2 Neabsorbcijas logu tehnoloģija: Kvantu aku hibridizācijas un citu metožu izmantošana caurspīdīga loga apgabala izveidošanai gala virsmā, lai samazinātu gaismas absorbciju un novērstu COMD.
6.3. Beziesmidzināšanas zonas tehnoloģija uz dobuma virsmas: Ieviesiet strāvas beziesmidzināšanas zonu dobuma virsmas tuvumā, lai samazinātu nesēju koncentrāciju un neradiatīvo rekombināciju dobuma virsmā.
7. Augsta spilgtuma dizains: Lai risinātu plaša diapazona lāzera sliktas staru kvalitātes problēmu, tiek ieviestas divas metodes augsta spilgtuma iegūšanai:
7.1. Konusa struktūra: Apvienojot šauro viļņvada “sēklas laukumu” priekšējā galā un “konusa pastiprināšanas laukumu” aizmugurējā galā, stara kvalitāte ir tuvu difrakcijas robežai, vienlaikus palielinot jaudu.
7.2 Režīmu kontrole: mikrostruktūru ieviešana plašā diapazonā, lai selektīvi palielinātu augstākas kārtas šķērsvirziena režīmu zudumus, tādējādi uzlabojot staru kūļa kvalitāti.
8. Spriegojuma kvantu aka un deformācijas kompensācija: Spriegojuma ieviešana kvantu akas aktīvajā apgabalā var optimizēt joslas struktūru, palielināt diferenciālo pastiprinājumu, tādējādi samazinot sliekšņa strāvu, uzlabojot efektivitāti un uzlabojot augstas temperatūras raksturlielumus. Spriegojuma kompensācijas tehnoloģija novērš deformācijas un defektu uzkrāšanos, audzējot barjeras slāņus ar pretēju deformāciju, nodrošinot materiāla kvalitāti.
9. Uzlabota termiskā pārvaldība un zema sprieguma iepakojums: Reaģējot uz siltuma izkliedes problēmām, ko rada augsts jaudas blīvums, šajā rakstā tiek ieviesti jauni siltuma izkliedes materiāli (piemēram, dimanta kompozītmateriāli), mikrokanālu dzesētāji un iepakojuma tehnoloģijas, kurās tiek izmantoti zema sprieguma saskarnes materiāli, lai sasniegtu īpaši augstu siltuma izkliedes jaudu un uzlabotu uzticamību.
10. Sadalītais viļņvads: kā mikroshēmas līmeņa iekšējās siltuma pārvaldības shēma, šī struktūra sadala kores viļņvadu ierosmes zonā un pasīvā siltuma izkliedes zonā gar dobuma garumu un mikroshēmas iekšpusē izveido šķērsvirziena siltuma kanālu, lai efektīvi izkliedētu siltumu, pārvarot tradicionālo siltuma izkliedes metožu ierobežojumus.
Kopsavilkumā un perspektīvā norādīts, ka lieljaudas dizainspusvadītāju lāzersir daudzkritēriju optimizācijas problēma, kas ietver elektrību, optiku, termodinamiku un uzticamību. Ir jāpanāk vislabākais līdzsvars starp trim pamata konstrukcijām – plašu emisijas laukumu, garu rezonatoru un paplašinātu viļņvadu –, kā arī tehnoloģijām, kas risina trīs galvenās problēmas: termisko pārvaldību, gala virsmas bojājumu novēršanu un staru kūļa kvalitāti. Turpmāka veiktspējas uzlabošana būs atkarīga no jaunu materiālu, jaunu fizikālu mehānismu un jaunu ražošanas procesu izstrādes.
Publicēšanas laiks: 2026. gada 21. maijs