Suure võimsusega pooljuhtlaseri disainikaalutlused

Projekteerimiskaalutlusedsuure võimsusega pooljuhtlaser
See artikkel käsitleb süstemaatiliselt suure võimsusega pooljuhtide põhilisi disainikaalutlusi ja rakendusmeetodeid.laserLähtudes üldisest ideest „suurendada võimsuse ülempiiri valgusmahu laiendamise, energia muundamise ja hajumise radade optimeerimise ning katastroofiliste optiliste kahjustuste (COD) vältimise teel“, viidi läbi põhjalik analüüs üheksast põhiaspektist:
1. Lai emissiooniala: Laia ala struktuuri kasutuselevõtuga (näiteks emissiooniala laiuse W suurendamine mõnest mikromeetrist 50–200 mikromeetrini) saab maksimaalset väljundvõimsust otse lineaarselt suurendada, mis on põhimeetod ühe toru väljundvõimsuse saamiseks vati või isegi kümnete vattide tasemel, kuid see ohverdab kiire kvaliteeti.
2. Pikk õõnsus: õõnsuse pikkuse suurendamine on elektrilise kütte jõudluse parandamise ja tõhusa ning suure võimsusega töö saavutamise võti. Selle põhiolemus seisneb seadme termilise takistuse ja takistuse tõhusas vähendamises, vähendades seeläbi aktiivse piirkonna ühenduskoha temperatuuri tõusu, vähendades võimsuse küllastuse efekte ning parandades väljundvõimsust ja efektiivsust.
3. Lainejuhtide ja asümmeetriliste optiliste õõnsuste laiendamine: Optilise välja jaotuse laiendamise abil (näiteks asümmeetriliste optiliste õõnsuste struktuuride abil) saab vähendada optilise välja ja suure neeldumiskaoga alade kattumist, vähendades oluliselt sisemisi kadusid, parandades kvanttõhusust ja vähendades soojuse teket. Samal ajal saab parandada ka kiire kvaliteeti vertikaalsuunas.
4. Täitetegur: Valgusribaga valgustites on täitetegur (valgustusüksuse kogulaiuse ja valgusriba kogulaiuse suhe) põhiparameeter väljundvõimsuse tiheduse ja termilise haldamise raskuste tasakaalustamiseks. Kõrge täitetegur tagab suure võimsustiheduse, kuid nõuab äärmiselt suurt soojuse hajumist, samas kui madal täitetegur soodustab termilist haldamist ja parandab töökindlust.
6. Otspinna kaitsetehnoloogia: Otspinna katastroofilise optilise peegli kahjustuse (COMD) läve parandamine on võti toite kitsaskoha ületamiseks. Artiklis käsitletakse kolme peamist tehnoloogiat:
6.1 Õõnsuse pinna passiveerimine ja katmine: Passiveerimiskihtide sadestamise ja suure peegeldusvõimega/peegeldumisvastaste kilede katmise abil passiveeritakse õõnsuse pinnadefektid, vähendatakse mittekiirguslikku rekombinatsiooni ja parandatakse oluliselt COMD läve.
6.2 Mitteneelduva akna tehnoloogia: Kvantkaevude hübridisatsiooni ja muude tehnikate kasutamine läbipaistva aknapiirkonna moodustamiseks otsapinnale, et vähendada valguse neeldumist ja vältida COMD-d.
6.3 Õõnsuse pinnale paigutatud mittesissepritsevööndi tehnoloogia: õõnsuse pinna lähedale luuakse voolu mittesissepritsevöönd, et vähendada laengukandjate kontsentratsiooni ja mittekiirguslikku rekombinatsiooni õõnsuse pinnal.
7. Suure heleduse disain: laiaulatusliku laserkiire halva kvaliteedi probleemi lahendamiseks tutvustatakse kahte tehnikat suure heleduse väljundi saavutamiseks:
7.1. Koonuse struktuur: Kitsa lainejuhi „seemneala“ esiosas ja „koonuse võimendusala“ tagaosas kombineerides säilitatakse difraktsioonipiirile lähedane kiire kvaliteet, võimendades samal ajal võimsust.
7.2 Režiimi kontroll: laias vahemikus mikrostruktuuride sissetoomine, et selektiivselt suurendada kõrgema järgu põikmoodide kadu, parandades seeläbi kiire kvaliteeti.

8. Pingete kvantkaev ja pingete kompenseerimine: Pingete lisamine kvantkaevu aktiivsesse piirkonda saab optimeerida riba struktuuri, suurendada diferentsiaalvõimendust, vähendades seeläbi lävivoolu, parandades efektiivsust ja parandades kõrge temperatuuri omadusi. Pingete kompenseerimise tehnoloogia hoiab ära pingete ja defektide kogunemise, kasvatades vastaspingega tõkkekihte, tagades materjali kvaliteedi.
9. Täiustatud soojusjuhtimine ja madala pingega pakend: vastuseks suure võimsustihedusega kaasnevatele soojuse hajumise väljakutsetele tutvustatakse selles artiklis uusi jahutusradiaatorite materjale (näiteks teemantkomposiitmaterjale), mikrokanalijahuteid ja pakendamistehnoloogiaid, mis kasutavad madala pingega liidesematerjale, et saavutada ülikõrge soojuse hajumise võime ja parandada töökindlust.
10. Hajutatud lainejuht: Kiibi tasemel sisemise soojushalduse skeemina jagab see struktuur harjalainejuhi õõnsuse pikkuse ulatuses ergastustsooniks ja passiivseks soojuse hajumistsooniks ning konstrueerib kiibi sisse põiki soojuskanali, et tõhusalt soojust hajutada, ületades traditsiooniliste soojuse hajutamise meetodite piirangud.
Kokkuvõttes ja väljavaadetes tuuakse välja, et suure võimsusega seadmete disainpooljuhtlaseron mitme eesmärgiga optimeerimisülesanne, mis hõlmab elektrit, optikat, termodünaamikat ja töökindlust. Vajalik on saavutada parim tasakaal kolme põhilise konstruktsiooni – laia emissiooniala, pika õõnsusega ja laiendatud lainejuhi – ning tehnoloogiate vahel, mis tegelevad kolme peamise väljakutsega – soojusjuhtimine, otsapindade kahjustused ja kiire kvaliteet. Edasine jõudluse parandamine sõltub uute materjalide, uute füüsikaliste mehhanismide ja uute tootmisprotsesside väljatöötamisest.