Pertimbangan reka bentuk untuklaser semikonduktor berkuasa tinggi
Artikel ini akan menghuraikan secara sistematik tentang pertimbangan reka bentuk teras dan kaedah pelaksanaan semikonduktor berkuasa tinggi.laserBerdasarkan idea umum "meningkatkan had atas kuasa dengan mengembangkan isipadu bercahaya, mengoptimumkan penukaran tenaga dan laluan pelesapan sambil mengelakkan kerosakan optik bencana (COD)", analisis mendalam telah dijalankan daripada 9 aspek utama:
1. Kawasan pancaran luas: Dengan menggunakan struktur kawasan luas (seperti meningkatkan lebar kawasan pancaran W dari beberapa mikrometer kepada 50-200 mikrometer), kuasa output maksimum boleh ditingkatkan secara linear secara langsung, yang merupakan kaedah asas untuk mendapatkan output tiub tunggal pada tahap watt atau puluhan watt, tetapi ia mengorbankan kualiti pancaran.
2. Rongga panjang: Meningkatkan panjang rongga adalah kunci untuk meningkatkan prestasi pemanasan elektrik dan mencapai operasi yang cekap dan berkuasa tinggi. Terasnya terletak pada pengurangan rintangan dan rintangan haba peranti secara berkesan, sekali gus menyekat kenaikan suhu simpang kawasan aktif, mengurangkan kesan tepu kuasa, dan meningkatkan kuasa dan kecekapan output.
3. Memperluas pandu gelombang dan rongga optik asimetri: Dengan meluaskan taburan medan optik (seperti menggunakan struktur rongga optik asimetri), pertindihan antara medan optik dan kawasan kehilangan penyerapan yang tinggi dapat dikurangkan, sekali gus mengurangkan kehilangan dalaman dengan ketara, meningkatkan kecekapan kuantum dan mengurangkan penjanaan haba. Pada masa yang sama, kualiti pancaran dalam arah menegak juga dapat ditingkatkan.
4. Faktor isian: Dalam peranti bar, faktor isian (nisbah lebar keseluruhan unit pemancar cahaya kepada lebar keseluruhan bar) ialah parameter teras untuk mengimbangi ketumpatan kuasa output dan kesukaran pengurusan haba. Faktor isian yang tinggi membawa ketumpatan kuasa yang tinggi tetapi memerlukan pelesapan haba yang sangat tinggi, manakala faktor isian yang rendah lebih kondusif untuk pengurusan haba dan meningkatkan kebolehpercayaan.
6. Teknologi perlindungan permukaan hujung: Memperbaiki ambang kerosakan cermin optik bencana (COMD) pada permukaan hujung adalah kunci untuk mengatasi kesesakan kuasa. Artikel ini menghuraikan tiga teknologi utama:
6.1 Pempasifan dan salutan permukaan rongga: Dengan memendapkan lapisan pempasifan dan menyalut filem pemantulan/antipantulan yang tinggi, kecacatan permukaan rongga dipasifan, penggabungan semula bukan radiasi ditindas, dan ambang COMD diperbaiki dengan ketara.
6.2 Teknologi tetingkap tanpa penyerapan: Menggunakan hibridisasi telaga kuantum dan teknik lain untuk membentuk kawasan tetingkap lutsinar pada permukaan hujung bagi mengurangkan penyerapan cahaya dan mencegah COMD.
6.3 Teknologi zon bukan suntikan pada permukaan rongga: Perkenalkan zon bukan suntikan semasa berhampiran permukaan rongga untuk mengurangkan kepekatan pembawa dan penggabungan semula bukan radiasi pada permukaan rongga.
7. Reka bentuk kecerahan tinggi: Dua teknik untuk mendapatkan output kecerahan tinggi diperkenalkan bagi menangani masalah kualiti pancaran yang lemah dalam laser kawasan luas:
7.1. Struktur kon: Dengan menggabungkan "kawasan benih" pandu gelombang sempit di hujung hadapan dan "kawasan penguatan kon" di hujung belakang, kualiti pancaran yang hampir dengan had pembelauan dikekalkan semasa menguatkan kuasa.
7.2 Kawalan mod: Memperkenalkan mikrostruktur dalam julat yang luas untuk meningkatkan kehilangan mod melintang tertib tinggi secara selektif, sekali gus meningkatkan kualiti pancaran.
8. Telaga kuantum terikan dan pampasan terikan: Memperkenalkan terikan di kawasan aktif telaga kuantum boleh mengoptimumkan struktur jalur, meningkatkan gandaan pembezaan, sekali gus mengurangkan arus ambang, meningkatkan kecekapan dan mempertingkatkan ciri-ciri suhu tinggi. Teknologi pampasan terikan menghalang pengumpulan terikan dan kecacatan dengan mengembangkan lapisan penghalang dengan terikan yang bertentangan, memastikan kualiti bahan.
9. Pengurusan haba lanjutan dan pembungkusan tekanan rendah: Sebagai tindak balas kepada cabaran pelesapan haba yang dibawa oleh ketumpatan kuasa tinggi, artikel ini memperkenalkan bahan sink haba baharu (seperti bahan komposit berlian), penyejuk mikrosaluran dan teknologi pembungkusan menggunakan bahan antara muka tekanan rendah untuk mencapai kapasiti pelesapan haba ultra tinggi dan meningkatkan kebolehpercayaan.
10. Pandu gelombang teragih: Sebagai skim pengurusan haba intrinsik peringkat cip, struktur ini membahagikan pandu gelombang rabung kepada zon pengujaan dan zon pelesapan haba pasif di sepanjang rongga, dan membina saluran haba melintang di dalam cip untuk menghilangkan haba dengan cekap, mengatasi batasan kaedah pelesapan haba tradisional.
Ringkasan dan pandangan menunjukkan bahawa reka bentuk kuasa tinggilaser semikonduktormerupakan masalah pengoptimuman berbilang objektif yang melibatkan elektrik, optik, termodinamik dan kebolehpercayaan. Adalah perlu untuk mencapai keseimbangan terbaik antara tiga reka bentuk asas iaitu kawasan pancaran luas, rongga panjang dan pandu gelombang yang dilebar, serta teknologi yang menangani tiga cabaran utama iaitu pengurusan haba, kerosakan permukaan hujung dan kualiti pancaran. Penambahbaikan selanjutnya bagi prestasi masa hadapan akan bergantung pada pembangunan bahan baharu, mekanisme fizikal baharu dan proses pembuatan baharu.
Masa siaran: 21 Mei 2026