Cunsiderazioni di cuncepimentu perlaser à semiconduttore d'alta putenza
Questu articulu spiegherà sistematicamente e cunsiderazioni di cuncepimentu di basa è i metudi d'implementazione di semiconduttori d'alta putenza.laserBasatu annantu à l'idea generale di "aumentà u limite superiore di putenza espandendu u vulume luminosu, ottimizendu i percorsi di cunversione è dissipazione di l'energia evitendu danni ottici catastrofichi (COD)", hè stata realizata un'analisi approfondita da 9 aspetti chjave:
1. Zona d'emissione larga: Aduttendu una struttura di zona larga (cum'è aumentà a larghezza di a zona d'emissione W da uni pochi di micrometri à 50-200 micrometri), a putenza massima di uscita pò esse aumentata direttamente linearmente, chì hè u metudu basicu per ottene una pruduzzione di un solu tubu à u livellu di watt o ancu decine di watt, ma sacrifica a qualità di u fasciu.
2. Cavità longa: Aumentà a lunghezza di a cavità hè a chjave per migliurà e prestazioni di riscaldamentu elettricu è ottene un funziunamentu efficiente è di alta putenza. U so core si trova in a riduzione efficace di a resistenza termica è di a resistenza di u dispusitivu, supprimendu cusì l'aumentu di temperatura di a giunzione di a regione attiva, riducendu l'effetti di saturazione di putenza è migliurendu a putenza è l'efficienza di uscita.
3. Allargamentu di e guide d'onda è di e cavità ottiche asimmetriche: Allargendu a distribuzione di u campu otticu (cum'è l'usu di strutture di cavità ottiche asimmetriche), a sovrapposizione trà u campu otticu è e zone di perdita d'assorbimentu elevate pò esse ridutta, riducendu significativamente e perdite interne, migliurendu l'efficienza quantica è riducendu a generazione di calore. À u listessu tempu, a qualità di u fasciu in a direzzione verticale pò ancu esse migliurata.
4. Fattore di riempimentu: In i dispositivi à barra, u fattore di riempimentu (u rapportu trà a larghezza tutale di l'unità emittente di luce è a larghezza tutale di a barra) hè u parametru principale per equilibrà a densità di putenza di uscita è a difficultà di gestione termica. Un fattore di riempimentu altu porta una alta densità di putenza, ma richiede una dissipazione di calore estremamente alta, mentre chì un fattore di riempimentu bassu hè più favurevule à a gestione termica è migliora l'affidabilità.
6. Tecnulugia di prutezzione di a faccia finale: U miglioramentu di a soglia di danni catastrofichi à u specchiu otticu (COMD) di a faccia finale hè a chjave per superà u collu di buttiglia di putenza. L'articulu elabora trè tecnulugie principali:
6.1 Passivazione è rivestimentu di a superficia di a cavità: Depunendu strati di passivazione è rivestendu filmi ad alta riflettività/antiriflessione, i difetti di a superficia di a cavità sò passivati, a ricombinazione non radiativa hè soppressa è a soglia COMD hè significativamente migliorata.
6.2 Tecnulugia di finestra senza assorbimentu: Usu di l'ibridazione di pozzi quantichi è altre tecniche per furmà una regione di finestra trasparente nantu à a faccia finale per riduce l'assorbimentu di luce è prevene a COMD.
6.3 Tecnulugia di zona senza iniezione nantu à a superficia di a cavità: Introduce una zona senza iniezione di corrente vicinu à a superficia di a cavità per riduce a cuncentrazione di purtatori è a ricombinazione non radiativa nantu à a superficia di a cavità.
7. Cuncepimentu d'alta luminosità: Dui tecniche per ottene un output d'alta luminosità sò state introdutte per risolve u prublema di a scarsa qualità di u fasciu in u laser à larga area:
7.1. Struttura di u conu: Cumbinendu a "zona di semente" di a guida d'onda stretta à l'estremità anteriore è a "zona di amplificazione di u conu" à l'estremità posteriore, a qualità di u fasciu vicinu à u limite di diffrazione hè mantenuta mentre si amplifica a putenza.
7.2 Cuntrollu di modu: Introduzione di microstrutture in una larga gamma per aumentà selettivamente a perdita di modi trasversali d'ordine superiore, migliorandu cusì a qualità di u fasciu.
8. Pozzu quanticu di deformazione è compensazione di deformazione: L'introduzione di una deformazione in a regione attiva di u pozzu quanticu pò ottimizà a struttura di a banda, migliurà u guadagnu differenziale, riducendu cusì a corrente di soglia, migliurendu l'efficienza è aumentendu e caratteristiche à alta temperatura. A tecnulugia di compensazione di deformazione impedisce l'accumulazione di deformazioni è difetti crescendu strati di barriera cù deformazioni opposte, assicurendu a qualità di u materiale.
9. Gestione termica avanzata è imballaggio à bassa tensione: In risposta à e sfide di dissipazione di u calore purtate da l'alta densità di putenza, questu articulu introduce novi materiali di dissipazione di calore (cum'è i materiali cumposti di diamanti), raffreddatori à microcanali è tecnulugie di imballaggio chì utilizanu materiali d'interfaccia à bassa tensione per ottene una capacità di dissipazione di u calore ultra-alta è migliurà l'affidabilità.
10. Guida d'onda distribuita: Cum'è un schema di gestione termica intrinseca à livellu di chip, sta struttura divide a guida d'onda di a cresta in una zona d'eccitazione è una zona di dissipazione di u calore passiva longu a lunghezza di a cavità, è custruisce un canale di calore trasversale in u chip per dissipà u calore in modu efficiente, superendu i limiti di i metudi tradiziunali di dissipazione di u calore.
U riassuntu è e prospettive indicanu chì u cuncepimentu di alta putenzalaser à semiconduttorehè un prublema d'ottimisazione multi-ubbiettivu chì implica l'elettricità, l'ottica, a termodinamica è l'affidabilità. Hè necessariu ottene u megliu equilibriu trà i trè disinni basi di zona d'emissione larga, cavità longa è guida d'onda allargata, è e tecnulugie chì trattanu i trè sfidi principali di a gestione termica, i danni à a faccia finale è a qualità di u fasciu. L'ulteriore miglioramentu di e prestazioni future dipenderà da u sviluppu di novi materiali, novi meccanismi fisichi è novi prucessi di fabricazione.
Data di publicazione: 21 di maghju di u 2026