Inom området högeffektslasrar är laserstavar oumbärliga kärnkomponenter. De fungerar inte bara som grundläggande enheter för energiproduktion, utan de förkroppsligar också precisionen och integrationen av modern optoelektronisk teknik.—vilket gav dem smeknamnet: lasersystemens "motor". Men vad är egentligen strukturen hos en laserstav, och hur levererar den tiotals eller till och med hundratals watt uteffekt från bara några millimeter i storlek? Den här artikeln utforskar den interna arkitekturen och de tekniska hemligheterna bakom laserstavar.
1. Vad är en laserstång?
En laserstav är en högeffektsemitterande enhet som består av flera laserdiodchips som är lateralt anordnade på ett enda substrat. Även om dess arbetsprincip liknar den för en enda halvledarlaser, använder laserstav en layout med flera emitterar för att uppnå högre optisk effekt och en mer kompakt formfaktor.
Laserstavar används ofta inom industri, medicin, vetenskap och försvar, antingen som direkta laserkällor eller som pumpkällor för fiberlasrar och fasta tillståndslasrar.
2. Strukturell sammansättning av en laserstång
En laserstångs interna struktur avgör direkt dess prestanda. Den består huvudsakligen av följande kärnkomponenter:
①Emitterarray
Laserstavar består vanligtvis av 10 till 100 emittrar (laserhålrum) anordnade sida vid sida. Varje emitter är cirka 50–150μm bred och fungerar som ett oberoende förstärkningsområde med en PN-övergång, resonanskavitet och vågledarstruktur för att generera och emittera laserljus. Medan alla emitterare delar samma substrat, drivs de vanligtvis elektriskt parallellt eller i zoner.
②Halvledarskiktstruktur
I hjärtat av laserstången finns en stapel av halvledarlager, inklusive:
- Epitaxiella lager av P-typ och N-typ (som bildar PN-övergången)
- Aktivt lager (t.ex. kvantbrunnsstruktur), vilket genererar stimulerad emission
- Vågledarlager, vilket säkerställer lägeskontroll i laterala och vertikala riktningar
- Bragg-reflektorer eller HR/AR-beläggningar, som förbättrar laserns riktade uteffekt
③Substrat- och termisk hanteringsstruktur
Emittrarna odlas på ett monolitiskt halvledarsubstrat (vanligtvis GaAs). För effektiv värmeavledning löds laserstången på högkonduktiva underlag som koppar, W-Cu-legering eller CVD-diamant, och paras ihop med kylflänsar och aktiva kylsystem.
④Emissionsyta och kollimeringssystem
På grund av de stora divergensvinklarna hos de utsända strålarna är laserstavar vanligtvis utrustade med mikrolinsmatriser (FAC/SAC) för kollimering och strålformning. För vissa tillämpningar krävs ytterligare optik—såsom cylindriska linser eller prismor—används för att kontrollera fjärrfältsdivergens och strålkvalitet.
3. Viktiga strukturella faktorer som påverkar prestanda
Strukturen hos en laserstång spelar en avgörande roll för dess stabilitet, effektivitet och livslängd. Flera viktiga aspekter inkluderar:
①Termisk hanteringsdesign
Laserstavar har hög effekttäthet och koncentrerad värme. Låg värmeresistans är avgörande, vilket uppnås genom AuSn-lödning eller indiumbindning, i kombination med mikrokanalkylning för jämn värmeavledning.
②Balkformning och justering
Flera emittrar lider ofta av dålig koherens och felaktig vågfrontsinriktning. Precisionslinsdesign och -inriktning är avgörande för att förbättra strålkvaliteten i fjärrfältet.
③Stresskontroll och tillförlitlighet
Materialfel i termiska expansionskoefficienter kan leda till skevhet eller mikrosprickor. Förpackningar måste vara utformade för att fördela mekanisk belastning jämnt och motstå termiska cykler utan försämring.
4. Framtida trender inom laserstångsdesign
I takt med att efterfrågan på högre effekt, mindre storlek och större tillförlitlighet växer, fortsätter laserstavstrukturer att utvecklas. Viktiga utvecklingsinriktningar inkluderar:
①Våglängdsutvidgning: Utvidgar sig till 1,5μm- och mellaninfraröda band
②Miniatyrisering: Möjliggör användning i kompakta enheter och högintegrerade moduler
③Smart förpackning: Inkluderar temperatursensorer och statusfeedbacksystem
④Högdensitetsstapling: Skiktade matriser för att uppnå kilowattnivåeffekt i ett kompakt format
5. Slutsats
Som den"hjärta"För högpresterande lasersystem påverkar laserstavarnas strukturella design direkt den optiska, elektriska och termiska prestandan hos hela systemet. Att integrera dussintals emittrar i en struktur som bara är millimeter bred visar inte bara upp avancerade material- och tillverkningstekniker, utan representerar också den höga integrationsnivån som finns idag.'s fotonikindustri.
I takt med att efterfrågan på effektiva och tillförlitliga laserkällor fortsätter att öka, kommer innovationer inom laserstångsstruktur att förbli en viktig drivkraft för att ta laserindustrin till nya höjder.
Om du'Letar du efter experthjälp inom laserstångsförpackning, termisk hantering eller produktval, kontakta oss gärna.'Vi är här för att erbjuda skräddarsydda lösningar som matchar dina specifika applikationsbehov.
Publiceringstid: 2 juli 2025