No campo dos láseres de alta potencia, as barras láser son compoñentes básicos indispensables. Non só serven como unidades fundamentais de produción de enerxía, senón que tamén representan a precisión e a integración da enxeñaría optoelectrónica moderna.—o que lles valeu o alcume de "motor" dos sistemas láser. Pero cal é exactamente a estrutura dunha barra láser e como proporciona decenas ou incluso centos de vatios de saída con só uns poucos milímetros de tamaño? Este artigo explora a arquitectura interna e os segredos de enxeñaría que se agochan tras as barras láser.
1. Que é unha barra láser?
Unha barra láser é un dispositivo emisor de alta potencia composto por varios chips de díodos láser dispostos lateralmente nun único substrato. Aínda que o seu principio de funcionamento é similar ao dun único láser semicondutor, a barra láser usa unha disposición multiemisor para conseguir unha maior potencia óptica e un factor de forma máis compacto.
As barras láser úsanse amplamente nos sectores industrial, médico, científico e de defensa, xa sexa como fontes láser directas ou como fontes de bombeo para láseres de fibra e láseres de estado sólido.
2. Composición estrutural dunha barra láser
A estrutura interna dunha barra láser determina directamente o seu rendemento. Consta principalmente dos seguintes compoñentes principais:
1.Matriz de emisores
As barras láser adoitan constar de 10 a 100 emisores (cavidades láser) dispostos un ao lado do outro. Cada emisor mide uns 50–150μm de ancho e actúa como unha rexión de ganancia independente, cunha unión PN, unha cavidade resonante e unha estrutura de guía de ondas para xerar e emitir luz láser. Aínda que todos os emisores comparten o mesmo substrato, adoitan ser impulsados electricamente en paralelo ou por zonas.
2.Estrutura de capas de semicondutores
No corazón da barra láser hai unha pila de capas semicondutoras, que inclúen:
- Capas epitaxiais de tipo P e de tipo N (que forman a unión PN)
- Capa activa (por exemplo, estrutura de pozo cuántico), que xera emisión estimulada
- Capa de guía de ondas, que garante o control do modo en direccións lateral e vertical
- Reflectores de Bragg ou revestimentos HR/AR, que melloran a saída direccional do láser
③Substrato e estrutura de xestión térmica
Os emisores cultívanse sobre un substrato semicondutor monolítico (xeralmente GaAs). Para unha disipación eficiente da calor, a barra láser soldase sobre subsoportes de alta condutividade como cobre, aliaxe W-Cu ou diamante CVD, e combínase con disipadores de calor e sistemas de refrixeración activos.
④Superficie de emisión e sistema de colimación
Debido aos grandes ángulos de diverxencia dos feixes emitidos, as barras láser adoitan estar equipadas con matrices de microlentes (FAC/SAC) para a colimación e a conformación do feixe. Para certas aplicacións, é necesario empregar ópticas adicionais—como lentes cilíndricas ou prismas—utilízanse para controlar a diverxencia de campo afastado e a calidade do feixe.
3. Factores estruturais clave que inflúen no rendemento
A estrutura dunha barra láser xoga un papel crucial á hora de determinar a súa estabilidade, eficiencia e vida útil. Algúns aspectos clave inclúen:
1.Deseño de xestión térmica
As barras láser presentan unha alta densidade de potencia e calor concentrado. A baixa resistencia térmica é esencial, conseguida mediante soldadura de AuSn ou unión de indio, combinada con refrixeración por microcanles para unha disipación uniforme da calor.
2.Conformación e aliñamento de vigas
Os emisores múltiples adoitan sufrir unha coherencia deficiente e un desalineamento da fronte de onda. O deseño e o aliñamento precisos das lentes son fundamentais para mellorar a calidade do feixe de campo afastado.
③Control do estrés e fiabilidade
As discrepancias de materiais nos coeficientes de expansión térmica poden provocar deformacións ou microfendas. A embalaxe debe estar deseñada para distribuír a tensión mecánica uniformemente e soportar os ciclos térmicos sen degradación.
4. Tendencias futuras no deseño de barras láser
A medida que medra a demanda de maior potencia, menor tamaño e maior fiabilidade, as estruturas de barras láser continúan evolucionando. As principais direccións de desenvolvemento inclúen:
1.Expansión da lonxitude de onda: Extensión a 1,5μbandas m e infravermellas medias
2.Miniaturización: Permite o seu uso en dispositivos compactos e módulos altamente integrados
③Envases intelixentes: incorporación de sensores de temperatura e sistemas de retroalimentación de estado
④Apilamento de alta densidade: matrices en capas para lograr unha saída de quilovatios nun tamaño compacto
5. Conclusión
Como o"corazón"Nos sistemas láser de alta potencia, o deseño estrutural das barras láser inflúe directamente no rendemento óptico, eléctrico e térmico do sistema en xeral. A integración de ducias de emisores nunha estrutura de só milímetros de ancho non só demostra materiais e técnicas de fabricación avanzadas, senón que tamén representa o alto nivel de integración na actualidade.'industria fotónica s.
De cara ao futuro, a medida que a demanda de fontes láser eficientes e fiables continúa a aumentar, as innovacións na estrutura das barras láser seguirán sendo un factor clave para que a industria do láser alcance novas alturas.
Se ti'Se estás a buscar asistencia experta en envasado de barras láser, xestión térmica ou selección de produtos, non dubides en contactar connosco. Nós'estamos aquí para ofrecer solucións personalizadas que se axusten ás necesidades específicas da súa aplicación.
Data de publicación: 02-07-2025