Op het gebied van hoogvermogenlasers zijn laserstaven onmisbare kerncomponenten. Ze vormen niet alleen de basis voor de energieproductie, maar belichamen ook de precisie en integratie van moderne opto-elektronische engineering.—wat hen de bijnaam opleverde: de "motor" van lasersystemen. Maar hoe zit een laserbalk precies in elkaar en hoe levert hij tientallen of zelfs honderden watts aan output met slechts een paar millimeter? Dit artikel onderzoekt de interne architectuur en technische geheimen achter laserbalken.
1. Wat is een laserbalk?
Een laserbalk is een krachtig emitterend apparaat dat bestaat uit meerdere laserdiodechips die zijdelings op één substraat zijn geplaatst. Hoewel het werkingsprincipe vergelijkbaar is met dat van een enkele halfgeleiderlaser, gebruikt de laserbalk een opstelling met meerdere emitters om een hoger optisch vermogen en een compactere vormfactor te bereiken.
Laserbalken worden veel gebruikt in de industriële, medische, wetenschappelijke en defensiesector, als directe laserbronnen of als pompbronnen voor fiberlasers en vastestoflasers.
2. Structurele samenstelling van een laserbalk
De interne structuur van een laserbalk bepaalt direct de prestaties ervan. Deze bestaat voornamelijk uit de volgende kerncomponenten:
①Emitter-array
Laserstaven bestaan doorgaans uit 10 tot 100 naast elkaar geplaatste emitters (laserholtes). Elke emitter is ongeveer 50–150μ1,5 m breed en fungeert als een onafhankelijk versterkingsgebied, met een PN-overgang, resonantieholte en golfgeleiderstructuur om laserlicht te genereren en uit te zenden. Hoewel alle emitters hetzelfde substraat delen, worden ze meestal elektrisch parallel of per zone aangestuurd.
②Halfgeleiderlaagstructuur
Het hart van de laserbalk wordt gevormd door een stapel halfgeleiderlagen, waaronder:
- P-type en N-type epitaxiale lagen (die de PN-overgang vormen)
- Actieve laag (bijvoorbeeld kwantumputstructuur), die gestimuleerde emissie genereert
- Golfgeleiderlaag, die zorgt voor moduscontrole in laterale en verticale richtingen
- Bragg-reflectoren of HR/AR-coatings, die de gerichte output van de laser verbeteren
③Substraat- en thermisch beheerstructuur
De emitters worden gekweekt op een monolithisch halfgeleidersubstraat (meestal GaAs). Voor een efficiënte warmteafvoer wordt de laserstaaf gesoldeerd op submounts met hoge geleidbaarheid, zoals koper, W-Cu-legering of CVD-diamant, en gecombineerd met koellichamen en actieve koelsystemen.
④Emissieoppervlak en collimatiesysteem
Vanwege de grote divergentiehoeken van de uitgezonden stralen worden laserbalken doorgaans uitgerust met microlensarrays (FAC/SAC) voor collimatie en bundelvorming. Voor bepaalde toepassingen zijn extra optica vereist.—zoals cilindrische lenzen of prisma's—worden gebruikt om de divergentie in het verre veld en de bundelkwaliteit te regelen.
3. Belangrijke structurele factoren die de prestaties beïnvloeden
De structuur van een laserbalk speelt een cruciale rol bij het bepalen van de stabiliteit, efficiëntie en levensduur. Enkele belangrijke aspecten zijn:
①Thermisch beheerontwerp
Laserstaven hebben een hoge vermogensdichtheid en geconcentreerde hitte. Een lage thermische weerstand is essentieel, bereikt door AuSn-solderen of indiumbinding, gecombineerd met microkanaalkoeling voor een gelijkmatige warmteafvoer.
②Straalvorming en uitlijning
Meerdere emitters hebben vaak last van slechte coherentie en een verkeerde uitlijning van het golffront. Een nauwkeurig lensontwerp en een nauwkeurige uitlijning zijn cruciaal voor het verbeteren van de verre bundelkwaliteit.
③Stressbeheersing en betrouwbaarheid
Materiaalverschillen in thermische uitzettingscoëfficiënten kunnen leiden tot kromtrekken of microscheuren. Verpakkingen moeten zo worden ontworpen dat ze mechanische spanning gelijkmatig verdelen en bestand zijn tegen thermische schommelingen zonder degradatie.
4. Toekomstige trends in laserbalkontwerp
Naarmate de vraag naar meer vermogen, kleinere afmetingen en grotere betrouwbaarheid toeneemt, blijven laserbalkstructuren zich ontwikkelen. Belangrijke ontwikkelingsrichtingen zijn onder meer:
①Golflengte-uitbreiding: Uitbreiding tot 1,5μm- en midden-infraroodbanden
②Miniaturisatie: het mogelijk maken van gebruik in compacte apparaten en sterk geïntegreerde modules
③Slimme verpakkingen: integratie van temperatuursensoren en statusfeedbacksystemen
④Stapelen met hoge dichtheid: gelaagde arrays om een output van kilowattniveau te bereiken in een compacte footprint
5. Conclusie
Zoals de“hart"Bij lasersystemen met hoog vermogen heeft het structurele ontwerp van laserbalken een directe invloed op de optische, elektrische en thermische prestaties van het totale systeem. De integratie van tientallen emitters in een structuur van slechts enkele millimeters breed toont niet alleen geavanceerde materiaal- en fabricagetechnieken, maar vertegenwoordigt ook de hoge mate van integratie in de huidige technologie.'fotonica-industrie.
Kijkend naar de toekomst, zal de vraag naar efficiënte, betrouwbare laserbronnen blijven toenemen. Innovaties in laserbalkstructuren zullen een belangrijke drijfveer blijven om de laserindustrie naar nieuwe hoogten te brengen.
Als je'Bent u op zoek naar deskundige ondersteuning op het gebied van laserbarverpakking, thermisch beheer of productselectie? Neem dan gerust contact met ons op. Wij'Wij zijn er om u op maat gemaakte oplossingen te bieden die aansluiten op uw specifieke toepassingsbehoeften.
Plaatsingstijd: 02-07-2025