Laserkiip

Laserkiip, mida nimetatakse ka monteerimata dioodlaserribaks, on ühe emitteriga laserkiip või ühe ribaga laserkiip, mis ei ole paigaldatud jahutusradiaatorile ja millel puudub igasugune välispakend. Valige GaAs, InP ja GaSb pooljuhtmaterjalide hulgast, et saada lainepikkus vahemikus 450 nm kuni 2 µm, mis tagab erakordse töökindluse ja jõudluse.

Laserkiip on miniatuurne kiip, mis ühendab lasereid ja muid optoelektroonilisi komponente. Laserkiibi põhikomponent on pooljuhtlaser, mis kasutab laserite genereerimiseks elektronide ja pooljuhtmaterjalides olevate aukude rekombinatsiooni. Laserikiibid on väiksemad ja kergemad kui traditsioonilised gaaslaserid või tahkislaserid, mistõttu sobivad need integreerimiseks erinevatesse kaasaskantavatesse ja sisseehitatud seadmetesse.

Üksik kiirgaja

Üks baar

VCSEL kiip

Ühe emitteri EEL-kiip

Single Bar EEL Chip

Peamine erinevus ühe emitteri laserkiibi ja ühe riba laserkiibi vahel on nende struktuur ja rakendus. Ühe emitteri laserkiip viitab tavaliselt ühele laserkiibile, samas kui üks riba laserkiip on ribakujulised struktuurid, mis koosnevad mitmest laserkiibist.

Ühe emitteri laserkiip koosneb ühest laserkiibist ja sellel on tavaliselt väiksem suurus ja väiksem väljundvõimsus. Tavaliselt kasutatakse neid rakendustes, mis nõuavad kiiret täpset juhtimist, näiteks fiiberoptiline side ja laserosutajad. Ühe emitteri laserkiibi omadused on nende kõrge kiire kvaliteet ja sobivad rakendustele, mis nõuavad suurt suunatavust ja suurt heledust.

Ühe riba laserkiip on ribakujulised struktuurid, mis koosnevad mitmest laserkiibist ja millel on tavaliselt suurem suurus ja suurem väljundvõimsus. Ühe riba laserkiip sobib rakendustele, mis nõuavad suurt väljundvõimsust, nagu materjalitöötlus, meditsiiniseadmed ja teaduslikud uurimisinstrumendid. Ühe riba laserkiibi omadused on nende kõrge väljundvõimsus ja sobivad rakendusteks, mis nõuavad suure ala kiiritamist või suurt energiat.

Tehniliste detailide ja rakenduste osas erinevad ühe emitteri laserkiip ja ühe riba laserkiip ka valmistamismeetodite ja materjalivaliku poolest. Ühe emitteri laserkiip valmistatakse tavaliselt metalli orgaanilise keemilise aurustamise-sadestamise tehnoloogia abil ning neil on kõrge kiire kvaliteet ja tõhusus. Ühe riba laserkiip väldib epitaksiaalse kihi ja isolatsioonisoone disaini kaudu külgmist laserkiipi ning parandab seadme töökindlust ja vastupidavust.

Paigaldamata laserribasid saab lõigata ühe emitteriga laserkiipideks, sealhulgas järgmised sammud:

Scribing: Igale monteerimata laserribale, mida lõigatakse, kirjutatakse kahe kõrvuti asetseva kiibi vahel.

Kile laiendamine: kleepkile, millele on kinnitatud laserriba, kantakse kilepaisutamismasinasse esimeseks kilepaisutamiseks. Pärast kile paisumise lõpetamist on kleepkile esimeses paisumisolekus ja jääb sellesse olekusse.

Poolitamine: esimeses paisumisolekus olev kleepkile kantakse poolitusmasinasse ja laserriba jagatakse piki kriipsujoont, et eraldada laserriba kiibid üksteisest. Laiendades enne poolitamist laservarda külge kinnitatud kleepuvat kilet, pingestatakse laastud mõlemal pool kriipsujoont, nii et laastud saab poolitamise ajal loomulikult puhtalt kriimustussuunas eraldada, vältides laastude kokkupõrget. muud lõhenemise ja kahjustamise ajal.

Selle meetodi võtmeks on eelpinge tagamine kile laiendamise teel, et tagada laastude loomulik eraldamine piki kriipsutamist poolitamise ajal, parandades seeläbi laastude saagist ja kvaliteeti.

Paigaldamata laserriba emitterite vaheline kaugus mõjutab jõudlust märkimisväärselt. Emitterite ühtlane vahemaa võib tagada monteerimata laserriba parema soojuse hajumise, parandades sellega monteerimata laserriba eluiga ja stabiilsust.

Paigaldamata laserriba emitterite vaheline kaugus mõjutab soojuse hajumise efekti. Kui emitterite vahekaugus on ebaühtlane, võib mõne emitteri temperatuur olla liiga kõrge, mõjutades seega laseri jõudlust ja eluiga. Reguleerides iga varda emitteri laiust, saab kogu varda soojuse hajumist ühtlasemaks muuta ja vältida keskmise emitteri temperatuuri oluliselt kõrgemat serva emitteri temperatuurist, vähendades sellega probleeme lainepikkuse nihkest ja impulsi laiuse vähendamisest.

Emitterite vaheline kaugus mõjutab ka monteerimata laserriba heledust. Kui kiirgajate vaheline kaugus on liiga suur, võib see põhjustada ebaühtlast heledust ja mõjutada ekraani efekti. Sobiv kaugus emitterite vahel võib tagada monteerimata laserriba kuvaefekti ja jõudluse erinevates rakendusstsenaariumides.

Laserkiipide pakendamiseks kasutatavate jahutusradiaatorite jaoks on mitu nõuet, sealhulgas soojusjuhtivus, soojuspaisumisteguri sobitamine, termilise pinge vabastamise võime ja pinnatöötlus. ‌

Esiteks on soojusjuhtivus jahutusradiaatori materjalide üks olulisi parameetreid. Laserkiibid tekitavad töötamise ajal palju soojust. Kui soojust ei õnnestu õigel ajal hajutada, mõjutab see laseri jõudlust ja eluiga. Seetõttu peab jahutusradiaatori materjalil olema kõrge soojusjuhtivus, et soojust tõhusalt ära juhtida. Levinud jahutusradiaatorite materjalidel, nagu alumiiniumnitriid, ränikarbiid, teemant jne, on kõrge soojusjuhtivus‌.

Teiseks on väga oluline ka soojuspaisumisteguri sobitamine. Laserkiipide ja jahutusradiaatori materjalide soojuspaisumistegurid peavad ühtima, et vähendada temperatuurimuutustest põhjustatud pingeid ja vältida materjalidevahelisi pragusid või deformatsioone. Näiteks alumiiniumnitriidi soojuspaisumistegur on 4,6×10^-6/K, mis on lähedane laserkiipide soojuspaisumistegurile, mistõttu kasutatakse seda sageli üleminekujahutusradiaatori materjalina.

Lisaks on võtmetegur ka termilise stressi vabastamise võime. Laseri töö ajal tekitatud soojus põhjustab kiibi ja jahutusradiaatori vahel termilist pinget. Kui jahutusradiaatori materjal ei suuda neid pingeid tõhusalt vabastada, võib see põhjustada laseri jõudluse halvenemist või ebaõnnestumist. Seetõttu peab jahutusradiaatori materjalil olema hea termilise pinge vabastamise võime.

Lõpuks mõjutab pinnatöötlus ka jahutusradiaatori jõudlust. Jahutusradiaatori materjali pinnatöötlus peab vastama teatud välimuse ning füüsikaliste ja keemiliste katsete nõuetele, et tagada selle töökindlus ja vastupidavus praktilistes rakendustes.

Kokkuvõttes peab pakendatud laserkiipide jaoks kasutatav jahutusradiaator olema kõrge soojusjuhtivusega, vastama kiibi soojuspaisumise koefitsiendile, hea termilise pinge vabastamise võimega ja sobiva pinnatöötlusega, et tagada laseri stabiilsus ja pikaajaline töökindlus.

Paigaldamata laserkiibi vardade pakendamise põhietapid hõlmavad järgmist: sobivate pakkematerjalide valimine, pakendi struktuuri kujundamine, keevitamine ja liimimine ning soojusjuhtimise optimeerimine.

Esiteks on sobiva pakkematerjali valimine monteerimata laserkiibi varda jõudluse tagamise võti. Näiteks saab kuld-tina kõvajoodet kasutada suure võimsusega galliumnitriidi (GaN) siniste pooljuhtlaserite varraste pakendamiseks ja vask-volfram-siirderadiaatorit saab kasutada puhverkihina, et summutada pakendi jääkpinget. Lisaks saab InGaAs / AlGaAs epitaksiaalset materjalisüsteemi kasutada ka suure võimsusega kitsenevate pooljuhtlaseriribade massiivide kujundamiseks.

Teiseks on õigesti kavandatud pakendistruktuur otsustava tähtsusega monteerimata laserkiibi vardade jõudluse parandamiseks. Näiteks saab pakendi struktuuri ehitada, kasutades selliseid komponente nagu mikrokanaliga jahutusradiaatorid, isoleerkiled ja vasklindid, et saavutada hea soojusjuhtimine ja voolujaotus.

Järgmisena tuleb jootmis- ja liimimisprotsess. Kiibi eutektiliseks sidumiseks vase-volframi ülemineku jahutusradiaatoriga kasutatakse ülitäpset paigutusmasinat ning keevituskvaliteedi tagamiseks kontrollitakse rangelt keevitustemperatuuri, -rõhku ja -aega. Katsed näitavad, et sobivad keevitusparameetrid võivad oluliselt vähendada soojustakistust ja lävivoolu, parandades seeläbi optilist väljundvõimsust ja fotoelektrilise muundamise efektiivsust.

Lõpuks on soojusjuhtimise optimeerimine oluline meede monteerimata laserkiibi varraste pikaajalise stabiilse töö tagamiseks. Jahutusradiaatori konstruktsiooni ratsionaalse kavandamise ja sobivate materjalide valimise abil saab soojustakistust tõhusalt vähendada, soojuse hajumise efektiivsust parandada ja monteerimata laserkiibi vardade kasutusiga pikendada.

1. Vältige saastumist: monteerimata laserriba tuleb pakendada tolmuvabasse ja steriilsesse keskkonda, et vältida osakeste ja mikroorganismide sissetungimist. Need saasteained võivad mõjutada monteerimata laserriba jõudlust ja eluiga ning isegi põhjustada pakendi rikkeid.

2. Pakendite kvaliteedi parandamine: puhta ruumi keskkonnakontroll võib tagada, et temperatuur, niiskus ja õhuvool on pakendamisprotsessi ajal parimas seisukorras, parandades seeläbi pakendi kvaliteeti ja konsistentsi. See aitab vähendada pakendidefekte ja parandada toodete kvaliteeti.

3. Kasutusaja pikendamine: puhtasse keskkonda pakkimine võib vähendada monteerimata laserriba kahjustamist väliste tegurite poolt, pikendades seeläbi selle kasutusiga. Puhasruum vähendab keskkonnatingimusi rangelt kontrollides pakkimisprotsessi käigus tekkida võivaid saasteprobleeme ning kaitseb monteerimata laserriba stabiilsust ja töökindlust.

4. Tootmise tõhususe parandamine: puhas ruumi tõhus filtreerimissüsteem ja rangelt kontrollitud keskkonnatingimused võivad vähendada saaste põhjustatud tootmiskatkestusi ja ümbertööd, parandades seeläbi üldist tootmise efektiivsust. Lisaks võib puhas ruum tagada ka tootmisprotsessi järjepidevuse ja stabiilsuse, parandades veelgi tootmise efektiivsust.

Struktuurilised erinevused:

‌EEL (Edge Emitting Laser): EEL kasutab kiirguse emissiooni piki telje suunda, st valgust kiirgatakse piki seadme tasapinda, tavaliselt silindrilise struktuuriga ja valgus kiirgab laserkiirt küljelt.

VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser): VCSEL-i struktuur on vertikaalne, see tähendab, et valgus on seadmega risti ja valgus kiirgab peamiselt ülalt, moodustades ringikujulise koha.

Emissioonirežiim:

‌Angerjas: laserkiir kiirgatakse küljelt läbi silindrilise struktuuri.

VCSEL: pinda kiirgav laser, valgus kiirgab peamiselt ülalt.

Täpi kuju:

Angerjas: kiirgav koht on elliptiline.

VCSEL: kiirgav koht on ringikujuline.

Toimivuse erinevused:

‌EEL: sellel on ühe laseri suurem väljundvõimsus ja energia, mis sobib kõrge energiavajadusega rakenduste jaoks.

‌VCSEL‌: sellel on kõrge sisemine kvanttõhusus ja parem termiline stabiilsus ning see võib saavutada suure kiiruse, väikese energiatarbimise ja laia temperatuurivahemiku.

Rakendusvaldkonnad:

‌EEL‌: seda kasutatakse enamasti kiireks sideks, nagu fiiberoptiline side, laserprintimine, optilised kettad ning optiline mõõtmine ja tuvastamine‌.

‌VCSEL‌: seda kasutatakse tavaliselt andmekeskuse optilises ühenduses, lidaris, näotuvastuses, 3D-skaneerimises ja muudes rakendustes.

Kokkuvõtlikult võib öelda, et EEL-il ja VCSEL-il on olulised erinevused struktuuris, emissioonirežiimis, koha kujus, jõudluses ja kasutusalades. Kasutajad saavad valida sobiva laserkiibi vastavalt konkreetsetele vajadustele.

EEL Edge Emitting Laser kiibi töö hõlmab peamiselt järgmisi samme:

1. Kandja süstimine: rakendades edasinihket, süstitakse elektronid N-tüüpi piirkonnast aktiivsesse kihti ja augud süstitakse P-tüüpi piirkonnast aktiivsesse kihti. Aktiivses kihis rekombineeruvad elektronid ja augud, et tekitada footoneid. See protsess sarnaneb valgusdioodiga (LED), kuid EEL-i eesmärk on saavutada tavalise valguse asemel laserid.

2. Stimuleeritud kiirgus ja valguse võimendus: Aktiivses kihis tekkivad footonid interakteeruvad teiste ergastatud elektronidega, mistõttu need elektronid lähevad üle madala energiaga olekusse ja kiirgavad rohkem footoneid sama faasi, sageduse ja suunaga kui algsed footonid. See on stimuleeritud kiirgus. Kui footonid peegelduvad nende peeglite vahel edasi-tagasi, tekivad aktiivses kihis rohkem stimuleeritud kiirgusfootonid, mis moodustavad resonantsõõnes valguse võimendusmehhanismi.

3. Resonantsõõnsus ja valguse võimendus: kuna EEL-i aktiivne kiht on paigutatud kahe paralleelse peegli (otspinna) vahele, peegeldavad need peeglid osa footoneid tagasi aktiivsesse kihti. Kui footonid peegelduvad kahe peegli vahel edasi-tagasi, tekivad aktiivses kihis rohkem stimuleeritud kiirgusfootoneid. See korduv valguse võimendusprotsess moodustab valguse võimendusmehhanismi resonantsõõnes.

4. Laseri väljund‌: kui footonite arv resonantsõõnes saavutab teatud läve, kiirguvad mõned footonid läbi väiksema peegeldusvõimega otsapinna, et moodustada laserväljund. EEL-i laserkiire suund on paralleelne kiibi pinnaga, seega nimetatakse seda servi kiirgavaks laseriks.

Neli jahutusmeetodit

Loomuliku konvektsiooniga jahutusradiaator: see meetod kasutab kõrge soojusjuhtivusega materjale tekkiva soojuse eemaldamiseks ja soojuse hajutamiseks loomuliku konvektsiooni teel. Lisaks võivad uimed aidata ka soojust hajutada ja parandada jahutussüsteemi soojusülekande kiirust‌.

‌Soojusjuhtivusega materjalid‌: kasutage laseri temperatuuri vähendamiseks kõrge soojusjuhtivusega materjale. Need materjalid võivad soojust tõhusalt ära juhtida, säilitades seeläbi laseri stabiilse töö.

Põhinedes tööstusharu juhtival pooljuhttehnoloogial, pakub BrandNew laia valikut laserkiibi valikuid. Mõned neist valikutest hõlmavad lainepikkusi vahemikus 450 nm kuni 2100 nm, ühe emitteriga laserkiipi kuni 20 W väljundvõimsusega ja ühe ribaga laserkiipi kuni 600 W väljundvõimsusega ning pidevlaine (CW) ja kvaasipideva laine (QCW) ) valikud. Laserikiip ja -latt on saadaval mitmesuguste täitetegurite, ribalaiuse, riba laiuse ja õõnsuse pikkusega ning kohandatud valikuid saab välja töötada vastavalt teie ainulaadsetele nõuetele.

Laserkiipe toodetakse kõige rangema kvaliteedikontrolli all. Töötame ainult tipptasemel epitaksi-, töötlemis- ja tahkkattetehnoloogiaga. Laserkiibi kokkupanemisel kasutatakse standardseid jootmismeetodeid. Materjal toetab nii pehmejoodet (indium) kui ka kõvajoodet (kuld/tina). Laserkiibi standardkonfiguratsioon on p-küljelt eraldatud emitteri struktuur. Soovi korral on laserkiibid saadaval pideva p-külje metalliseerimise ja kohandatud tahkkatetega, kasutades väliste resonaatorite kokkupanemiseks madala AR-kattega katteid.

Brandnew Technology, üks juhtivaid dioodlaserite tootjaid ja tarnijaid Hiinas, omab professionaalset tehast, mis toodab kvaliteetset laserkiipi ja müüb konkurentsivõimelise hinnaga. Tere tulemast meie Hiinas valmistatud toodete hulgimüüki.