Laserový čip

Laserový čip, také nazývaný unmounted diode laser bar, je laserový čip s jedním emitorem nebo laserový čip s jednou tyčí, který není namontován na chladiči a postrádá jakýkoli vnější obal. Vyberte si z polovodičových materiálů GaAs, InP a GaSb a získejte vlnovou délku od 450 nm do 2 µm, které poskytují výjimečnou spolehlivost a výkon.

Laserový čip je miniaturizovaný čip, který integruje lasery a další optoelektronické komponenty. Základní součástí laserového čipu je polovodičový laser, který ke generování laserů využívá proces rekombinace elektronů a děr v polovodičových materiálech. Laserové čipy jsou menší a lehčí než tradiční plynové lasery nebo pevnolátkové lasery, díky čemuž jsou vhodné pro integraci do různých přenosných a vestavěných zařízení.

Jediný emitor

Jeden bar

Čip VCSEL

EEL čip s jedním emitorem

Single Bar EEL Chip

Hlavním rozdílem mezi laserovým čipem s jedním emitorem a jednoduchým laserovým čipem je jejich struktura a použití. Laserový čip s jedním emitorem obvykle označuje jediný laserový čip, zatímco laserový čip s jednou tyčí jsou struktury ve tvaru pásku složené z více laserových čipů.

Laserový čip s jedním emitorem se skládá z jediného laserového čipu a obvykle má menší velikost a nižší výstupní výkon. Obvykle se používají v aplikacích, které vyžadují přesné ovládání paprsku, jako je komunikace s optickými vlákny a laserová ukazovátka. Charakteristikou laserového čipu s jedním emitorem je jejich vysoká kvalita paprsku a jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují vysokou směrovost a vysoký jas.

Laserový čip s jednou tyčí jsou struktury ve tvaru proužků složené z více laserových čipů a obvykle mají větší velikost a vyšší výkon. Laserový čip s jednou tyčí je vhodný pro aplikace, které vyžadují vysoký výkon, jako je zpracování materiálů, lékařské vybavení a vědecké výzkumné nástroje. Charakteristikou jednořádkového laserového čipu je jejich vysoký výstupní výkon a jsou vhodné pro aplikace, které vyžadují velkoplošné ozařování nebo vysokou energii.

Co se týče technických detailů a aplikací, laserový čip s jedním emitorem a laserový čip s jednou tyčí se také liší v metodách přípravy a výběru materiálu. Laserový čip s jedním emitorem se obvykle připravuje pomocí technologie nanášení organických chemických par a má vysokou kvalitu a účinnost paprsku. Laserový čip s jednou tyčí zabraňuje bočnímu laserovému paprsku prostřednictvím konstrukce epitaxní vrstvy a izolační drážky a zlepšuje spolehlivost a životnost zařízení.

Nenamontované laserové tyče lze řezat na laserové čipy s jedním emitorem, včetně následujících kroků:

Rýhování: Na každé nenamontované laserové tyči, která má být štěpena, se rýhování provádí mezi dvěma sousedními čipy.

Expanze fólie: Adhezivní fólie s připojenou laserovou lištou se přenese do stroje na expanzi fólie pro první expanzi fólie. Po dokončení expanze fólie je adhezivní fólie v prvním expanzním stavu a v tomto stavu zůstává.

Štípání: Lepicí fólie v prvním expanzním stavu je přenesena do štípacího stroje a laserová lišta je rozdělena podél rysky, aby se oddělily třísky na laserové liště od sebe navzájem. Roztažením adhezivní fólie připevněné k laserové liště před dělením je zajištěno předpětí třísek na obou stranách rýsovací linie, takže třísky mohou být přirozeně čistě odděleny ve směru rýhování během dělení, čímž se zabrání kolizi třísek s každým jiné při štípání a poškození.

Klíčem k této metodě je poskytnout předpětí expanzí filmu, aby se zajistilo, že třísky mohou být přirozeně odděleny ve směru rýhování během dělení, čímž se zlepší výtěžnost a kvalita třísek.

Vzdálenost mezi emitory nenamontované laserové lišty má významný vliv na výkon. Jednotná rozteč emitorů může zajistit lepší účinek rozptylu tepla nenamontované laserové lišty, čímž se zlepší životnost a stabilita nenamontované laserové lišty.

Vzdálenost mezi emitory nenamontované laserové lišty ovlivní účinek rozptylu tepla. Pokud je rozteč zářičů nerovnoměrná, může to způsobit příliš vysokou teplotu některých zářičů, což má vliv na výkon a životnost laseru. Úpravou šířky každého zářiče tyče lze dosáhnout rovnoměrnějšího rozptylu tepla celé tyče a lze zabránit tomu, aby teplota středního zářiče byla výrazně vyšší než teplota okrajového zářiče, čímž se sníží problémy posunu vlnové délky a redukce šířky pulzu.

Vzdálenost mezi emitory také ovlivňuje jas nenamontované laserové lišty. Pokud je vzdálenost mezi emitory příliš velká, může to způsobit nerovnoměrný jas a ovlivnit efekt zobrazení. Vhodná vzdálenost mezi emitory může zajistit efekt zobrazení a výkon nenamontované laserové lišty v různých aplikačních scénářích.

Existuje mnoho požadavků na chladiče používané při balení laserových čipů, včetně tepelné vodivosti, přizpůsobení koeficientu tepelné roztažnosti, schopnosti uvolňování tepelného napětí a povrchové úpravy. ‌

Za prvé, tepelná vodivost je jedním z důležitých parametrů materiálů chladičů. Laserové čipy generují během provozu velké množství tepla. Pokud se teplo nemůže včas odvést, ovlivní to výkon a životnost laseru. Proto musí mít materiál chladiče vysokou tepelnou vodivost, aby účinně odváděl teplo. Běžné materiály chladiče, jako je nitrid hliníku, karbid křemíku, diamant atd., mají vysokou tepelnou vodivost‌.

Za druhé, velmi důležité je také přizpůsobení koeficientu tepelné roztažnosti. Koeficienty tepelné roztažnosti laserových čipů a materiálů chladiče se musí shodovat, aby se snížilo napětí způsobené změnami teploty a zabránilo se prasklinám nebo deformacím mezi materiály. Například koeficient tepelné roztažnosti nitridu hliníku je 4,6×10^-6/K, což se blíží koeficientu tepelné roztažnosti laserových čipů, takže se často používá jako materiál přechodového chladiče.

Kromě toho je klíčovým faktorem také schopnost uvolnit tepelné napětí. Teplo generované laserem během provozu způsobí tepelné namáhání mezi čipem a chladičem. Pokud materiál chladiče nemůže účinně uvolnit tato napětí, může to způsobit zhoršení výkonu laseru nebo jeho selhání. Materiál chladiče proto musí mít dobré schopnosti uvolňovat tepelné napětí.

Povrchová úprava nakonec také ovlivňuje výkon chladiče. Povrchová úprava materiálu chladiče musí splňovat určité požadavky na vzhled a fyzikální a chemické zkoušky, aby byla zajištěna jeho spolehlivost a trvanlivost v praktických aplikacích.

Stručně řečeno, chladič používaný pro balené laserové čipy musí mít vysokou tepelnou vodivost, odpovídat koeficientu tepelné roztažnosti čipu, musí mít dobré schopnosti uvolňovat tepelné napětí a vhodnou povrchovou úpravu, aby byla zajištěna stabilita a dlouhodobá spolehlivost laseru.

Základní kroky balení nemontovaných laserových čipových tyčí zahrnují: výběr vhodných obalových materiálů, návrh struktury obalu, provádění svařování a lepení a optimalizaci tepelného managementu.

Za prvé, výběr vhodného obalového materiálu je klíčem k zajištění výkonu nenamontované laserové čipové lišty. Například zlato-cínovou tvrdou pájku lze použít k balení vysoce výkonných modrých polovodičových laserových tyčí z nitridu galia (GaN) a přechodový chladič měď-wolfram lze použít jako vyrovnávací vrstvu pro potlačení zbytkového napětí balení. Kromě toho lze systém epitaxních materiálů InGaAs/AlGaAs také použít k navrhování vysoce výkonných polí kuželových polovodičových laserových tyčí.

Za druhé, správně navržená obalová struktura je zásadní pro zlepšení výkonu nenamontovaných laserových čipových tyčí. Struktura obalu může být například postavena pomocí komponent, jako jsou mikrokanálové chladiče, izolační fólie a měděné pásky, aby se dosáhlo dobrého tepelného managementu a rozložení proudu.

Následuje proces pájení a lepení. K eutektickému spojení čipu s přechodovým chladičem mědi a wolframu se používá vysoce přesný osazovací stroj a teplota, tlak a čas svařování jsou přísně kontrolovány, aby byla zajištěna kvalita svařování. Experimenty ukazují, že vhodné parametry svařování mohou významně snížit tepelný odpor a prahový proud, čímž se zlepší výstupní optický výkon a účinnost fotoelektrické konverze.

A konečně, optimalizace tepelného managementu je důležitým opatřením pro zajištění dlouhodobého stabilního provozu nenamontovaných laserových čipových tyčí. Racionálním navržením konstrukce chladiče a výběrem vhodných materiálů lze účinně snížit tepelný odpor, zlepšit účinnost odvodu tepla a prodloužit životnost nenamontovaných laserových čipových tyčí.

1. Zabraňte kontaminaci: Nenamontovaná laserová lišta musí být zabalena v bezprašném a sterilním prostředí, aby se zabránilo vnikání částic a mikroorganismů. Tyto nečistoty mohou ovlivnit výkon a životnost nenamontované laserové lišty a dokonce způsobit selhání balení.

2. Zlepšení kvality balení: Kontrola prostředí v čistém prostoru může zajistit, že teplota, vlhkost a proudění vzduchu během procesu balení jsou v nejlepším stavu, čímž se zlepší kvalita a konzistence balení. To pomáhá snížit vady balení a zlepšit kvalifikovanou míru produktů.

3. Prodloužení životnosti: Balení v čistém prostředí může snížit poškození nenamontované laserové lišty vnějšími faktory, a tím prodloužit její životnost. Čistý prostor snižuje problémy se znečištěním, které se mohou vyskytnout během procesu balení, přísnou kontrolou podmínek prostředí a chrání stabilitu a spolehlivost nenamontované laserové lišty.

4. Zlepšete efektivitu výroby: Účinný filtrační systém a přísně kontrolované podmínky prostředí v čistém prostoru mohou snížit přerušení výroby a přepracování způsobené znečištěním, a tím zlepšit celkovou efektivitu výroby. Kromě toho může čistý prostor také zajistit kontinuitu a stabilitu výrobního procesu a dále zlepšit efektivitu výroby.

Strukturální rozdíly:

‌EEL (Edge Emitting Laser): EEL využívá vyzařování záření ve směru osy, to znamená, že světlo je vyzařováno podél rovinného směru zařízení, obvykle s válcovou strukturou, a světlo vyzařuje laserový paprsek ze strany.

‌VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser): Struktura VCSEL je vertikální, to znamená, že světlo je kolmé k zařízení a světlo je vyzařováno převážně shora a tvoří kruhový bod.

Emisní režim:

‌EEL: Laserový paprsek je vyzařován ze strany přes válcovou strukturu.

‌VCSEL: Povrchově emitující laser, světlo je vyzařováno převážně shora.

Bodový tvar:

‌EEL: Vyzařovaná skvrna je eliptická.

‌VCSEL: Vyzařovaný bod je kruhový.

Rozdíly ve výkonu:

‌EEL: Má vyšší výstupní výkon a energii jednoho laseru, vhodný pro aplikace s vysokými energetickými požadavky.

‌VCSEL‌: Má vysokou vnitřní kvantovou účinnost a lepší tepelnou stabilitu a může dosáhnout vysoké rychlosti, nízké spotřeby energie a širokého teplotního rozsahu‌.

Oblasti použití:

‌EEL‌: Většinou se používá pro vysokorychlostní komunikaci, jako je komunikace s optickými vlákny, laserový tisk, optické disky a optické měření a detekce‌.

‌VCSEL‌: Běžně se používá v optickém propojení datových center, lidaru, rozpoznávání obličeje, 3D skenování a dalších aplikacích‌.

Stručně řečeno, EEL a VCSEL mají významné rozdíly ve struktuře, emisním režimu, tvaru skvrn, výkonu a oblastech použití. Uživatelé si mohou vybrat vhodný laserový čip podle konkrétních potřeb.

Práce čipu EEL Edge Emitting Laser zahrnuje především následující kroky:

1. Injekce nosiče: Aplikací dopředného předpětí jsou elektrony injektovány z oblasti typu N do aktivní vrstvy a otvory jsou injektovány z oblasti typu P do aktivní vrstvy. V aktivní vrstvě se elektrony a díry rekombinují a vytvářejí fotony. Tento proces je podobný světelné diodě (LED), ale EEL má dosáhnout laserů namísto běžného světla.

2. Stimulované záření a zesílení světla: Fotony generované v aktivní vrstvě interagují s jinými excitovanými elektrony, což způsobuje, že tyto elektrony přecházejí do nízkoenergetického stavu a emitují více fotonů se stejnou fází, frekvencí a směrem jako původní fotony. Jedná se o stimulované záření. Když se fotony odrážejí tam a zpět mezi těmito zrcadly, v aktivní vrstvě se generuje více stimulovaných fotonů záření, které tvoří mechanismus zesilování světla v rezonanční dutině.

3. Rezonanční dutina a zesílení světla: Protože aktivní vrstva EEL je vložena mezi dvě paralelní zrcadla (koncové plochy), tato zrcadla odrážejí některé fotony zpět do aktivní vrstvy. Když se fotony odrážejí tam a zpět mezi dvěma zrcadly, v aktivní vrstvě se generuje více stimulovaných fotonů záření. Tento opakovaný proces zesílení světla tvoří mechanismus zesílení světla v rezonanční dutině.

4. Laserový výstup‌: Když počet fotonů v rezonanční dutině dosáhne určité prahové hodnoty, některé fotony budou emitovány přes koncovou plochu s nižší odrazivostí a vytvoří laserový výstup. Směr laserového paprsku EEL je rovnoběžný s povrchem čipu, proto se nazývá laser emitující hrany.

Čtyři způsoby chlazení

Chlazení chladiče přirozenou konvekcí‌: Tato metoda využívá materiály s vysokou tepelnou vodivostí k odstranění generovaného tepla a odvádění tepla přirozenou konvekcí. Kromě toho mohou žebra také pomáhat odvádět teplo a zlepšovat rychlost přenosu tepla chladicího systému‌.

‌Tepelně vodivé materiály‌: Ke snížení teploty laseru používejte materiály s vysokou tepelnou vodivostí. Tyto materiály mohou účinně odvádět teplo, a tím udržovat stabilní provoz laseru‌.

BrandNew, založený na špičkové polovodičové technologii, poskytuje širokou škálu možností laserových čipů. Některé z těchto možností zahrnují vlnové délky v rozsahu od 450nm do 2100nm, laserový čip s jedním emitorem s výstupním výkonem až 20 W a laserový čip s jednou tyčí s výstupním výkonem až 600 W a spojitou vlnu (CW) a kvazikontinuální vlnu (QCW ) možnosti. Laserový čip a tyč jsou k dispozici v různých faktorech plnění, šířkách pruhů, šířkách tyčí a délkách dutin a mohou být vyvinuty přizpůsobené možnosti, aby vyhovovaly vašim jedinečným požadavkům.

Laserové čipy jsou vyráběny pod nejpřísnějšími kontrolami kvality. Pracujeme pouze s nejmodernější technologií epitaxe, zpracování a fazetového lakování. Pro montáž laserového čipu se používají standardní metody pájení. Materiál podporuje jak měkkou pájku (indium), tak tvrdou pájku (zlato/cín). Standardní konfigurace laserového čipu je struktura emitoru oddělená na straně p. Na vyžádání jsou k dispozici laserové čipy s kontinuální metalizací na straně p a upravenými fazetovými povlaky s použitím povlaků s nízkou AR pro montáž vnějších rezonátorů.

Brandnew Technology, jeden z předních výrobců a dodavatelů diodových laserů v Číně, má profesionální továrnu, která vyrábí vysoce kvalitní laserový čip a prodává za konkurenceschopnou cenu. Vítejte ve velkoobchodě s našimi produkty vyrobenými v Číně.