एनआईआर लेजर हाई पावर सेमीकंडक्टर लेजर के बारे में क्या ख्याल है?

उच्च शक्तिसेमीकंडक्टर लेजरबुद्धिमान विनिर्माण, लेजर संचार, लेजर सेंसिंग, चिकित्सा सौंदर्य आदि में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अपने जन्म के बाद से, उन्होंने सिद्धांत, व्यवहार और अनुप्रयोग में काफी प्रगति की है, जो समग्र लेजर बाजार के अधिकांश हिस्से के लिए जिम्मेदार है। उनमें से, निकट-अवरक्त बैंड में उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर सबसे अच्छे हैं।

निकट-अवरक्त उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर चिप्स उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर चिप्स ऑप्टिकल फाइबर, ठोस-अवस्था और प्रत्यक्ष अर्धचालक लेजर द्वारा दर्शाए गए समकालीन उच्च-ऊर्जा लेजर के मुख्य प्रकाश स्रोत हैं। लेज़र चिप की शक्ति, चमक और विश्वसनीयता मुख्य संकेतक हैं, जो सीधे लेज़र सिस्टम के प्रदर्शन और लागत को प्रभावित करते हैं।

सेमीकंडक्टर लेजर चिप की मुख्य संरचना में एक एपिटैक्सियल प्रकाश-उत्सर्जक परत शामिल होती है जो एक लेजर लाभ माध्यम प्रदान करती है, एक इलेक्ट्रोड जो वाहक को एपिटैक्सियल प्रकाश-उत्सर्जक परत में इंजेक्ट करता है, और एक दरार गुहा सतह जो एक गुंजयमान गुहा बनाती है। चिप की विकास प्रक्रिया में एपिटैक्सियल संरचना डिजाइन और सामग्री विकास, चिप संरचना डिजाइन और तैयारी प्रक्रिया, गुहा सतह दरार निष्क्रियता उपचार और ऑप्टिकल कोटिंग, चिप पैकेजिंग परीक्षण, चिप जीवन विश्वसनीयता और प्रदर्शन विश्लेषण के चरण शामिल हैं, जिनमें से मुख्य संकेतक सीधे हैं प्रभावित करने वाली तीन प्रमुख प्रौद्योगिकियां एपिटैक्सियल संरचना डिजाइन और सामग्री विकास, चिप संरचना डिजाइन और तैयारी प्रक्रिया, गुहा सतह दरार और निष्क्रियता उपचार हैं।
(1) एपिटैक्सियल संरचना डिजाइन और सामग्री वृद्धि एपिटैक्सियल संरचना डिजाइन और सामग्री वृद्धि में लेजर का लाभ और पंपिंग शामिल है, जो सीधे चिप की इलेक्ट्रो-ऑप्टिक दक्षता को प्रभावित करता है। मुख्य कारक हेटेरोजंक्शन और थोक सामग्री वोल्टेज हानि, वाहक रिसाव हानि और प्रकाश अवशोषण हानि हैं। सेमीकंडक्टर सामग्रियों के ऊर्जा बैंड विश्लेषण के अनुसार, हेटेरोजंक्शन वोल्टेज मुख्य रूप से कारावास परत, सब्सट्रेट और वेवगाइड परत के बीच इंटरफेस से आता है, और चिप के हेटेरोजंक्शन वोल्टेज को इंटरफ़ेस ग्रेडिएंट और उच्च डोपिंग अनुकूलन के माध्यम से प्रभावी ढंग से कम किया जाता है। वाहक गतिशीलता बढ़ाने और डोपिंग एकाग्रता बढ़ाने के लिए सामग्री संरचना को समायोजित करके थोक सामग्री प्रतिरोध प्राप्त किया जा सकता है। वाहक रिसाव हानि को कम करने के लिए पर्याप्त वाहक कारावास अवरोध की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से पी-प्लेन इलेक्ट्रॉन अवरोध की। इसलिए, सामग्री संरचना को अनुकूलित करने के लिए थोक सामग्री प्रतिरोध में कमी और वाहक कारावास में सुधार पर व्यापक रूप से विचार करने की आवश्यकता है। ऑप्टिकल अवशोषण हानि आमतौर पर एक असममित अल्ट्रा-बड़े ऑप्टिकल कैविटी वेवगाइड संरचना को डिजाइन करके प्राप्त की जा सकती है। जब वेवगाइड परत की कुल मोटाई अपरिवर्तित रहती है, तो पी-प्लेन वेवगाइड परत की मोटाई कम हो जाती है और एन-प्लेन वेवगाइड परत की मोटाई बढ़ जाती है, ताकि ऑप्टिकल क्षेत्र का मुख्य भाग कम अवशोषण में वितरित हो कम-प्रतिरोध एन-प्लेन, ऑप्टिकल क्षेत्र और उच्च-अवशोषण पी-प्लेन के ओवरलैप को कम करता है, थोक सामग्री के वोल्टेज को कम करता है, और प्रकाश अवशोषण हानि को कम करता है। साथ ही, क्रमिक डोपिंग वितरण डिजाइन के साथ मिलकर, थोक सामग्री वोल्टेज हानि और प्रकाश अवशोषण हानि का एक साथ अनुकूलन महसूस किया जाता है। 900 एनएम बैंड में लेजर चिप्स आमतौर पर लाभ सामग्री के रूप में InGaAs क्वांटम कुओं का उपयोग करते हैं, और लाभ बढ़ाने के लिए उच्च तनाव वाले AlInGaAs क्वांटम कुओं का उपयोग करते हैं, लेकिन चतुर्धातुक सामग्री के रूप में AlInGaAs क्वांटम कुओं में सामग्री विकास नियंत्रण के लिए सख्त आवश्यकताएं होती हैं। क्वांटम वेल बॉडी दोषों की न्यूक्लियेशन ऊर्जा को बढ़ाने के लिए वायुमंडल अनुपात और विकास तापमान दर को अनुकूलित करना आवश्यक है, जिससे क्वांटम कुओं के दोष घनत्व को कम किया जा सके और उच्च-गुणवत्ता और उच्च-तनाव वाले क्वांटम कुओं को विकसित किया जा सके।
(2) जब चिप संरचना डिजाइन और निर्माण प्रक्रिया उच्च-शक्ति मोड में काम करती है, तो चिप की पार्श्व उच्च-क्रम मोड की तीव्रता बढ़ जाती है, जिसके परिणामस्वरूप विचलन कोण में तेज वृद्धि होती है और चमक में कमी आती है। वेवगाइड के किनारे पर अवशोषण और बिखरने का उपयोग आम तौर पर उच्च-क्रम मोड की तीव्रता को कम करने के लिए साहित्य रिपोर्टों में किया जाता है, लेकिन इससे निम्न-क्रम मोड में अतिरिक्त अवशोषण हानि भी होगी और कुल ऑप्टिकल शक्ति कम हो जाएगी। इसके अलावा, उच्च शक्ति पर काम करते समय, चिप की ऑप्टिकल क्षेत्र की तीव्रता अनुदैर्ध्य दिशा में असमान रूप से वितरित होती है, जबकि पारंपरिक संरचना चिप के वर्तमान इंजेक्शन द्वारा उत्पन्न वाहक एकाग्रता अनुदैर्ध्य दिशा में एक समान होती है, इसलिए ऑप्टिकल क्षेत्र की तीव्रता और वाहक एकाग्रता वितरण मेल नहीं खा सकता है, इससे ऊर्ध्वाधर अंतरिक्ष छेद जलने का प्रभाव उत्पन्न होगा, जिसके परिणामस्वरूप बिजली संतृप्ति होगी। इस समस्या को हल करने का एक तरीका वाहक इंजेक्शन वितरण की डिवाइस संरचना को समायोजित करना है।
(3) कैविटी सतह दरार और निष्क्रियता उपचार उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर चिप्स की मुख्य विफलता मोड कैविटी सतह ऑप्टिकल आपदा क्षति (सीओएमडी) है। जब चिप उच्च शक्ति पर काम कर रही होती है तो COMD क्लीविंग कैविटी सतह और आसपास के क्षेत्र के प्रकाश अवशोषण से आता है। सतह प्रकाश अवशोषण सतह के लटकते बंधनों के टूटने, सतह के ऑक्सीकरण और सतह के संदूषण के कारण होता है, जबकि पारंपरिक गुहा सतह का दरार वायुमंडल या कम वैक्यूम वातावरण में किया जाता है, और इस समस्या से बचा नहीं जा सकता है। दरार सतह के पास के क्षेत्र में प्रकाश अवशोषण इंटरबैंड अवशोषण से होता है। जब चिप उच्च शक्ति पर काम करती है, तो इस क्षेत्र का तापमान बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री के बैंड गैप में कमी आती है और इंटरबैंड अवशोषण में वृद्धि होती है। इस प्रकार के अवशोषण को कम करने का सबसे प्रभावी तरीका एक विस्तृत बैंड गैप (कम अवशोषण) विंडो संरचना बनाना है। एपिटैक्सियल संरचना डिजाइन और सामग्री विकास, चिप संरचना डिजाइन और तैयारी प्रक्रिया, गुहा सतह दरार और निष्क्रियता उपचार के विकास के माध्यम से, सूज़ौ एवरब्राइट हुआक्सिन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक्स टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड (इसके बाद इसे "एवरब्राइट हुआक्सिन" के रूप में जाना जाता है) ने 28 डब्ल्यू लॉन्च किया है। सेमीकंडक्टर लेजर चिप. चिप की शक्ति में वृद्धि मुख्य रूप से चिप एपिटैक्सियल संरचना के अनुकूलित डिजाइन और गुहा सतह की विशेष प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी के सुधार से आती है। सेमीकंडक्टर लेजर की आउटपुट पावर मुख्य रूप से लेजर थ्रेशोल्ड, ढलान और उच्च वर्तमान पावर झुकने जैसे कारकों से प्रभावित होती है। आमतौर पर पीएन जंक्शन की डोपिंग सांद्रता को कम करने से थ्रेशोल्ड में कमी और ढलान में वृद्धि होती है, और बहुत कम डोपिंग एकाग्रता से पीएन जंक्शन के प्रतिरोध में वृद्धि और चिप वोल्टेज में वृद्धि होगी। थ्रेशोल्ड ढलान और वोल्टेज के बीच संतुलन को अनुकूलित करने की समस्या को हल करने के लिए, चांगगुआंग हुआक्सिन ने असममित बड़े ऑप्टिकल गुहा संरचना की वेवगाइड परत की मोटाई को अनुकूलित किया, और पीएन जंक्शन के विभिन्न क्षेत्रों में डोपिंग एकाग्रता के वितरण को सावधानीपूर्वक डिजाइन किया, ताकि ताकि सीमा को कम किया जा सके और ढलान दक्षता में सुधार किया जा सके। वोल्टेज को मूल रूप से स्थिर रखने का प्रभाव। उच्च धारा का झुकना मुख्य रूप से उच्च धारा प्रवाहित करने पर आंतरिक क्वांटम दक्षता में कमी के कारण होता है। एवरब्राइट ने लेजर संरचना के लाभ क्षेत्र के पास सामग्री की ऊर्जा बैंड संरचना को अनुकूलित किया, पीएन जंक्शन इंजेक्शन इलेक्ट्रॉनों की कारावास क्षमता में सुधार किया, और उच्च वर्तमान इंजेक्शन के दौरान क्वांटम दक्षता को प्रभावी ढंग से बढ़ाया। लेजर चिप की शक्ति को अनुकूलित करते समय, एवरब्राइट दोष अनुपात को कम करने के लिए कैविटी सतह की विशेष उपचार प्रक्रिया की सामग्री की गुणवत्ता में सुधार करना जारी रखता है, ऑप्टिकल आपदा क्षति का विरोध करने के लिए कैविटी सतह की क्षमता में सुधार करता है, और यह सुनिश्चित करता है कि 28 डब्ल्यू उच्च शक्ति वाली लेजर चिप लेजर जीवन के लिए औद्योगिक बाजार की आवश्यकताओं को पूरा करती है। आवश्यकताएं।

एक व्यावहारिक उपकरण के रूप में, निकट-अवरक्त उच्च-शक्ति अर्धचालक प्रकाश स्रोत मॉड्यूल फाइबर लेजर अपने अद्वितीय लाभों के कारण हाल के वर्षों में तेजी से विकसित हुआ है, और औद्योगिक विनिर्माण, प्रसंस्करण और वैज्ञानिक अनुसंधान के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। फ़ाइबर लेज़र के मुख्य अपस्ट्रीम उपकरण के रूप में, पंपिंग स्रोत का विकास भी फ़ाइबर लेज़र की समग्र तकनीक के विकास और प्रगति को बढ़ावा देता है।
(1) औद्योगिक फाइबर लेजर पंपिंग स्रोत हाल के वर्षों में, औद्योगिक फाइबर लेजर बाजार तेजी से विकसित हुआ है और इसकी मजबूत गति है। फ़ाइबर लेज़रों ने अपनी अनूठी तकनीक और अनुप्रयोग लाभों के साथ औद्योगिक लेज़र प्रसंस्करण बाज़ार में अग्रणी स्थान ले लिया है। जहां तक ​​औद्योगिक फाइबर लेजर बाजार का सवाल है, निम्न-से-मध्यम शक्ति फाइबर लेजर तकनीक परिपक्व और स्थिर हो गई है, और पूरी तरह से लागत प्रतिस्पर्धा के चरण में प्रवेश कर गई है।

2) वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए फाइबर लेजर पंपिंग स्रोत। वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए फाइबर लेजर की आमतौर पर चमक पर उच्च आवश्यकताएं होती हैं या कुछ विशेष अनुप्रयोग परिदृश्यों में उपयोग की जाती हैं। ये आवश्यकताएँ पम्पिंग स्रोत तक विस्तारित हैं। आम तौर पर, पंपिंग स्रोत को उच्च चमक और छोटे आकार की आवश्यकता होती है। , हल्के वजन, तरंग दैर्ध्य लॉकिंग और अन्य विशेषताएं। छोटी मात्रा के लिए पंपिंग स्रोत के लिए कॉम्पैक्ट पैकेजिंग डिजाइन की आवश्यकता होती है, और हल्के वजन के लिए पंपिंग स्रोत के लिए आवश्यक वजन घटाने के उपचार और गर्मी चालन दक्षता सुनिश्चित करने के आधार पर ट्यूब शेल को संसाधित करने के लिए नई कम घनत्व वाली धातु सामग्री के उपयोग की आवश्यकता होती है।

High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers High-brightness kilowatt-class fiber-coupled direct semiconductor lasers have the characteristics of high brightness, wide wavelength range, high electro-optical conversion efficiency and easy use, and have a wide range of potential applications in industry and scientific research fields, such as for Metal material processing, Yb-doped fiber laser pumping, Raman nonlinear fiber laser pumping, and energy transfer. Brightness is defined as B=P·A-1·Ω-1, where P is the output power of the laser, A is the area of the beam waist of the output beam of the laser, and Ω is the solid angle of the divergence angle of the output beam of the laser. Generally speaking, the higher the brightness, the smaller the focused spot size and the longer the working distance. The continuous output power of a single laser diode light-emitting unit (or laser diode single tube) is less than 40 W, and it is necessary to use different beam combining methods to combine dozens to hundreds of single tube chips into a beam output to achieve kilowatt-level output. Conventional direct semiconductor lasers are based on a laser diode single tube or bar (composed of multiple single tubes), using spatial beam combining, polarization beam combining, coarse spectrum beam combining or fiber beam combining to increase output power. Direct semiconductor lasers based on this type of beam combining technology have high output power and low cost, and are favored by the industry, and can be used for welding and cladding of metal materials. Using the dense spectral beam combining technology based on a single-tube chip, Everbright Huaxin has successfully developed a variety of high-brightness fiber-coupled direct semiconductor lasers, which greatly improved the output brightness of direct semiconductor lasers (> 200 MW cm-2 Sr-1) and Electro-optical conversion efficiency (>45 प्रतिशत). उदाहरण के लिए, 2019 में, एवरब्राइट ने 1 किलोवाट, 220 μm/NA0.22 सेमीकंडक्टर लेजर (21MW सेमी की आउटपुट ब्राइटनेस के साथ) लॉन्च किया। -1), जिसका उपयोग पतली प्लेट वेल्डिंग में व्यापक रूप से किया गया है; उसी वर्ष, इसने 4 किलोवाट, 600 μm /NA0.22 (11 मेगावाट सेमी की आउटपुट चमक -2 सीनियर -1) लॉन्च किया, प्रत्यक्ष अर्धचालक लेजर का व्यापक रूप से सतह आवरण में उपयोग किया गया है। हालाँकि, आउटपुट फाइबर के बड़े कोर व्यास और कम चमक के कारण, इस प्रकार के लेजर का उपयोग धातु सामग्री और वैज्ञानिक अनुसंधान अनुप्रयोगों को काटने के लिए नहीं किया जा सकता है जिनके लिए उच्च चमक की आवश्यकता होती है। चित्र 8 स्थानिक रूप से फाइबर युग्मन को संयोजित करने वाले कई एकल-ट्यूब चिप्स के सिमुलेशन परिणाम दिखाता है। 100 μm/NA0.22 फाइबर द्वारा समायोजित एकल-ट्यूब चिप्स की अधिकतम संख्या 12 है, इसलिए आउटपुट पावर एकल-ट्यूब चिप की तुलना में केवल 12 गुना है।

निकट-अवरक्त उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर का उपयोग ठोस-अवस्था और फाइबर लेजर के लिए पंपिंग स्रोतों और मुख्य उपकरणों के रूप में किया जा सकता है, और विभिन्न बीम संयोजन प्रौद्योगिकियों के माध्यम से सीधे औद्योगिक और वैज्ञानिक अनुसंधान क्षेत्रों में भी इस्तेमाल किया जा सकता है, जो लेजर में एक बड़े बाजार पर कब्जा कर लेता है। उद्योग। सिंगल-ट्यूब चिप एक उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर पंपिंग स्रोत की एक इकाई डिवाइस है। इसकी व्यापक विशेषताएं आउटपुट ऑप्टिकल पावर, रूपांतरण दक्षता और अंतिम पंपिंग स्रोत मॉड्यूल की मात्रा निर्धारित करती हैं। इसलिए, यह हमारे अनुसंधान एवं विकास और अनुसंधान का फोकस बन गया है। अनुसंधान टीम के गहन सैद्धांतिक शोध, सामग्री विकास प्रौद्योगिकी की प्रगति और पैकेजिंग प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, JTBYShield ने उच्च-शक्ति अर्धचालक लेजर की आउटपुट पावर, जीवन, विश्वसनीयता और अनुप्रयोग अभ्यास में काफी सुधार किया है, जिससे काफी कमी आई है। विदेशी अंतराल के बीच का समय. भविष्य में, हम न केवल प्रमुख प्रौद्योगिकियों में सफलता हासिल करेंगे, बल्कि औद्योगीकरण भी हासिल करेंगे, और उच्च अंत लेजर पंपिंग स्रोत चिप्स और उपकरणों के पूर्ण स्थानीयकरण और औद्योगीकरण का एहसास करेंगे।

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