Yüksek güçlü lazerler alanında, lazer çubukları vazgeçilmez temel bileşenlerdir. Sadece enerji çıkışının temel birimleri olarak hizmet etmekle kalmazlar, aynı zamanda modern optoelektronik mühendisliğinin hassasiyetini ve entegrasyonunu da somutlaştırırlar.—Bu nedenle onlara "lazer sistemlerinin motoru" lakabı verilmiştir. Peki, bir lazer çubuğunun yapısı tam olarak nedir ve sadece birkaç milimetre boyutundan nasıl onlarca hatta yüzlerce watt çıkış gücü sağlayabilir? Bu makale, lazer çubuklarının iç mimarisini ve mühendislik sırlarını inceliyor.
1. Lazer Bar Nedir?
Lazer çubuk, tek bir alt tabaka üzerinde yanal olarak düzenlenmiş birden fazla lazer diyot çipinden oluşan yüksek güçlü bir yayıcı cihazdır. Çalışma prensibi tek bir yarı iletken lazerinkine benzer olsa da, lazer çubuk daha yüksek optik güç ve daha kompakt bir form faktörü elde etmek için çoklu yayıcı düzeni kullanır.
Lazer çubukları, doğrudan lazer kaynakları olarak veya fiber lazerler ve katı hal lazerleri için pompa kaynakları olarak endüstriyel, tıbbi, bilimsel ve savunma sektörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.
2. Lazer Çubuğunun Yapısal Bileşimi
Lazer çubuğunun iç yapısı, performansını doğrudan belirler. Başlıca şu temel bileşenlerden oluşur:
①Yayıcılar Dizisi
Lazer çubukları tipik olarak yan yana dizilmiş 10 ila 100 adet yayıcıdan (lazer boşluğu) oluşur. Her bir yayıcı yaklaşık 50 nm'dir.–150μm genişliğinde olup, lazer ışığı üretmek ve yaymak için bir PN eklemi, rezonans boşluğu ve dalga kılavuzu yapısı içeren bağımsız bir kazanç bölgesi görevi görür. Tüm yayıcılar aynı alt tabakayı paylaşırken, genellikle paralel olarak veya bölgeler halinde elektriksel olarak sürülürler.
②Yarıiletken Katman Yapısı
Lazer çubuğunun merkezinde, aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi yarı iletken katman bulunur:
- P tipi ve N tipi epitaksiyel katmanlar (PN eklemini oluşturan)
- Uyarılmış emisyon üreten aktif katman (örneğin, kuantum kuyusu yapısı).
- Yanal ve dikey yönlerde mod kontrolünü sağlayan dalga kılavuzu katmanı
- Lazerin yönlü çıkışını artıran Bragg reflektörleri veya HR/AR kaplamaları.
③Altlık ve Termal Yönetim Yapısı
Yayıcılar, monolitik bir yarı iletken alt tabaka (genellikle GaAs) üzerine yetiştirilir. Verimli ısı dağıtımı için, lazer çubuğu bakır, W-Cu alaşımı veya CVD elmas gibi yüksek iletkenliğe sahip altlıklara lehimlenir ve ısı emiciler ve aktif soğutma sistemleriyle eşleştirilir.
④Emisyon Yüzeyi ve Kolimasyon Sistemi
Yayılan ışınların büyük sapma açıları nedeniyle, lazer çubukları genellikle ışın hizalaması ve şekillendirme için mikro mercek dizileri (FAC/SAC) ile donatılmıştır. Bazı uygulamalar için ek optikler de gerekebilir.—silindirik mercekler veya prizmalar gibi—Uzak alan sapmasını ve ışın kalitesini kontrol etmek için kullanılırlar.
3. Performansı Etkileyen Temel Yapısal Faktörler
Lazer çubuğunun yapısı, kararlılığını, verimliliğini ve kullanım ömrünü belirlemede çok önemli bir rol oynar. Başlıca hususlardan bazıları şunlardır:
①Termal Yönetim Tasarımı
Lazer çubukları yüksek güç yoğunluğuna ve yoğunlaştırılmış ısıya sahiptir. Düşük termal direnç esastır ve bu, homojen ısı dağılımı için mikrokanal soğutma ile birlikte AuSn lehimleme veya indiyum bağlama yoluyla elde edilir.
②Kiriş Şekillendirme ve Hizalama
Birden fazla yayıcı genellikle düşük tutarlılık ve dalga cephesi hizalama sorunlarından muzdariptir. Uzak alan ışın kalitesini iyileştirmek için hassas mercek tasarımı ve hizalaması kritik öneme sahiptir.
③Stres Kontrolü ve Güvenilirlik
Malzemeler arasındaki termal genleşme katsayılarındaki uyumsuzluklar, deformasyona veya mikro çatlaklara yol açabilir. Ambalaj, mekanik stresi eşit şekilde dağıtacak ve bozulmadan termal döngülere dayanacak şekilde tasarlanmalıdır.
4. Lazer Bar Tasarımında Gelecek Trendler
Daha yüksek güç, daha küçük boyut ve daha fazla güvenilirlik talebi arttıkça, lazer çubuk yapılarının gelişimi de devam etmektedir. Başlıca geliştirme yönleri şunlardır:
①Dalgaboyu Genişlemesi: 1,5'e Uzanmaμm ve orta kızılötesi bantlar
②Minyatürleştirme: Kompakt cihazlarda ve yüksek entegrasyonlu modüllerde kullanımın sağlanması
③Akıllı Ambalajlama: Sıcaklık sensörleri ve durum geri bildirim sistemlerini entegre etme
④Yüksek Yoğunluklu Katmanlama: Kompakt bir alanda kilovat seviyesinde çıkış elde etmek için katmanlı diziler.
5. Sonuç
Çünkü“kalp”Yüksek güçlü lazer sistemlerinde, lazer çubuklarının yapısal tasarımı, genel sistemin optik, elektriksel ve termal performansını doğrudan etkiler. Sadece milimetre genişliğinde bir yapıya düzinelerce yayıcı entegre etmek, yalnızca gelişmiş malzeme ve üretim tekniklerini sergilemekle kalmaz, aynı zamanda günümüzdeki yüksek entegrasyon seviyesini de temsil eder.'fotonik endüstrisi.
Geleceğe baktığımızda, verimli ve güvenilir lazer kaynaklarına olan talep artmaya devam ettikçe, lazer çubuk yapısındaki yenilikler, lazer endüstrisini yeni zirvelere taşımada kilit bir itici güç olmaya devam edecektir.
Eğer siz'Lazer çubuk ambalajı, termal yönetim veya ürün seçimi konularında uzman desteğine ihtiyacınız varsa, bizimle iletişime geçmekten çekinmeyin.'Burada, uygulamanızın özel ihtiyaçlarına uygun, kişiselleştirilmiş çözümler sunmak için bulunuyoruz.
Yayın tarihi: 02.07.2025