Trong lĩnh vực laser công suất cao, thanh laser là thành phần cốt lõi không thể thiếu. Chúng không chỉ đóng vai trò là đơn vị cơ bản tạo ra năng lượng mà còn thể hiện sự chính xác và tính tích hợp của kỹ thuật quang điện tử hiện đại.—Nhờ đó mà chúng được mệnh danh là "động cơ" của các hệ thống laser. Nhưng cấu trúc chính xác của một thanh laser là gì, và làm thế nào nó có thể tạo ra công suất hàng chục hoặc thậm chí hàng trăm watt chỉ từ kích thước vài milimét? Bài viết này sẽ khám phá kiến trúc bên trong và những bí mật kỹ thuật đằng sau các thanh laser.
1. Thanh laser là gì?
Thanh laser là một thiết bị phát xạ công suất cao bao gồm nhiều chip diode laser được sắp xếp theo chiều ngang trên một chất nền duy nhất. Mặc dù nguyên lý hoạt động của nó tương tự như laser bán dẫn đơn, thanh laser sử dụng bố cục đa nguồn phát để đạt được công suất quang học cao hơn và kích thước nhỏ gọn hơn.
Các thanh laser được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp, y tế, khoa học và quốc phòng, hoặc làm nguồn laser trực tiếp hoặc làm nguồn bơm cho laser sợi quang và laser trạng thái rắn.
2. Cấu tạo cấu trúc của thanh laser
Cấu trúc bên trong của thanh laser quyết định trực tiếp hiệu suất hoạt động của nó. Nó chủ yếu bao gồm các thành phần cốt lõi sau:
①Mảng bộ phát
Các thanh laser thường bao gồm từ 10 đến 100 bộ phát (khoang laser) được sắp xếp cạnh nhau. Mỗi bộ phát có kích thước khoảng 50–150μCó chiều rộng m và hoạt động như một vùng khuếch đại độc lập, bao gồm mối nối PN, khoang cộng hưởng và cấu trúc ống dẫn sóng để tạo ra và phát ra ánh sáng laser. Mặc dù tất cả các bộ phát đều dùng chung một chất nền, nhưng chúng thường được điều khiển điện song song hoặc theo vùng.
②Cấu trúc lớp bán dẫn
Cấu tạo cốt lõi của thanh laser là một chồng các lớp bán dẫn, bao gồm:
- Các lớp màng mỏng kết tinh loại P và loại N (tạo thành mối nối PN)
- Lớp hoạt tính (ví dụ: cấu trúc giếng lượng tử), tạo ra sự phát xạ kích thích
- Lớp dẫn sóng, đảm bảo kiểm soát chế độ theo hướng ngang và dọc
- Gương phản xạ Bragg hoặc lớp phủ HR/AR, giúp tăng cường khả năng định hướng tia laser.
③Cấu trúc nền và quản lý nhiệt
Các bộ phát được nuôi cấy trên một chất nền bán dẫn nguyên khối (thường là GaAs). Để tản nhiệt hiệu quả, thanh laser được hàn vào các đế phụ có độ dẫn điện cao như đồng, hợp kim W-Cu hoặc kim cương CVD, và được kết hợp với các bộ tản nhiệt và hệ thống làm mát chủ động.
④Bề mặt phát xạ và hệ thống định hướng
Do góc phân kỳ lớn của các chùm tia phát ra, các thanh laser thường được trang bị mảng thấu kính siêu nhỏ (FAC/SAC) để chuẩn trực và định hình chùm tia. Đối với một số ứng dụng nhất định, cần thêm các thiết bị quang học khác.—chẳng hạn như thấu kính hình trụ hoặc lăng kính—Chúng được sử dụng để kiểm soát độ phân kỳ trường xa và chất lượng chùm tia.
3. Các yếu tố cấu trúc chính ảnh hưởng đến hiệu suất
Cấu trúc của thanh laser đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định độ ổn định, hiệu quả và tuổi thọ của nó. Một số khía cạnh chính bao gồm:
①Thiết kế quản lý nhiệt
Các thanh laser có mật độ công suất cao và nhiệt lượng tập trung. Điện trở nhiệt thấp là điều cần thiết, đạt được thông qua việc hàn AuSn hoặc liên kết indium, kết hợp với hệ thống làm mát bằng vi kênh để tản nhiệt đồng đều.
②Tạo hình và căn chỉnh chùm tia
Nhiều nguồn phát thường gặp vấn đề về độ kết dính kém và lệch hướng sóng. Thiết kế và căn chỉnh thấu kính chính xác là rất quan trọng để cải thiện chất lượng chùm tia ở xa.
③Kiểm soát căng thẳng và độ tin cậy
Sự không phù hợp về hệ số giãn nở nhiệt giữa các vật liệu có thể dẫn đến biến dạng hoặc nứt vi mô. Bao bì phải được thiết kế để phân bố ứng suất cơ học đồng đều và chịu được chu kỳ nhiệt mà không bị hư hỏng.
4. Xu hướng tương lai trong thiết kế quầy bar laser
Khi nhu cầu về công suất cao hơn, kích thước nhỏ hơn và độ tin cậy cao hơn tăng lên, cấu trúc thanh laser tiếp tục được cải tiến. Các hướng phát triển chính bao gồm:
①Sự mở rộng bước sóng: Mở rộng đến 1,5μdải m và hồng ngoại giữa
②Thu nhỏ kích thước: Cho phép sử dụng trong các thiết bị nhỏ gọn và các mô-đun tích hợp cao.
③Bao bì thông minh: Tích hợp cảm biến nhiệt độ và hệ thống phản hồi trạng thái.
④Xếp chồng mật độ cao: Các mảng nhiều lớp để đạt được công suất đầu ra ở mức kilowatt trong một thiết kế nhỏ gọn.
5. Kết luận
Khi“trái tim"Đối với các hệ thống laser công suất cao, thiết kế cấu trúc của thanh laser ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất quang học, điện học và nhiệt học của toàn bộ hệ thống. Việc tích hợp hàng chục bộ phát vào một cấu trúc chỉ rộng vài milimét không chỉ thể hiện các kỹ thuật chế tạo và vật liệu tiên tiến mà còn cho thấy mức độ tích hợp cao trong công nghệ hiện nay.'ngành công nghiệp quang tử.
Nhìn về phía trước, khi nhu cầu về các nguồn laser hiệu quả và đáng tin cậy tiếp tục tăng cao, những đổi mới trong cấu trúc thanh laser sẽ vẫn là động lực chính thúc đẩy ngành công nghiệp laser lên tầm cao mới.
Nếu bạn'Nếu bạn đang tìm kiếm sự hỗ trợ chuyên nghiệp về bao bì thanh laser, quản lý nhiệt hoặc lựa chọn sản phẩm, vui lòng liên hệ với chúng tôi.'Chúng tôi có mặt ở đây để cung cấp các giải pháp tùy chỉnh phù hợp với nhu cầu ứng dụng cụ thể của bạn.
Thời gian đăng bài: 02-07-2025