Upoštevanje načrtov zavisokozmogljiv polprevodniški laser
Ta članek bo sistematično podrobneje predstavil ključne vidike načrtovanja in metode izvedbe visokozmogljivih polprevodnikov.laserNa podlagi splošne ideje o »povečanju zgornje meje moči s povečanjem svetlobnega volumna, optimizacijo pretvorbe energije in poti disipacije ob hkratnem izogibanju katastrofalnim optičnim poškodbam (COD)« je bila izvedena poglobljena analiza z 9 ključnih vidikov:
1. Široko območje emisije: Z uporabo strukture širokega območja (kot je povečanje širine območja emisije W z nekaj mikrometrov na 50–200 mikrometrov) se lahko največja izhodna moč neposredno linearno poveča, kar je osnovna metoda za doseganje izhodne moči ene same cevi na ravni vatov ali celo deset vatov, vendar se pri tem žrtvuje kakovost žarka.
2. Dolga votlina: Povečanje dolžine votline je ključnega pomena za izboljšanje delovanja električnega ogrevanja in doseganje učinkovitega delovanja z veliko močjo. Njeno bistvo je v učinkovitem zmanjšanju toplotne upornosti in upornosti naprave, s čimer se zmanjša dvig temperature stičišča aktivnega območja, zmanjšajo učinki nasičenosti moči ter izboljša izhodna moč in učinkovitost.
3. Razširitev valovodov in asimetričnih optičnih votlin: Z razširitvijo porazdelitve optičnega polja (na primer z uporabo asimetričnih struktur optičnih votlin) se lahko zmanjša prekrivanje med optičnim poljem in območji z visokimi absorpcijskimi izgubami, kar znatno zmanjša notranje izgube, izboljša kvantno učinkovitost in zmanjša nastajanje toplote. Hkrati se lahko izboljša tudi kakovost žarka v navpični smeri.
4. Faktor polnjenja: Pri svetilkah s palicami je faktor polnjenja (razmerje med skupno širino svetleče enote in skupno širino palice) ključni parameter za uravnoteženje gostote izhodne moči in težav pri upravljanju toplote. Visok faktor polnjenja prinaša visoko gostoto moči, vendar zahteva izjemno visoko odvajanje toplote, medtem ko nizek faktor polnjenja bolj ugodno vpliva na upravljanje toplote in izboljšuje zanesljivost.
6. Tehnologija zaščite čelne ploskve: Izboljšanje praga katastrofalne optične poškodbe zrcala (COMD) čelne ploskve je ključnega pomena za preboj ozkega grla v moči. Članek podrobneje obravnava tri glavne tehnologije:
6.1 Pasivacija in premaz površine votline: Z nanašanjem pasivizacijskih slojev in premazom visoko odbojnih/antirefleksnih filmov se pasivizirajo napake na površini votline, zavira se nesevalna rekombinacija in znatno izboljša prag COMD.
6.2 Tehnologija neabsorpcijskih oken: Uporaba hibridizacije kvantnih jamic in drugih tehnik za oblikovanje prozornega okenskega območja na čelni ploskvi, da se zmanjša absorpcija svetlobe in prepreči COMD.
6.3 Tehnologija cone brez vbrizgavanja na površini votline: Uvedba cone brez vbrizgavanja toka blizu površine votline za zmanjšanje koncentracije nosilcev in nesevalne rekombinacije na površini votline.
7. Zasnova z visoko svetlostjo: Za reševanje problema slabe kakovosti žarka pri laserju širokega območja sta predstavljeni dve tehniki za doseganje visoke svetlosti:
7.1. Stožčasta struktura: Združevanje ozkega valovodnega "območja semena" na sprednjem koncu in "območja stožčaste ojačitve" na zadnjem koncu ohranja kakovost žarka blizu difrakcijske meje, hkrati pa ojačuje moč.
7.2 Nadzor modov: Uvedba mikrostruktur v širokem območju za selektivno povečanje izgube transverzalnih modov višjega reda in s tem izboljšanje kakovosti žarka.
8. Kvantna vdolbina deformacije in kompenzacija deformacije: Uvedba deformacije v aktivno območje kvantne vdolbine lahko optimizira pasovno strukturo, poveča diferencialni dobiček, s čimer zmanjša prag toka, izboljša učinkovitost in izboljša visokotemperaturne lastnosti. Tehnologija kompenzacije deformacije preprečuje kopičenje deformacije in napak z rastjo pregradnih plasti z nasprotno deformacijo, kar zagotavlja kakovost materiala.
9. Napredno upravljanje toplote in pakiranje z nizko napetostjo: Kot odgovor na izzive odvajanja toplote, ki jih prinaša visoka gostota moči, ta članek predstavlja nove materiale za hladilne tekočine (kot so diamantni kompozitni materiali), mikrokanalne hladilnike in tehnologije pakiranja z uporabo vmesnih materialov z nizko napetostjo za doseganje izjemno visoke zmogljivosti odvajanja toplote in izboljšanje zanesljivosti.
10. Porazdeljeni valovod: Kot shema intrinzičnega toplotnega upravljanja na ravni čipa ta struktura deli grebenski valovod na vzbujevalno cono in pasivno cono odvajanja toplote vzdolž dolžine votline ter znotraj čipa gradi prečni toplotni kanal za učinkovito odvajanje toplote, s čimer prebija omejitve tradicionalnih metod odvajanja toplote.
Povzetek in napoved poudarjata, da je zasnova visokozmogljivihpolprevodniški laserje večkriterijski optimizacijski problem, ki vključuje elektriko, optiko, termodinamiko in zanesljivost. Treba je doseči najboljše ravnovesje med tremi osnovnimi zasnovami: širokim emisijskim območjem, dolgo votlino in razširjenim valovodom, ter tehnologijami, ki se spopadajo s tremi glavnimi izzivi: upravljanjem toplote, poškodbami čelne površine in kakovostjo žarka. Nadaljnje izboljšanje prihodnje zmogljivosti bo odvisno od razvoja novih materialov, novih fizikalnih mehanizmov in novih proizvodnih procesov.
Čas objave: 21. maj 2026