Xip làser

El xip làser, també anomenat barra làser de díode sense muntar, és un xip làser d'un sol emissor o un xip làser d'una sola barra, que no estan muntats en un dissipador de calor i no tenen cap embalatge exterior. Seleccioneu entre materials semiconductors GaAs, InP i GaSb per obtenir una longitud d'ona de 450 nm a 2 µm, que ofereixen una fiabilitat i un rendiment excepcionals.

Un xip làser és un xip miniaturitzat que integra làsers i altres components optoelectrònics. El component bàsic d'un xip làser és un làser semiconductor, que utilitza el procés de recombinació d'electrons i forats en materials semiconductors per generar làsers. Els xips làser són més petits i lleugers que els làsers de gas tradicionals o els làsers d'estat sòlid, el que els fa adequats per a la integració en diversos dispositius portàtils i encastats.

Emissor únic

Barra únic

Xip VCSEL

Xip EEL d'un sol emissor

Xip EEL de barra única

La principal diferència entre el xip làser d'un sol emissor i el xip làser de barra única és la seva estructura i aplicació. El xip làser d'un sol emissor normalment es refereix a un sol xip làser, mentre que el xip làser de barra única són estructures en forma de tires compostes per múltiples xips làser.

El xip làser d'un sol emissor es compon d'un sol xip làser i solen tenir una mida més petita i una potència de sortida més baixa. Normalment s'utilitzen en aplicacions que requereixen un control precís del feix, com ara comunicacions de fibra òptica i punters làser. Les característiques del xip làser d'un sol emissor són la seva alta qualitat de feix i són adequades per a aplicacions que requereixen una alta directivitat i una gran brillantor.

Els xips làser de barra única són estructures en forma de tires compostes per múltiples xips làser i solen tenir una mida més gran i una potència de sortida més gran. Els xips làser de barra única són adequats per a aplicacions que requereixen una gran potència, com ara el processament de materials, equips mèdics i instruments de recerca científica. Les característiques del xip làser de barra única són la seva alta potència de sortida i són adequades per a aplicacions que requereixen una irradiació de gran àrea o una gran energia.

Pel que fa als detalls tècnics i les aplicacions, el xip làser d'un sol emissor i el xip làser de barra única també difereixen en els mètodes de preparació i la selecció del material. Els xips làser d'emissor únic es preparen normalment mitjançant la tecnologia de deposició de vapor químic orgànic metàl·lic i tenen una alta qualitat i eficiència del feix. El xip làser de barra única evita el làser lateral mitjançant el disseny de la capa epitaxial i la ranura d'aïllament i millora la fiabilitat i la durabilitat del dispositiu.

Les barres làser no muntades es poden tallar en xips làser d'un sol emissor, incloent els passos següents:

Traçat: a cada barra làser desmuntada que s'ha de tallar, es realitza el traçat entre dues fitxes adjacents.

Expansió de la pel·lícula: la pel·lícula adhesiva amb la barra làser connectada es transfereix a la màquina d'expansió de la pel·lícula per a la primera expansió de la pel·lícula. Un cop completada l'expansió de la pel·lícula, la pel·lícula adhesiva es troba en el primer estat d'expansió i es manté en aquest estat.

Divisió: la pel·lícula adhesiva en el primer estat d'expansió es transfereix a la màquina de divisió i la barra làser es divideix al llarg de la línia de traçat per separar els xips de la barra làser entre si. En expandir la pel·lícula adhesiva connectada a la barra làser abans de dividir-se, es proporciona pretensió a les fitxes a banda i banda de la línia de traçat, de manera que les fitxes es poden separar de forma natural i netament al llarg de la direcció de traçat durant la divisió, evitant que les fitxes xoquin amb cadascuna. altres durant el trencament i el dany.

La clau d'aquest mètode és proporcionar pretensió mitjançant l'expansió de la pel·lícula per garantir que les fitxes es puguin separar naturalment al llarg de la direcció de traçat durant la divisió, millorant així el rendiment i la qualitat de les fitxes.

L'espai entre els emissors de la barra làser sense muntar té un impacte significatiu en el rendiment. L'espai uniforme dels emissors pot garantir un millor efecte de dissipació de calor de la barra làser desmuntada, millorant així la vida i l'estabilitat de la barra làser sense muntar.

La distància entre els emissors de la barra làser sense muntar afectarà l'efecte de dissipació de calor. Si l'espai entre els emissors és desigual, pot ser que la temperatura d'alguns emissors sigui massa alta, afectant així el rendiment i la vida útil del làser. Ajustant l'amplada de cada emissor de la barra, la dissipació de calor de tota la barra es pot fer més uniforme i es pot evitar que la temperatura de l'emissor mitjà sigui significativament superior a la temperatura de l'emissor de vora, reduint així els problemes. de desplaçament de longitud d'ona i reducció de l'amplada del pols.

L'espai entre els emissors també afecta la brillantor de la barra làser sense muntar. Si la distància entre els emissors és massa gran, pot provocar una brillantor desigual i afectar l'efecte de la pantalla. L'espai adequat entre emissors pot garantir l'efecte de visualització i el rendiment de la barra làser sense muntar en diferents escenaris d'aplicació.

Hi ha diversos requisits per als dissipadors de calor utilitzats en l'embalatge de xips làser, incloent principalment la conductivitat tèrmica, la concordança del coeficient d'expansió tèrmica, la capacitat d'alliberament de l'estrès tèrmic i el tractament superficial. ‌

En primer lloc, la conductivitat tèrmica és un dels paràmetres importants dels materials del dissipador de calor. Els xips làser generen molta calor durant el funcionament. Si la calor no es pot dissipar a temps, afectarà el rendiment i la vida útil del làser. Per tant, el material del dissipador de calor ha de tenir una alta conductivitat tèrmica per conduir efectivament la calor. Els materials dissipadors de calor habituals, com ara nitrur d'alumini, carbur de silici, diamant, etc. tenen una alta conductivitat tèrmica‌.

En segon lloc, la concordança del coeficient d'expansió tèrmica també és molt important. Els coeficients d'expansió tèrmica dels xips làser i els materials del dissipador de calor han de coincidir per reduir l'estrès causat pels canvis de temperatura i evitar esquerdes o deformacions entre els materials. Per exemple, el coeficient d'expansió tèrmica del nitrur d'alumini és de 4,6 × 10^-6/K, que és proper al coeficient d'expansió tèrmica dels xips làser, de manera que s'utilitza sovint com a material dissipador de calor de transició.

A més, la capacitat d'alliberament de l'estrès tèrmic també és un factor clau. La calor generada pel làser durant el funcionament provocarà estrès tèrmic entre el xip i el dissipador de calor. Si el material del dissipador de calor no pot alliberar eficaçment aquestes tensions, pot provocar que el rendiment del làser es degradi o falli. Per tant, el material del dissipador de calor ha de tenir bones capacitats d'alliberament de l'estrès tèrmic.

Finalment, el tractament superficial també afecta el rendiment del dissipador de calor. El tractament superficial del material del dissipador de calor ha de complir amb certs requisits d'aspecte i de proves físiques i químiques per garantir la seva fiabilitat i durabilitat en aplicacions pràctiques.

En resum, el dissipador de calor utilitzat per als xips làser envasats ha de tenir una alta conductivitat tèrmica, coincidir amb el coeficient d'expansió tèrmica del xip, bones capacitats d'alliberament de l'estrès tèrmic i un tractament superficial adequat per garantir l'estabilitat i la fiabilitat a llarg termini del làser.

Els passos bàsics de l'embalatge de barres de xip làser sense muntar inclouen: seleccionar materials d'embalatge adequats, dissenyar l'estructura d'embalatge, realitzar soldadures i unió i optimitzar la gestió tèrmica.

En primer lloc, triar el material d'embalatge adequat és la clau per garantir el rendiment de la barra de xip làser sense muntar. Per exemple, la soldadura dura d'or-estany es pot utilitzar per empaquetar barres làser de semiconductors blaus de nitrur de gal·li (GaN) d'alta potència, i es pot utilitzar un dissipador de calor de transició coure-tungstè com a capa amortidor per suprimir l'estrès residual de l'envasat. A més, el sistema de material epitaxial InGaAs/AlGaAs també es pot utilitzar per dissenyar matrius de barres làser de semiconductors cònics d'alta potència.

En segon lloc, una estructura d'embalatge dissenyada correctament és crucial per millorar el rendiment de les barres de xip làser sense muntar. Per exemple, l'estructura del paquet es pot construir utilitzant components com ara dissipadors de calor de microcanals, pel·lícules aïllants i cintes de coure per aconseguir una bona gestió tèrmica i distribució del corrent.

A continuació ve el procés de soldadura i unió. S'utilitza una màquina de col·locació d'alta precisió per unir eutècticament el xip al dissipador de calor de transició coure-tungstè, i la temperatura, la pressió i el temps de soldadura es controlen estrictament per garantir la qualitat de la soldadura. Els experiments mostren que els paràmetres de soldadura adequats poden reduir significativament la resistència tèrmica i el corrent llindar, millorant així la potència òptica de sortida i l'eficiència de conversió fotoelèctrica.

Finalment, optimitzar la gestió tèrmica és una mesura important per garantir un funcionament estable a llarg termini de les barres de xip làser sense muntar. Dissenyant racionalment l'estructura del dissipador de calor i seleccionant els materials adequats, la resistència tèrmica es pot reduir eficaçment, es pot millorar l'eficiència de dissipació de calor i es pot allargar la vida útil de les barres de xip làser sense muntar.

1. Evitar la contaminació: la barra làser desmuntada s'ha d'envasar en un entorn estèril i lliure de pols per evitar la intrusió de partícules i microorganismes. Aquests contaminants poden afectar el rendiment i la vida útil de la barra làser sense muntar, i fins i tot provocar una fallada d'embalatge.

2. Millorar la qualitat de l'embalatge: el control ambiental a la sala neta pot garantir que la temperatura, la humitat i el flux d'aire durant el procés d'embalatge estiguin en el millor estat, millorant així la qualitat i la consistència de l'envasat. Això ajuda a reduir els defectes d'embalatge i millorar la taxa de qualificació dels productes.

3. Amplieu la vida útil: l'embalatge en un entorn net pot reduir els danys a la barra làser desmuntada per factors externs, allargant així la seva vida útil. La sala neta redueix els problemes de contaminació que es poden trobar durant el procés d'embalatge controlant estrictament les condicions ambientals i protegeix l'estabilitat i la fiabilitat de la barra làser sense muntar.

4. Millorar l'eficiència de la producció: el sistema de filtració eficient i les condicions ambientals estrictament controlades de la sala neta poden reduir les interrupcions de la producció i la reelaboració causades per la contaminació, millorant així l'eficiència global de la producció. A més, la sala neta també pot garantir la continuïtat i l'estabilitat del procés de producció, millorant encara més l'eficiència de la producció.

Diferències estructurals:

‌EEL (Edge Emitting Laser): EEL utilitza l'emissió de radiació al llarg de la direcció de l'eix, és a dir, la llum s'emet al llarg de la direcció plana del dispositiu, normalment amb una estructura cilíndrica, i la llum emet un raig làser des del costat.

‌VCSEL (Làser d'emissió de superfície de cavitat vertical): L'estructura de VCSEL és vertical, és a dir, la llum és perpendicular al dispositiu i la llum s'emet principalment des de la part superior, formant un punt circular.

Mode d'emissió:

‌EEL: El raig làser s'emet des del costat a través d'una estructura cilíndrica.

‌VCSEL: làser d'emissió superficial, la llum s'emet principalment des de la part superior.

Forma del punt:

‌EEL: El punt emès és el·líptic.

‌VCSEL: El punt emès és circular.

Diferències de rendiment:

‌EEL: Té una potència de sortida i una energia superiors a un únic làser, adequat per a aplicacions amb alts requeriments energètics.

‌VCSEL‌: té una alta eficiència quàntica interna i una millor estabilitat tèrmica, i pot aconseguir alta velocitat, baix consum d'energia i un ampli rang de temperatura‌.

Àmbits d'aplicació:

‌EEL‌: s'utilitza principalment per a comunicacions d'alta velocitat, com ara comunicacions de fibra òptica, impressió làser, discs òptics i mesurament i detecció òptica‌.

‌VCSEL‌: s'utilitza habitualment en la interconnexió òptica del centre de dades, lidar, reconeixement facial, escaneig 3D i altres aplicacions‌.

En resum, EEL i VCSEL tenen diferències significatives en l'estructura, el mode d'emissió, la forma del punt, el rendiment i les àrees d'aplicació. Els usuaris poden triar el xip làser adequat segons les necessitats específiques.

El treball del xip làser EEL Edge Emitting Laser inclou principalment els passos següents:

1. Injecció de portadors: aplicant un biaix cap endavant, s'injecten electrons de la regió de tipus N a la capa activa i s'injecten forats des de la regió de tipus P a la capa activa. A la capa activa, els electrons i els forats es recombinen per generar fotons. Aquest procés és similar a un díode emissor de llum (LED), però EEL és aconseguir làsers en lloc de la llum normal.

2. Radiació estimulada i amplificació de la llum: Els fotons generats a la capa activa interactuen amb altres electrons excitats, fent que aquests electrons passin a un estat de baixa energia i emetin més fotons amb la mateixa fase, freqüència i direcció que els fotons inicials. Aquesta és la radiació estimulada. Quan els fotons es reflecteixen entre aquests miralls, es generen més fotons de radiació estimulada a la capa activa, formant un mecanisme d'amplificació de la llum a la cavitat ressonant.

3. Cavitat ressonant i amplificació de la llum: com que la capa activa de l'EEL està incrustada entre dos miralls paral·lels (cares extrems), aquests miralls reflectiran alguns fotons cap a la capa activa. Quan els fotons es reflecteixen entre els dos miralls, es generen més fotons de radiació estimulada a la capa activa. Aquest procés repetit d'amplificació de la llum forma el mecanisme d'amplificació de la llum a la cavitat ressonant.

4. Sortida làser‌: quan el nombre de fotons a la cavitat ressonant arriba a un cert llindar, alguns fotons s'emetran a través de la cara final amb menor reflectivitat per formar sortida làser. La direcció del feix làser d'EEL és paral·lela a la superfície del xip, per la qual cosa s'anomena làser que emet vores.

Quatre mètodes de refrigeració

Refrigeració del dissipador de calor per convecció natural‌: aquest mètode utilitza materials amb alta conductivitat tèrmica per eliminar la calor generada i dissipar-la per convecció natural. A més, les aletes també poden ajudar a dissipar la calor i millorar la velocitat de transferència de calor del sistema de refrigeració‌.

‌Materials de conductivitat tèrmica‌: utilitzeu materials amb alta conductivitat tèrmica per reduir la temperatura del làser. Aquests materials poden conduir la calor de manera efectiva, mantenint així el funcionament estable del làser.

Basat en la tecnologia de semiconductors líder del sector, BrandNew ofereix una àmplia gamma d'opcions de xip làser. Algunes d'aquestes opcions inclouen longituds d'ona que van des de 450 nm fins a 2100 nm, xip làser d'un sol emissor amb una potència de sortida de fins a 20 W i xip làser d'una sola barra amb una potència de sortida de fins a 600 W i ona contínua (CW) i ona quasi contínua (QCW). ) opcions. El xip i la barra làser estan disponibles en diversos factors d'ompliment, amplades de ratlles, amplades de barres i longituds de cavitats, i es poden desenvolupar opcions personalitzades per satisfer els vostres requisits únics.

Els xips làser es produeixen sota els controls de qualitat més estrictes. Treballem només amb l'última tecnologia d'epitaxia, processament i recobriment de facetes. Els mètodes de soldadura estàndard s'utilitzen per muntar el xip làser. El material admet tant soldadura suau (indi) com soldadura dura (or/estany). La configuració estàndard del xip làser és una estructura emissor separada al costat p. A petició, els xips làser estan disponibles amb metal·lització contínua de la cara p i recobriments de facetes adaptats, utilitzant recobriments de baix AR per al muntatge de ressonadors externs.

Brandnew Technology, un dels principals fabricants i proveïdors de làser de díode a la Xina, té una fàbrica professional que fabrica xips làser d'alta qualitat i ven a preus competitius. Benvingut a l'engròs dels nostres productes fets a la Xina.