Innen høyeffektslasere er laserstenger uunnværlige kjernekomponenter. De fungerer ikke bare som grunnleggende enheter for energiutgang, men de legemliggjør også presisjonen og integrasjonen av moderne optoelektronisk ingeniørkunst.—noe som har gitt dem kallenavnet: «motoren» til lasersystemer. Men hva er egentlig strukturen til en laserstang, og hvordan leverer den titalls eller til og med hundrevis av watt med effekt fra bare noen få millimeter i størrelse? Denne artikkelen utforsker den interne arkitekturen og ingeniørhemmelighetene bak laserstenger.
1. Hva er en laserstang?
En laserstang er en høyeffektsendende enhet som består av flere laserdiodebrikker som er anordnet sideveis på et enkelt substrat. Selv om arbeidsprinsippet ligner på en enkelt halvlederlaser, bruker laserstangen et fleremitterlayout for å oppnå høyere optisk effekt og en mer kompakt formfaktor.
Laserstenger er mye brukt i industrielle, medisinske, vitenskapelige og forsvarssektorer, enten som direkte laserkilder eller som pumpekilder for fiberlasere og faststofflasere.
2. Strukturell sammensetning av en laserstang
Den indre strukturen til en laserstang bestemmer direkte ytelsen. Den består hovedsakelig av følgende kjernekomponenter:
①Emittere-matrise
Laserstenger består vanligvis av 10 til 100 sendere (laserhulrom) arrangert side om side. Hver sender er omtrent 50–150μm bred og fungerer som et uavhengig forsterkningsområde, med en PN-overgang, et resonanskav og en bølgelederstruktur for å generere og sende ut laserlys. Selv om alle sendere deler samme substrat, drives de vanligvis elektrisk parallelt eller i soner.
②Halvlederlagstruktur
I hjertet av laserstangen er det en stabel med halvlederlag, inkludert:
- P-type og N-type epitaksiale lag (som danner PN-overgangen)
- Aktivt lag (f.eks. kvantebrønnstruktur), som genererer stimulert emisjon
- Bølgelederlag, som sikrer moduskontroll i lateral og vertikal retning
- Bragg-reflektorer eller HR/AR-belegg, som forbedrer laserens retningsbestemte utgang
③Substrat- og termisk håndteringsstruktur
Emitterne dyrkes på et monolittisk halvledersubstrat (vanligvis GaAs). For effektiv varmespredning loddes laserstangen på høykonduktivitetsunderlag som kobber, W-Cu-legering eller CVD-diamant, og kobles sammen med kjøleribber og aktive kjølesystemer.
④Emisjonsoverflate og kollimeringssystem
På grunn av de store divergensvinklene til de utsendte strålene, er laserstenger vanligvis utstyrt med mikrolinsematriser (FAC/SAC) for kollimering og stråleforming. For visse bruksområder er tilleggsoptikk nødvendig.—som sylindriske linser eller prismer—brukes til å kontrollere fjernfeltsdivergens og strålekvalitet.
3. Viktige strukturelle faktorer som påvirker ytelsen
Strukturen til en laserstang spiller en avgjørende rolle for stabiliteten, effektiviteten og levetiden. Flere viktige aspekter inkluderer:
①Termisk styringsdesign
Laserstenger har høy effekttetthet og konsentrert varme. Lav termisk motstand er viktig, oppnådd gjennom AuSn-lodding eller indiumbinding, kombinert med mikrokanalkjøling for jevn varmespredning.
②Bjelkeforming og justering
Flere sendere lider ofte av dårlig koherens og bølgefrontfeiljustering. Presisjonslinsedesign og -justering er avgjørende for å forbedre fjernfeltsstrålekvaliteten.
③Stresskontroll og pålitelighet
Materialavvik i termiske utvidelseskoeffisienter kan føre til vridning eller mikrosprekker. Emballasjen må være utformet for å fordele mekanisk belastning jevnt og tåle termisk sykling uten forringelse.
4. Fremtidige trender innen laserstangdesign
Etter hvert som etterspørselen etter høyere effekt, mindre størrelse og større pålitelighet øker, fortsetter laserstangstrukturer å utvikle seg. Viktige utviklingsretninger inkluderer:
①Bølgelengdeutvidelse: Utvidelse til 1,5μm- og mellominfrarøde bånd
②Miniatyrisering: Muliggjør bruk i kompakte enheter og svært integrerte moduler
③Smart emballasje: Inkludering av temperatursensorer og statusfeedbacksystemer
④Høytetthetsstabling: Lagdelte arrayer for å oppnå kilowattnivåutgang i et kompakt format
5. Konklusjon
Som den«hjerte«I høyeffektslasersystemer påvirker den strukturelle utformingen av laserstengene direkte den optiske, elektriske og termiske ytelsen til det totale systemet. Integrering av dusinvis av emittere i en struktur som bare er millimeter bred, viser ikke bare avanserte material- og fabrikasjonsteknikker, men representerer også det høye integrasjonsnivået i dagens teknologi.'s fotonikkindustri.
Etter hvert som etterspørselen etter effektive og pålitelige laserkilder fortsetter å øke, vil innovasjoner innen laserstangstruktur forbli en viktig driver for å fremme laserindustrien til nye høyder.
Hvis du'Hvis du trenger eksperthjelp innen laserbarpakking, termisk styring eller produktvalg, kan du gjerne kontakte oss.'Vi er her for å tilby skreddersydde løsninger som passer dine spesifikke applikasjonsbehov.
Publisert: 02.07.2025