Mga konsiderasyon sa disenyo para sa high-power semiconductor laser

Mga konsiderasyon sa disenyo para sataas nga gahum nga semiconductor laser
Kini nga artikulo sistematikong magpasabot sa mga kinauyokan nga konsiderasyon sa disenyo ug mga pamaagi sa pagpatuman sa high-power semiconductor.laserBase sa kinatibuk-ang ideya sa "pagpataas sa power upper limit pinaagi sa pagpalapad sa luminous volume, pag-optimize sa energy conversion ug dissipation paths samtang naglikay sa catastrophic optical damage (COD)", usa ka lawom nga pag-analisar ang gihimo gikan sa 9 ka importanteng aspeto:
1. Halapad nga lugar sa emisyon: Pinaagi sa pagsagop sa usa ka halapad nga istruktura sa lugar (sama sa pagdugang sa gilapdon sa lugar sa emisyon nga W gikan sa pipila ka micrometer ngadto sa 50-200 micrometer), ang labing taas nga gahum sa output mahimong direkta nga linear nga madugangan, nga mao ang sukaranan nga pamaagi aron makakuha og single tube output sa lebel sa watt o bisan napulo ka watts, apan kini nagsakripisyo sa kalidad sa beam.
2. Taas nga lungag: Ang pagpataas sa gitas-on sa lungag mao ang yawe sa pagpalambo sa performance sa electrical heating ug pagkab-ot sa episyente ug taas nga power nga operasyon. Ang kinauyokan niini anaa sa epektibong pagpakunhod sa thermal resistance ug resistance sa device, sa ingon mapugngan ang pagtaas sa temperatura sa active region junction, pagpakunhod sa power saturation effects, ug pagpauswag sa output power ug efficiency.
3. Pagpalapad sa mga waveguide ug asymmetric optical cavities: Pinaagi sa pagpalapad sa optical field distribution (sama sa paggamit sa asymmetric optical cavity structures), ang overlap tali sa optical field ug high absorption loss areas mahimong maminusan, nga makapakunhod pag-ayo sa internal losses, makapauswag sa quantum efficiency, ug makapakunhod sa heat generation. Sa samang higayon, ang kalidad sa beam sa bertikal nga direksyon mahimo usab nga mapauswag.
4. Fill factor: Sa mga bar device, ang fill factor (ang ratio sa kinatibuk-ang gilapdon sa light-emitting unit ngadto sa kinatibuk-ang gilapdon sa bar) mao ang kinauyokan nga parameter para sa pagbalanse sa output power density ug sa kalisud sa thermal management. Ang taas nga fill factor nagdala og taas nga power density apan nanginahanglan og taas kaayo nga heat dissipation, samtang ang ubos nga fill factor mas makatabang sa thermal management ug makapaayo sa kasaligan.
6. Teknolohiya sa pagpanalipod sa tumoy sa nawong: Ang pagpaayo sa katalagman nga optical mirror damage (COMD) threshold sa tumoy sa nawong mao ang yawe sa pagsulbad sa power bottleneck. Ang artikulo nagpatin-aw sa tulo ka pangunang teknolohiya:
6.1 Passivation ug coating sa ibabaw sa lungag: Pinaagi sa pagdeposito sa mga passivation layer ug pag-coat sa mga high reflectivity/anti reflection films, ang mga depekto sa ibabaw sa lungag ma-passivate, ang non radiative recombination mapugngan, ug ang COMD threshold molambo pag-ayo.
6.2 Teknolohiya sa non-absorption window: Paggamit sa quantum well hybridization ug uban pang mga teknik aron maporma ang usa ka transparent nga rehiyon sa bintana sa tumoy nga bahin aron makunhuran ang pagsuhop sa kahayag ug malikayan ang COMD.
6.3 Teknolohiya sa non-injection zone sa ibabaw sa lungag: Pagpaila og kasamtangang non-injection zone duol sa ibabaw sa lungag aron makunhuran ang konsentrasyon sa carrier ug non-radiative recombination sa ibabaw sa lungag.
7. Disenyo sa taas nga kahayag: Duha ka teknik para sa pagkuha og taas nga kahayag nga output ang gipaila aron masulbad ang problema sa dili maayo nga kalidad sa beam sa wide area laser:
7.1. Istruktura sa kono: Pinaagi sa paghiusa sa pig-ot nga waveguide nga “seed area” sa atubangan nga tumoy ug sa “cone amplification area” sa likod nga tumoy, ang kalidad sa beam nga duol sa diffraction limit gipadayon samtang gipadako ang gahum.
7.2 Pagkontrol sa Mode: Pagpaila sa mga microstructure sulod sa halapad nga range aron mapili nga madugangan ang pagkawala sa mas taas nga order nga transverse mode, sa ingon mapaayo ang kalidad sa beam.

8. Strain quantum well ug strain compensation: Ang pagpaila sa strain sa aktibong rehiyon sa quantum well makapa-optimize sa band structure, makapausbaw sa differential gain, sa ingon makapakunhod sa threshold current, makapaayo sa efficiency, ug makapausbaw sa high-temperature characteristics. Ang strain compensation technology makapugong sa pagtapok sa strain ug mga depekto pinaagi sa pagpatubo sa barrier layers nga adunay opposite strain, nga makasiguro sa kalidad sa materyal.
9. Abansado nga pagdumala sa kainit ug ubos nga stress packaging: Agig tubag sa mga hagit sa pagkawala sa kainit nga dala sa taas nga power density, kini nga artikulo nagpaila sa bag-ong mga materyales sa heat sink (sama sa diamond composite materials), microchannel coolers, ug mga teknolohiya sa packaging gamit ang mga materyales nga ubos ang stress interface aron makab-ot ang ultra-high heat dissipation capacity ug mapaayo ang kasaligan.
10. Distributed waveguide: Isip usa ka chip level intrinsic thermal management scheme, kini nga istruktura nagbahin sa ridge waveguide ngadto sa usa ka excitation zone ug usa ka passive heat dissipation zone ubay sa gitas-on sa lungag, ug nagtukod og usa ka transverse heat channel sulod sa chip aron episyente nga mawala ang kainit, nga makalapas sa mga limitasyon sa tradisyonal nga mga pamaagi sa heat dissipation.
Ang katingbanan ug panglantaw nagpunting nga ang disenyo sa taas nga gahumlaser nga semiconductorusa ka problema sa multi-objective optimization nga naglambigit sa elektrisidad, optika, thermodynamics, ug kasaligan. Gikinahanglan nga makab-ot ang labing maayo nga balanse tali sa tulo ka batakang disenyo sa lapad nga emission area, taas nga cavity, ug gipalapdan nga waveguide, ug ang mga teknolohiya nga nag-atubang sa tulo ka dagkong hagit sa thermal management, kadaot sa end face, ug kalidad sa beam. Ang dugang nga pag-uswag sa umaabot nga performance magdepende sa pag-uswag sa bag-ong mga materyales, bag-ong pisikal nga mekanismo, ug bag-ong mga proseso sa paggama.