NIRレーザー高出力半導体レーザーはどうですか?

高出力半導体レーザーは、インテリジェント製造、レーザー通信、レーザーセンシング、医療美容などで広く使用されています。誕生以来、理論、実践、応用において大きな進歩を遂げ、レーザー市場全体のほとんどを占めています。 中でも近赤外帯の高出力半導体レーザーが最適です。

近赤外高出力半導体レーザーチップ 高出力半導体レーザーチップは、光ファイバーレーザー、固体レーザー、直接半導体レーザーに代表される現代の高エネルギーレーザーの中核光源です。 レーザーチップの出力、輝度、信頼性は重要な指標であり、レーザーシステムの性能とコストに直接影響します。

半導体レーザチップの主な構造は、レーザ利得媒体となるエピタキシャル発光層、エピタキシャル発光層にキャリアを注入する電極、共振器を形成するへき開共振器面からなる。 チップの開発プロセスには、エピタキシャル構造の設計と材料成長、チップ構造の設計と準備プロセス、キャビティ表面の劈開パッシベーション処理と光学コーティング、チップのパッケージングテスト、チップの寿命信頼性と性能分析のステップが含まれており、その中にはコア指標が直接含まれています。 3 つの主要な技術は、エピタキシャル構造の設計と材料成長、チップ構造の設計と準備プロセス、キャビティ表面の劈開と不動態化処理です。
(1) エピタキシャル構造の設計と材料成長 エピタキシャル構造の設計と材料成長には、レーザーの利得と励起が含まれ、チップの電気光学効率に直接影響します。 主な要因は、ヘテロ接合およびバルク材料の電圧損失、キャリア漏洩損失、および光吸収損失です。 半導体材料のエネルギーバンド解析によると、ヘテロ接合電圧は主に閉じ込め層、基板、導波路層の間の界面から発生し、チップのヘテロ接合電圧は界面勾配と高ドーピングの最適化によって効果的に低減されます。 バルク材料の抵抗は、材料組成を調整してキャリア移動度を高め、ドーピング濃度を高めることで実現できます。 キャリア漏洩損失を低減するには、十分なキャリア閉じ込め障壁、特に p 面電子障壁が必要です。 したがって、バルク材料の抵抗の低減とキャリア閉じ込めの改善を総合的に考慮して材料組成を最適化する必要がある。 光吸収損失は、通常、非対称の超大型光キャビティ導波路構造を設計することによって達成できます。 導波路層の総厚が変わらない場合、p面導波路層の厚さは減少し、n面導波路層の厚さは増加するため、光場の主要部分は低吸収領域に分布します。低抵抗の n 面を使用すると、光場と高吸収の p 面の重なりが減少し、バルク材料の電圧が減少し、光吸収損失が減少します。 同時に、段階的なドーピング分布設計と組み合わせることで、バルク材料の電圧損失と光吸収損失の同時最適化が実現されます。 900 nm帯のレーザーチップは通常、利得材料としてInGaAs量子井戸を使用し、利得を高めるために高ひずみを伴うAlInGaAs量子井戸を使用しますが、四元材料としてのAlInGaAs量子井戸には、材料成長制御に対するより厳しい要件があります。 量子井戸本体の欠陥の核生成エネルギーを高めるには、雰囲気比と成長温度速度を最適化する必要があり、これにより量子井戸の欠陥密度を低減し、高品質で高ひずみの量子井戸を成長させることができます。
(2) チップ構造の設計と製造プロセスが高出力モードで行われる場合、チップの横高次モード強度が増加し、発散角が急激に増加し、輝度が低下します。 文献報告では一般に、高次モードの強度を低減するために導波路の端での吸収と散乱が使用されていますが、これにより低次モードへの追加の吸収損失も発生し、総光パワーが減少します。 また、高出力動作時にはチップの光電界強度が長手方向に不均一となるが、従来構造のチップでは電流注入により発生するキャリア濃度が長手方向に均一であるため、光電界強度が高くなる。キャリア濃度分布が一致しない場合、垂直スペースホールバーニング効果が生じ、電力飽和が発生します。 この問題を解決する方法の 1 つは、デバイス構造のキャリア注入分布を調整することです。
(3) 共振器表面の劈開および不動態化処理 高出力半導体レーザチップの主な故障モードは、共振器表面の光カタストロフ損傷 (COMD) です。 COMD は、チップが高出力で動作しているときの劈開キャビティ表面とその周囲領域の光吸収によって発生します。 表面光吸収は、表面のダングリングボンドの開裂、表面の酸化、表面の汚染によって引き起こされますが、従来の共振器表面の開裂は大気中や低真空環境で行われており、この問題は避けられません。 劈開面付近の領域における光の吸収は、バンド間吸収に起因する。 チップが高出力で動作すると、この領域の温度が上昇し、その結果、材料のバンドギャップが減少し、バンド間吸収が増加します。 この種の吸収を低減する最も効果的な方法は、広いバンドギャップ (低吸収) 窓構造を形成することです。 エピタキシャル構造の設計と材料成長、チップ構造の設計と準備プロセス、キャビティ表面の劈開と不動態化処理の開発を通じて、蘇州光大華鑫光電子技術有限公司（以下、「光光華鑫」という）は、28Wの製品を発売した。半導体レーザーチップ。 チップの出力向上は主に、チップエピタキシャル構造の最適化設計とキャビティ表面の特殊加工技術の改良によるものです。 半導体レーザーの出力パワーは主に、レーザーのしきい値、傾き、高電流パワーの曲がりなどの要因によって影響されます。 通常、しきい値の低減と傾きの増加を達成するには、pn 接合のドーピング濃度を下げることによって行われますが、ドーピング濃度が低すぎると、pn 接合の抵抗の増加とチップ電圧の増加につながります。 しきい値の傾きと電圧のバランスを最適化するという問題を解決するために、Changguang Huaxin は非対称の大型光キャビティ構造の導波路層の厚さを最適化し、pn 接合のさまざまな領域におけるドーピング濃度の分布を慎重に設計しました。閾値を下げてスロープ効率を向上させるためです。 基本的に電圧を一定に保つ効果。 高電流の曲がりは主に、高電流が注入されたときの内部量子効率の低下によるものです。 Everbright は、レーザー構造の利得領域付近の材料のエネルギーバンド構造を最適化し、pn 接合注入電子の閉じ込め能力を改善し、高電流注入時の量子効率を効果的に高めました。 Everbright は、レーザーチップの出力を最適化しながら、キャビティ表面の特殊処理プロセスの材料品質を改善し続け、欠陥率を低減し、光災害による損傷に対するキャビティ表面の抵抗力を向上させ、28 W の耐久性を確保しています。高出力レーザーチップは、レーザー寿命に関する産業市場の要件を満たしています。 要件。

近赤外高出力半導体光源モジュールファイバーレーザーは、実用的なツールとして、その独特の利点から近年急速に発展し、工業生産、加工、科学研究の分野で重要な役割を果たしています。 ファイバーレーザーの中核となる上流デバイスとして、励起光源の開発はファイバーレーザー全体の技術の開発と進歩を伴い、さらに促進します。
(1) 産業用ファイバーレーザー励起光源 近年、産業用ファイバーレーザー市場は急速に発展し、勢いが増しています。 ファイバーレーザーは、その独自の技術と応用上の利点により、産業用レーザー加工市場をリードしてきました。 産業用ファイバーレーザー市場は、中低出力ファイバーレーザー技術が成熟・安定し、本格的にコスト競争の段階に入りました。

2) 科学研究用のファイバーレーザー励起光源。 科学研究用のファイバー レーザーは、一般に輝度に関してより高い要件が求められるか、または一部の特殊なアプリケーション シナリオで使用されます。 これらの要件はポンプ源にも適用されます。 一般に励起光源には高輝度かつ小型であることが要求される。 、軽量、波長ロックなどの特性。 体積が小さい場合には励起源のコンパクトなパッケージング設計が必要であり、軽量である場合には励起源に必要な軽量化処理と、熱伝導効率を確保した上でチューブシェルを加工するための低密度の新しい金属材料の使用が必要です。

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パーセント）。 たとえば、2019年に、エバーブライトは1 kW、220 μm/NA0.22半導体レーザー（出力輝度21MW cm-2 Sr）を発売しました。 -1)、薄板の溶接に広く使用されています。 同年、4 kW、600 μm /NA0.22 (出力輝度11 MW cm-2 Sr-1) の直接半導体レーザーを発売しました。この直接半導体レーザーは、表面クラッドに広く使用されています。 ただし、このタイプのレーザーは出力ファイバーのコア径が大きく輝度が低いため、高輝度が必要な金属材料の切断や科学研究用途には使用できません。 図 8 は、ファイバー結合を空間的に組み合わせた複数の単管チップのシミュレーション結果を示しています。 100 μm/NA0.22 ファイバに収容される単管チップの最大数は 12 であるため、出力パワーは単一の単管チップの 12 倍にすぎません。

近赤外高出力半導体レーザーは、固体レーザーやファイバーレーザーの励起光源やコアデバイスとして使用できるほか、さまざまなビーム結合技術を通じて産業および科学研究分野でも直接使用でき、レーザー分野で大きな市場を占めています。業界。 単管チップは、高出力半導体レーザー励起光源のユニットデバイスです。 その総合的な特性により、最終的な励起光源モジュールの出力光パワー、変換効率、体積が決まります。 したがって、それは私たちの研究開発と研究の焦点となっています。 研究チームの徹底的な理論研究、材料成長技術の進歩、パッケージング技術の開発により、JTBYShieldは高出力半導体レーザーの出力、寿命、信頼性、応用実践を大幅に改善し、寿命を大幅に短縮しました。外国とのギャップの時間。 将来的には、主要技術のブレークスルーを達成するだけでなく、工業化を達成し、ハイエンドレーザー励起光源チップとデバイスの完全な国産化と工業化を実現します。

連絡先：

何かアイデアがございましたら、お気軽にご相談ください。 お客様がどこにいても、また当社の要件が何であっても、当社はお客様に高品質、低価格、最高のサービスを提供するという目標に従います。