Vad sägs om NIR Laser High Power Semiconductor Laser?

Halvledarlasrar med hög effekt används i stor utsträckning inom intelligent tillverkning, laserkommunikation, laseravkänning, medicinsk skönhet, etc. Sedan deras födelse har de gjort stora framsteg i teori, praktik och tillämpning, och står för större delen av den totala lasermarknaden. Bland dem är högeffekts halvledarlasrar i det nära-infraröda bandet de bästa.

Nära-infraröda högeffekts halvledarlaserchips Högeffektshalvledarlaserchips är kärnljuskällorna för samtida högenergilasrar representerade av optiska fibrer, halvledarlasrar och direkta halvledarlasrar. Laserchippens kraft, ljusstyrka och tillförlitlighet är kärnindikatorer som direkt påverkar lasersystemets prestanda och kostnad.

Huvudstrukturen för ett halvledarlaserchip inkluderar ett epitaxiellt ljusemitterande skikt som tillhandahåller ett laserförstärkningsmedium, en elektrod som injicerar bärare i det epitaxiella ljusemitterande skiktet och en klyvningskavitetsyta som bildar en resonanshålighet. Utvecklingsprocessen för chipet inkluderar stegen med epitaxiell strukturdesign och materialtillväxt, chipstrukturdesign och beredningsprocess, passiveringsbehandling av kavitetsytklyvning och optisk beläggning, chipförpackningstest, chipets livslängd och prestandaanalys, bland vilka kärnindikatorerna direkt påverka De tre nyckelteknologierna är epitaxiell strukturdesign och materialtillväxt, spånstrukturdesign och beredningsprocess, klyvning av kavitetsytor och passiveringsbehandling.
(1) Utformning av epitaxiell struktur och materialtillväxt Utformning av epitaxiell struktur och materialtillväxt involverar förstärkning och pumpning av lasern, vilket direkt påverkar chipets elektrooptiska effektivitet. Huvudfaktorerna är heterojunction och spänningsförlust för bulkmaterial, förlust av bärarläckage och förlust av ljusabsorption. Enligt energibandsanalysen av halvledarmaterial kommer heteroövergångsspänningen huvudsakligen från gränssnittet mellan inneslutningsskiktet, substratet och vågledarskiktet, och chipets heteroövergångsspänning reduceras effektivt genom gränssnittsgradient och hög dopningsoptimering. Bulkmaterialresistens kan uppnås genom att justera materialsammansättningen för att öka bärarens rörlighet och öka dopningskoncentrationen. Att minska bärarläckageförlusten kräver tillräcklig bärarinneslutningsbarriär, speciellt p-planets elektronbarriär. Därför måste minskningen av bulkmaterialresistens och förbättringen av bärarinneslutning övervägas helt för att optimera materialsammansättningen. Optisk absorptionsförlust kan vanligtvis uppnås genom att utforma en asymmetrisk vågledarstruktur med ultrastor optisk kavitet. När den totala tjockleken på vågledarskiktet förblir oförändrad reduceras tjockleken på p-plans vågledarskiktet och tjockleken på n-plans vågledarskiktet ökas, så att huvuddelen av det optiska fältet fördelas i låg Absorb n-planet med låg resistans, reducerar överlappningen av det optiska fältet och högabsorptions-p-planet, reducerar spänningen hos bulkmaterialet och reducerar ljusabsorptionsförlusten. Samtidigt, i kombination med den gradvisa dopningsfördelningsdesignen, realiseras den samtidiga optimeringen av bulkmaterialspänningsförlust och ljusabsorptionsförlust. Laserchips i 900 nm-bandet använder vanligtvis InGaAs kvantbrunnar som förstärkningsmaterial och AlInGaAs kvantbrunnar med hög töjning för att öka förstärkningen, men AlInGaAs kvantbrunnar som kvartärt material har strängare krav på materialtillväxtkontroll. Det är nödvändigt att optimera atmosfärsförhållandet och tillväxttemperaturhastigheten för att öka kärnbildningsenergin för kvantbrunnars kroppsdefekter, och därigenom minska defekttätheten hos kvantbrunnar och växande kvantbrunnar av hög kvalitet och hög töjning.
(2) När chipstrukturens design och tillverkningsprocessen fungerar i högeffektläge, ökar chipets laterala högordningslägesintensitet, vilket resulterar i en kraftig ökning av divergensvinkeln och en minskning av ljusstyrkan. Absorption och spridning vid kanten av vågledaren används i allmänhet i litteraturrapporter för att minska intensiteten av högordningslägen, men detta kommer också att orsaka ytterligare absorptionsförlust till lågordningslägen och minska den totala optiska effekten. Dessutom, när man arbetar med hög effekt, är chipets optiska fältintensitet ojämnt fördelad i längdriktningen, medan bärarkoncentrationen som genereras av ströminsprutningen av det konventionella strukturchipset är enhetlig i längdriktningen, så den optiska fältintensiteten och bärarkoncentrationsfördelningen inte kan matcha, detta kommer att producera en vertikal hålbränningseffekt, vilket resulterar i effektmättnad. Ett sätt att lösa detta problem är att justera anordningens struktur för distribution av bärarinsprutning.
(3) Klyvning av hålrumsyta och passiveringsbehandling. Det huvudsakliga felläget för högeffekthalvledarlaserchips är optisk katastrofskada (COMD). COMD kommer från ljusabsorptionen av klyvningshålighetens yta och det omgivande området när chipet arbetar med hög effekt. Ytljusabsorption orsakas av klyvning av hängande bindningar på ytan, ytoxidation och ytkontamination, medan konventionell hålighets-ytklyvning utförs i atmosfären eller lågvakuummiljö, och detta problem kan inte undvikas. Ljusabsorptionen i området nära klyvningsytan kommer från interbandsabsorption. När chipet arbetar med hög effekt ökar temperaturen i denna region, vilket resulterar i en minskning av materialets bandgap och en ökning av absorptionen mellan banden. Det mest effektiva sättet att minska denna typ av absorption är att bilda en fönsterstruktur med bred bandgap (låg absorption). Suzhou Everbright Huaxin Optoelectronics Technology Co., Ltd. (hädanefter kallad "Everbright Huaxin") har genom utvecklingen av epitaxiell strukturdesign och materialtillväxt, chipstrukturdesign och beredningsprocess, klyvning av kavitetsytor och passiveringsbehandling lanserat en 28 W halvledarlaserchip. Effektökningen av chipet kommer huvudsakligen från den optimerade designen av chipets epitaxiella struktur och förbättringen av den speciella bearbetningstekniken för kavitetsytan. Uteffekten från halvledarlasrar påverkas huvudsakligen av faktorer som lasertröskel, lutning och böjning av hög strömeffekt. Vanligtvis genom att reducera dopningskoncentrationen i pn-övergången för att uppnå minskningen av tröskeln och ökningen av lutningen, och för låg dopningskoncentration kommer att leda till ökningen av motståndet i pn-övergången och ökningen av chipspänningen. För att lösa problemet med att optimera balansen mellan tröskellutning och spänning, optimerade Changguang Huaxin tjockleken på vågledarskiktet i den asymmetriska stora optiska kavitetsstrukturen och utformade noggrant fördelningen av dopningskoncentrationen i olika regioner av pn-övergången, så för att minska tröskeln och förbättra lutningseffektiviteten. Effekten av att hålla spänningen i princip konstant. Hög strömböjning beror främst på minskningen av intern kvantverkningsgrad när hög ström injiceras. Everbright optimerade energibandstrukturen för materialet nära laserstrukturens förstärkningsregion, förbättrade inneslutningsförmågan hos pn-övergångsinjicerade elektroner och förbättrade effektivt kvanteffektiviteten under högströmsinjektion. Samtidigt som laserchippets kraft optimeras fortsätter Everbright att förbättra materialkvaliteten i den speciella behandlingsprocessen av kavitetsytan för att minska defektförhållandet, förbättra kavitetsytans förmåga att motstå optisk katastrofskada och säkerställa att 28 W laserchip med hög effekt uppfyller kraven på den industriella marknaden för laserlivslängd. krav.

Som ett praktiskt verktyg har den nära-infraröda högeffekt halvledarljuskällans modulfiberlaser utvecklats snabbt under de senaste åren på grund av sina unika fördelar och spelar en viktig roll inom områdena industriell tillverkning, bearbetning och vetenskaplig forskning. Som kärnan uppströms i fiberlasern följer utvecklingen av pumpkällan också med och främjar även utvecklingen och framstegen för fiberlaserns övergripande teknologi.
(1) Industriell fiberlaserpumpkälla Under de senaste åren har industrifiberlasermarknaden utvecklats snabbt och har ett starkt momentum. Fiberlasrar har tagit ledningen på marknaden för industriell laserbearbetning med sina unika teknik- och tillämpningsfördelar. När det gäller den industriella fiberlasermarknaden har fiberlasertekniken med låg till medelstor effekt mognat och stabiliserats och har helt kommit in i kostnadskonkurrensstadiet.

2) Fiberlaserpumpkälla för vetenskaplig forskning. Fiberlasrar för vetenskaplig forskning har generellt högre krav på ljusstyrka eller används i vissa speciella tillämpningsscenarier. Dessa krav sträcker sig till pumpkällan. I allmänhet krävs att pumpkällan har hög ljusstyrka och liten storlek. , lätt, våglängdslåsning och andra egenskaper. Liten volym kräver kompakt förpackningsdesign för pumpkällan, och låg vikt kräver nödvändig viktminskningsbehandling för pumpkällan och användning av nya lågdensitetsmetallmaterial för att bearbeta rörskalet på basis av att säkerställa värmeledningseffektivitet.

High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers have the characteristics of high brightness, wide wavelength range, high electro-optical conversion efficiency and easy use, and have a wide range of potential applications in industry and scientific research fields, such as for Metal material processing, Yb-doped fiber laser pumping, Raman nonlinear fiber laser pumping, and energy transfer. Brightness is defined as B=P·A-1·Ω-1, where P is the output power of the laser, A is the area of the beam waist of the output beam of the laser, and Ω is the solid angle of the divergence angle of the output beam of the laser. Generally speaking, the higher the brightness, the smaller the focused spot size and the longer the working distance. The continuous output power of a single laser diode light-emitting unit (or laser diode single tube) is less than 40 W, and it is necessary to use different beam combining methods to combine dozens to hundreds of single tube chips into a beam output to achieve kilowatt-level output. Conventional direct semiconductor lasers are based on a laser diode single tube or bar (composed of multiple single tubes), using spatial beam combining, polarization beam combining, coarse spectrum beam combining or fiber beam combining to increase output power. Direct semiconductor lasers based on this type of beam combining technology have high output power and low cost, and are favored by the industry, and can be used for welding and cladding of metal materials. Using the dense spectral beam combining technology based on a single-tube chip, Everbright Huaxin has successfully developed a variety of high-brightness fiber-coupled direct semiconductor lasers, which greatly improved the output brightness of direct semiconductor lasers (> 200 MW cm-2 Sr-1) and Electro-optical conversion efficiency (>45 procent). Till exempel, i 2019 lanserade Everbright en 1 kW, 220 μm/NA0.22 halvledarlaser (med en utgående ljusstyrka på 21MW cm-2 Sr -1), som har använts i stor utsträckning vid tunnplåtssvetsning; samma år lanserade den en 4 kW, 600 μm /NA0.22 (utgångsljusstyrka på 11 MW cm-2 Sr-1) direkt halvledarlaser som har använts i stor utsträckning i ytbeklädnad. Men på grund av den stora kärndiametern hos utgående fiber och låg ljusstyrka kan denna typ av laser inte användas för skärning av metallmaterial och vetenskapliga forskningsapplikationer som kräver hög ljusstyrka. Figur 8 visar simuleringsresultaten av multipla enkelrörschips som rysligt kombinerar fiberkoppling. Det maximala antalet enkelrörschips som ryms av en 100 μm/NA0.22-fiber är 12, så uteffekten är bara 12 gånger så stor som för ett enda enkelrörschip.

Nära-infraröda högeffekts halvledarlasrar kan användas som pumpkällor och kärnanordningar för halvledarlasrar och fiberlasrar, och kan också användas direkt inom industriella och vetenskapliga forskningsområden genom olika strålkombinationsteknologier, vilket upptar en stor marknad inom lasern. industri. Enkelrörschippet är en enhet av en högeffekts halvledarlaserpumpningskälla. Dess omfattande egenskaper bestämmer den optiska uteffekten, omvandlingseffektiviteten och volymen för den slutliga pumpkällmodulen. Därför har det blivit fokus för vår forskning och utveckling och forskning. Med forskargruppens djupgående teoretiska forskning, framstegen inom materialtillväxtteknologi och utvecklingen av förpackningsteknologi, har JTBYShield avsevärt förbättrat uteffekten, livslängden, tillförlitligheten och tillämpningen av högeffekts halvledarlasrar, vilket avsevärt förkortat tiden mellan utlandsgap. I framtiden kommer vi inte bara att göra genombrott inom nyckelteknologier, utan också uppnå industrialisering och realisera den fullständiga lokaliseringen och industrialiseringen av avancerade laserpumpande källchips och enheter.

Kontaktinformation:

Om du har några idéer får du gärna prata med oss. Oavsett var våra kunder är och vilka våra krav är, kommer vi att följa vårt mål att ge våra kunder hög kvalitet, låga priser och den bästa servicen.