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Láser semiconductor de alta potencia

2021-12-13
láser semiconductortiene las ventajas de tamaño pequeño, peso ligero, alta eficiencia de conversión electro-óptica, alta confiabilidad y larga vida útil. Tiene importantes aplicaciones en los campos de procesamiento industrial, biomedicina y defensa nacional. En 1962, científicos estadounidenses desarrollaron con éxito el láser semiconductor de inyección de estructura homogénea GaAs de primera generación. En 1963, Alferov y otros del Instituto de Física Yofei de la antigua Academia de Ciencias Soviética anunciaron el desarrollo exitoso de un láser semiconductor de doble heterounión. Después de la década de 1980, debido a la introducción de la teoría de la ingeniería de bandas de energía, al mismo tiempo El surgimiento de nuevos procesos de crecimiento de material epitaxial cristalino [como la epitaxia de haz molecular (MBE) y la deposición de vapor químico orgánico metálico (MOCVD), etc.], los láseres de pozo cuántico están en el escenario de la historia, mejorando en gran medida el rendimiento del dispositivo y logrando una salida de alta potencia.
Los láseres semiconductores de alta potencia se dividen principalmente en dos estructuras: tubo único y tira de barra. La estructura de tubo único adopta principalmente el diseño de tira ancha y cavidad óptica grande, y aumenta el área de ganancia para lograr una salida de alta potencia y reducir el daño catastrófico de la superficie de la cavidad; Estructura de tira de barra Es una matriz lineal paralela de múltiples láseres de un solo tubo, múltiples láseres funcionan al mismo tiempo y luego combinan haces y otros medios para lograr una salida láser de alta potencia. Los láseres semiconductores originales de alta potencia se utilizan principalmente para bombear láseres de estado sólido y láseres de fibra, con una banda de onda de 808nm. y 980 nm. Con la madurez de la banda del infrarrojo cercanoláser semiconductor de alta potenciatecnología de unidad y la reducción de costos, el rendimiento de todos los láseres de estado sólido y láseres de fibra basados ​​en ellos se ha mejorado continuamente. La potencia de salida de onda continua (CW) de un solo tubo Los 8,1 W de la década alcanzaron el nivel de 29,5 W, la potencia de salida CW de la barra alcanzó el nivel de 1010 W y la potencia de salida de pulso alcanzó el nivel de 2800 W, lo que promovió en gran medida el proceso de aplicación de la tecnología láser en el campo del procesamiento. El costo de los láseres semiconductores como fuente de bombeo representa el láser de estado sólido total 1/3~1/2 del costo, lo que representa 1/2~2/3 de los láseres de fibra. Por lo tanto, el rápido desarrollo de los láseres de fibra y de los láseres de estado sólido ha contribuido al desarrollo de los láseres semiconductores de alta potencia.
Con la mejora continua del rendimiento de los láseres semiconductores y la reducción continua de costos, su rango de aplicación se ha vuelto más y más amplio. Cómo lograr láseres de semiconductores de alta potencia siempre ha sido la vanguardia y el punto de acceso de la investigación. Para lograr chips láser semiconductores de alta potencia, es necesario partir de Se consideran los tres aspectos del material, la estructura y la protección de la superficie de la cavidad:
1) Tecnología de materiales. Puede partir de dos aspectos: aumentar la ganancia y evitar la oxidación. Las tecnologías correspondientes incluyen la tecnología de pozos cuánticos tensos y la tecnología de pozos cuánticos sin aluminio. 2) Tecnología estructural. Con el fin de evitar que el chip se queme a alta potencia de salida, generalmente se utiliza la tecnología de guía de onda asimétrica y la tecnología de cavidad óptica grande de guía de onda ancha. 3) Tecnología de protección de la superficie de la cavidad. Para evitar daños catastróficos en los espejos ópticos (COMD), las principales tecnologías incluyen tecnología de superficie de cavidad no absorbente, tecnología de pasivación de superficie de cavidad y tecnología de recubrimiento. Con diversas industrias El desarrollo de diodos láser, ya sea que se utilicen como fuente de bombeo o se apliquen directamente, ha planteado nuevas exigencias a las fuentes de luz láser de semiconductores. En el caso de requisitos de mayor potencia, para mantener una alta calidad del haz, se debe realizar una combinación de haz láser. Combinación de haz láser de semiconductor La tecnología de haz incluye principalmente: combinación de haz convencional (TBC), tecnología de combinación de longitud de onda densa (DWDM), tecnología de combinación espectral (SBC), tecnología de combinación de haz coherente (CBC), etc.