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2009-11-26 15:28 |
工業(yè)用大功率半導(dǎo)體激光器發(fā)展現(xiàn)狀
高功率和高光束質(zhì)量是材料加工用激光器的兩個基本要求。為了提高大功率半導(dǎo)體激光器的輸出功率，可以將十幾個或幾十個單管激光器芯片集成封裝、形成激光器巴條，將多個巴條堆疊起來可形成激光器二維疊陣，激光器疊陣的光功率可以達(dá)到千瓦級甚至更高。但是隨著半導(dǎo)體激光器條數(shù)的增加，其光束質(zhì)量將會下降。另外，半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的特殊性決定了其快、慢軸光束質(zhì)量不一致：快軸的光束質(zhì)量接近衍射極限，而慢軸的光束質(zhì)量卻比較差，這使得半導(dǎo)體激光器在工業(yè)應(yīng)用中受到了很大的限制。要實現(xiàn)高質(zhì)量、寬范圍的激光加工，激光器必須同時滿足高功率和高光束質(zhì)量。因此，現(xiàn)在發(fā)達(dá)國家均將研究開發(fā)新型高功率、高光束質(zhì)量的大功率半導(dǎo)體激光器作為一個重要研究方向，以滿足要求更高激光功率密度的激光材料加工應(yīng)用的需求。 rBN)a"
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大功率半導(dǎo)體激光器的關(guān)鍵技術(shù)包括半導(dǎo)體激光芯片外延生長技術(shù)、半導(dǎo)體激光芯片的封裝和光學(xué)準(zhǔn)直、激光光束整形技術(shù)和激光器集成技術(shù)。 h`} 3h<
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1.半導(dǎo)體激光芯片外延生長技術(shù) $ 8BE[u|H2
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大功率半導(dǎo)體激光器的發(fā)展與其外延芯片結(jié)構(gòu)的研究設(shè)計緊密相關(guān)。近年來，美、德等國家在此方面投入巨大，并取得了重大進(jìn)展，處于世界領(lǐng)先地位。首先，應(yīng)變量子阱結(jié)構(gòu)的采用，提高了大功率半導(dǎo)體激光器的光電性能，降低了器件的閾值電流密度，并擴(kuò)展了GaAs基材料系的發(fā)射波長覆蓋范圍。其次，采用無鋁有源區(qū)提高了激光芯片端面光學(xué)災(zāi)變損傷光功率密度，從而提高了器件的輸出功率，并增加了器件的使用壽命。再者，采用寬波導(dǎo)大光腔結(jié)構(gòu)增加了光束近場模式的尺寸，減小了輸出光功率密度，從而增加了輸出功率，并延長了器件壽命。目前，商品化的半導(dǎo)體激光芯片的電光轉(zhuǎn)換效率已達(dá)到60%，實驗室中的電光轉(zhuǎn)換效率已超過70%，預(yù)計在不久的將來，半導(dǎo)體激光器芯片的電光轉(zhuǎn)換效率能達(dá)到85%以上。
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