Laserový čip

Laserový čip, tiež nazývaný nepripojená diódová laserová lišta, je laserový čip s jedným žiaričom alebo laserový čip s jednou tyčou, ktorý nie je namontovaný na chladiči a nemá žiadne vonkajšie balenie. Vyberte si z polovodičových materiálov GaAs, InP a GaSb a získajte vlnovú dĺžku od 450 nm do 2 µm, ktoré poskytujú výnimočnú spoľahlivosť a výkon.

Laserový čip je miniaturizovaný čip, ktorý integruje lasery a ďalšie optoelektronické komponenty. Hlavnou súčasťou laserového čipu je polovodičový laser, ktorý využíva proces rekombinácie elektrónov a dier v polovodičových materiáloch na generovanie laserov. Laserové čipy sú menšie a ľahšie ako tradičné plynové lasery alebo polovodičové lasery, vďaka čomu sú vhodné na integráciu do rôznych prenosných a vstavaných zariadení.

Jediný žiarič

Jeden bar

Čip VCSEL

Čip EEL s jedným emitorom

Jeden pruh EEL čip

Hlavným rozdielom medzi laserovým čipom s jedným žiaričom a laserovým čipom s jednou tyčou je ich štruktúra a použitie. Laserový čip s jedným emitorom sa zvyčajne vzťahuje na jeden laserový čip, zatiaľ čo laserový čip s jednou tyčou sú štruktúry v tvare pásika zložené z viacerých laserových čipov.

Laserový čip s jedným emitorom sa skladá z jedného laserového čipu a zvyčajne má menšiu veľkosť a nižší výkon. Zvyčajne sa používajú v aplikáciách, ktoré vyžadujú presné ovládanie lúča, ako je komunikácia s optickými vláknami a laserové ukazovátka. Charakteristiky laserového čipu s jedným emitorom sú ich vysoká kvalita lúča a sú vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysokú smerovosť a vysoký jas.

Laserový čip s jednou tyčou sú štruktúry v tvare pásika zložené z viacerých laserových čipov a zvyčajne majú väčšiu veľkosť a vyšší výkon. Laserový čip s jednou tyčou je vhodný pre aplikácie, ktoré vyžadujú vysoký výkon, ako je spracovanie materiálov, lekárske vybavenie a vedecké výskumné nástroje. Charakteristikou jednočiarového laserového čipu je ich vysoký výstupný výkon a sú vhodné pre aplikácie, ktoré vyžadujú veľkoplošné ožarovanie alebo vysokú energiu.

Pokiaľ ide o technické detaily a aplikácie, laserový čip s jedným emitorom a čip s jednou tyčou sa tiež líšia metódami prípravy a výberom materiálu. Laserový čip s jedným emitorom sa zvyčajne pripravuje pomocou technológie organickej chemickej depozície z pár kovov a má vysokú kvalitu a účinnosť lúča. Jednoduchý laserový čip zabraňuje bočnému laserovému žiareniu prostredníctvom konštrukcie epitaxnej vrstvy a izolačnej drážky a zlepšuje spoľahlivosť a odolnosť zariadenia.

Nenamontované laserové tyče je možné rezať na laserové čipy s jedným žiaričom vrátane nasledujúcich krokov:

Ryhovanie: Na každej nenamontovanej laserovej lište, ktorá sa má štiepiť, sa rytie vykoná medzi dvoma susednými čipmi.

Expanzia fólie: Lepiaca fólia s pripevnenou laserovou lištou sa prenesie do stroja na expanziu fólie na prvú expanziu fólie. Po dokončení expanzie fólie je lepiaca fólia v prvom stave expanzie a zostáva v tomto stave.

Štiepenie: Lepiaca fólia v prvom stave expanzie sa prenesie do štiepacieho stroja a laserová lišta sa rozdelí pozdĺž ryhy, aby sa od seba oddelili triesky na laserovej lište. Roztiahnutím adhéznej fólie pripojenej k laserovej lište pred štiepaním sa trieskam poskytne predpätie na oboch stranách ryhy, takže triesky sa dajú prirodzene čisto oddeliť v smere ryhovania počas štiepania, čím sa zabráni tomu, aby sa triesky zrazili s každým iné pri štiepaní a poškodení.

Kľúčom k tejto metóde je poskytnúť predpätie expanziou filmu, aby sa zabezpečilo, že triesky sa môžu prirodzene oddeľovať v smere ryhovania počas štiepania, čím sa zlepší výťažnosť a kvalita triesok.

Vzdialenosť medzi žiaričmi nenamontovanej laserovej lišty má významný vplyv na výkon. Rovnomerné rozmiestnenie žiaričov môže zabezpečiť lepší efekt rozptylu tepla nenamontovanej laserovej lišty, čím sa zlepší životnosť a stabilita nenamontovanej laserovej lišty.

Vzdialenosť medzi žiaričmi nenamontovanej laserovej lišty ovplyvní efekt rozptylu tepla. Ak je rozmiestnenie žiaričov nerovnomerné, môže to spôsobiť, že teplota niektorých žiaričov bude príliš vysoká, čo ovplyvní výkon a životnosť lasera. Úpravou šírky každého žiariča tyče môže byť rozptyl tepla celej tyče rovnomernejší a teplota stredného žiariča môže byť výrazne vyššia ako teplota okrajového žiariča, čím sa znížia problémy posun vlnovej dĺžky a redukcia šírky impulzu.

Vzdialenosť medzi žiaričmi tiež ovplyvňuje jas nenamontovanej laserovej lišty. Ak je vzdialenosť medzi žiaričmi príliš veľká, môže to spôsobiť nerovnomerný jas a ovplyvniť efekt zobrazenia. Vhodné rozostupy medzi žiaričmi môžu zabezpečiť zobrazovací efekt a výkon nenamontovanej laserovej lišty v rôznych aplikačných scenároch.

Existuje viacero požiadaviek na chladiče používané pri balení laserových čipov, vrátane tepelnej vodivosti, prispôsobenia koeficientu tepelnej rozťažnosti, schopnosti uvoľňovania tepelného napätia a povrchovej úpravy. ‌

Po prvé, tepelná vodivosť je jedným z dôležitých parametrov materiálov chladičov. Laserové čipy vytvárajú počas prevádzky veľa tepla. Ak sa teplo nedokáže včas rozptýliť, ovplyvní to výkon a životnosť lasera. Preto musí mať materiál chladiča vysokú tepelnú vodivosť, aby účinne odvádzal teplo. Bežné materiály chladiča, ako je nitrid hliníka, karbid kremíka, diamant atď., majú vysokú tepelnú vodivosť‌.

Po druhé, veľmi dôležité je aj prispôsobenie koeficientu tepelnej rozťažnosti. Koeficienty tepelnej rozťažnosti laserových čipov a materiálov chladiča sa musia zhodovať, aby sa znížilo napätie spôsobené teplotnými zmenami a zabránilo sa prasklinám alebo deformáciám medzi materiálmi. Napríklad koeficient tepelnej rozťažnosti nitridu hliníka je 4,6×10^-6/K, čo je blízko koeficientu tepelnej rozťažnosti laserových čipov, preto sa často používa ako prechodový materiál chladiča.

Okrem toho je kľúčovým faktorom aj schopnosť uvoľňovať tepelné napätie. Teplo generované laserom počas prevádzky spôsobí tepelné napätie medzi čipom a chladičom. Ak materiál chladiča nedokáže účinne uvoľniť tieto napätia, môže to spôsobiť zhoršenie výkonu lasera alebo jeho zlyhanie. Preto musí mať materiál chladiča dobré schopnosti uvoľňovať tepelné napätie.

Nakoniec aj povrchová úprava ovplyvňuje výkon chladiča. Povrchová úprava materiálu chladiča musí spĺňať určité požiadavky na vzhľad a fyzikálne a chemické skúšky, aby sa zabezpečila jeho spoľahlivosť a trvanlivosť v praktických aplikáciách.

Stručne povedané, chladič používaný pre balené laserové čipy musí mať vysokú tepelnú vodivosť, musí zodpovedať koeficientu tepelnej rozťažnosti čipu, má dobré schopnosti uvoľňovania tepelného napätia a vhodnú povrchovú úpravu, aby sa zabezpečila stabilita a dlhodobá spoľahlivosť lasera.

Základné kroky balenia nenamontovaných laserových čipových tyčí zahŕňajú: výber vhodných obalových materiálov, návrh štruktúry balenia, vykonávanie zvárania a lepenia a optimalizáciu tepelného manažmentu.

Po prvé, výber vhodného baliaceho materiálu je kľúčom k zaisteniu výkonu nenamontovanej laserovej čipovej lišty. Napríklad zlato-cínovú tvrdú spájku možno použiť na balenie vysokovýkonných modrých polovodičových laserových tyčí z nitridu gália (GaN) a prechodový chladič medi a volfrámu možno použiť ako vyrovnávaciu vrstvu na potlačenie zvyškového napätia balenia. Okrem toho je možné systém epitaxných materiálov InGaAs/AlGaAs použiť aj na navrhovanie vysokovýkonných kužeľových polovodičových laserových polí.

Po druhé, správne navrhnutá obalová štruktúra je rozhodujúca pre zlepšenie výkonu nenamontovaných laserových čipových tyčí. Napríklad štruktúra obalu môže byť postavená pomocou komponentov, ako sú mikrokanálové chladiče, izolačné fólie a medené pásky, aby sa dosiahlo dobré tepelné riadenie a distribúcia prúdu.

Ďalej nasleduje proces spájkovania a spájania. Na eutektické spojenie čipu s prechodovým chladičom medi a volfrámu sa používa vysoko presný umiestňovací stroj a teplota zvárania, tlak a čas sú prísne kontrolované, aby sa zabezpečila kvalita zvárania. Experimenty ukazujú, že vhodné parametre zvárania môžu výrazne znížiť tepelný odpor a prahový prúd, čím sa zlepší výstupný optický výkon a účinnosť fotoelektrickej konverzie.

Nakoniec, optimalizácia tepelného manažmentu je dôležitým opatrením na zabezpečenie dlhodobej stabilnej prevádzky nenamontovaných laserových čipových tyčí. Racionálnym návrhom konštrukcie chladiča a výberom vhodných materiálov možno účinne znížiť tepelný odpor, zlepšiť účinnosť odvodu tepla a predĺžiť životnosť nenamontovaných tyčí laserových čipov.

1. Zabráňte kontaminácii: Nenamontovaná laserová lišta musí byť zabalená v bezprašnom a sterilnom prostredí, aby sa zabránilo vniknutiu častíc a mikroorganizmov. Tieto nečistoty môžu ovplyvniť výkon a životnosť nenamontovanej laserovej lišty a dokonca spôsobiť zlyhanie balenia.

2. Zlepšenie kvality balenia: Kontrola životného prostredia v čistej miestnosti môže zabezpečiť, že teplota, vlhkosť a prúdenie vzduchu počas procesu balenia sú v najlepšom stave, čím sa zlepší kvalita a konzistencia balenia. To pomáha znižovať chyby balenia a zlepšovať kvalifikovanú mieru produktov.

3. Predĺžte životnosť: Balenie v čistom prostredí môže znížiť poškodenie nenamontovanej laserovej lišty vonkajšími faktormi, čím sa predĺži jej životnosť. Čistá miestnosť znižuje problémy so znečistením, ktoré sa môžu vyskytnúť počas procesu balenia, prísnou kontrolou podmienok prostredia a chráni stabilitu a spoľahlivosť nenamontovanej laserovej lišty.

4. Zlepšite efektivitu výroby: Efektívny filtračný systém a prísne kontrolované podmienky prostredia v čistej miestnosti môžu znížiť prerušenia výroby a prepracovanie spôsobené znečistením, čím sa zlepší celková efektívnosť výroby. Okrem toho môže čistá miestnosť zabezpečiť aj kontinuitu a stabilitu výrobného procesu, čím sa ďalej zvyšuje efektívnosť výroby.

Štrukturálne rozdiely:

EEL (Edge Emitting Laser): EEL využíva emisiu žiarenia pozdĺž smeru osi, to znamená, že svetlo je vyžarované pozdĺž rovinného smeru zariadenia, zvyčajne s valcovou štruktúrou, a svetlo vyžaruje laserový lúč zo strany.

‌VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser): Štruktúra VCSEL je vertikálna, to znamená, že svetlo je kolmé na zariadenie a svetlo je vyžarované hlavne zhora a tvorí kruhový bod.

Emisný režim:

‌EEL: Laserový lúč je vyžarovaný zboku cez valcovú štruktúru.

‌VCSEL: Povrchovo vyžarujúci laser, svetlo je vyžarované hlavne zhora.

Bodový tvar:

‌EEL: Vyžarovaná škvrna je elipsovitá.

‌VCSEL: Vyžarovaný bod je kruhový.

Rozdiely vo výkone:

‌EEL: Má vyšší výstupný výkon a energiu jedného lasera, vhodný pre aplikácie s vysokými požiadavkami na energiu.

‌VCSEL‌: Má vysokú vnútornú kvantovú účinnosť a lepšiu tepelnú stabilitu a môže dosiahnuť vysokú rýchlosť, nízku spotrebu energie a široký teplotný rozsah‌.

Oblasti použitia:

‌EEL‌: Väčšinou sa používa na vysokorýchlostnú komunikáciu, ako je komunikácia s optickými vláknami, laserová tlač, optické disky a optické meranie a detekcia‌.

‌VCSEL‌: Bežne sa používa v optickom prepojení dátových centier, lidare, rozpoznávaní tváre, 3D skenovaní a iných aplikáciách.

Stručne povedané, EEL a VCSEL majú významné rozdiely v štruktúre, emisnom režime, tvare škvrny, výkone a oblastiach použitia. Používatelia si môžu vybrať vhodný laserový čip podľa špecifických potrieb.

Práca čipu EEL Edge Emitting Laser zahŕňa najmä tieto kroky:

1. Injekcia nosiča: Aplikovaním predpätia sa elektróny vstrekujú z oblasti typu N do aktívnej vrstvy a otvory sa vstrekujú z oblasti typu P do aktívnej vrstvy. V aktívnej vrstve sa elektróny a diery rekombinujú a vytvárajú fotóny. Tento proces je podobný svetelnej dióde (LED), ale EEL má dosiahnuť lasery namiesto bežného svetla.

2. Stimulované žiarenie a zosilnenie svetla: Fotóny generované v aktívnej vrstve interagujú s inými excitovanými elektrónmi, čo spôsobuje, že tieto elektróny prechádzajú do nízkoenergetického stavu a emitujú viac fotónov s rovnakou fázou, frekvenciou a smerom ako počiatočné fotóny. Ide o stimulované žiarenie. Keď sa fotóny odrážajú tam a späť medzi týmito zrkadlami, v aktívnej vrstve sa generuje viac stimulovaných fotónov žiarenia, ktoré tvoria mechanizmus zosilnenia svetla v rezonančnej dutine.

3. Rezonančná dutina a zosilnenie svetla: Keďže aktívna vrstva EEL je vložená medzi dve paralelné zrkadlá (koncové strany), tieto zrkadlá budú odrážať niektoré fotóny späť do aktívnej vrstvy. Keď sa fotóny odrážajú tam a späť medzi dvoma zrkadlami, v aktívnej vrstve sa generuje viac stimulovaných fotónov žiarenia. Tento opakovaný proces zosilňovania svetla tvorí mechanizmus zosilňovania svetla v rezonančnej dutine.

4. Laserový výstup‌: Keď počet fotónov v rezonančnej dutine dosiahne určitú prahovú hodnotu, niektoré fotóny budú emitované cez koncovú plochu s nižšou odrazivosťou na vytvorenie laserového výstupu. Smer laserového lúča EEL je rovnobežný s povrchom čipu, preto sa nazýva laser vyžarujúci hrany.

Štyri spôsoby chladenia

Chladenie chladiča s prirodzenou konvekciou‌: Táto metóda využíva materiály s vysokou tepelnou vodivosťou na odstránenie generovaného tepla a odvádzanie tepla prirodzenou konvekciou. Okrem toho môžu rebrá tiež pomôcť rozptýliť teplo a zlepšiť rýchlosť prenosu tepla chladiaceho systému‌.

‌Tepelne vodivé materiály‌: Na zníženie teploty lasera používajte materiály s vysokou tepelnou vodivosťou. Tieto materiály môžu účinne odvádzať teplo, čím zachovávajú stabilnú prevádzku lasera.

BrandNew, založený na špičkovej polovodičovej technológii, poskytuje širokú škálu možností laserových čipov. Niektoré z týchto možností zahŕňajú vlnové dĺžky v rozsahu od 450 nm do 2 100 nm, laserový čip s jedným žiaričom s výstupným výkonom až 20 W a laserový čip s jednou tyčou s výstupným výkonom až 600 W a spojitú vlnu (CW) a kvázi spojitú vlnu (QCW ) možnosti. Laserový čip a lišta sú dostupné v rôznych výplňových faktoroch, šírkach pásov, šírkach tyčí a dĺžkach dutín a môžu byť vyvinuté prispôsobené možnosti, aby vyhovovali vašim jedinečným požiadavkám.

Laserové čipy sú vyrábané pod najprísnejšou kontrolou kvality. Pracujeme len s najmodernejšou technológiou epitaxie, spracovania a fazetového lakovania. Na montáž laserového čipu sa používajú štandardné metódy spájkovania. Materiál podporuje mäkkú spájku (indium) aj tvrdú spájku (zlato/cín). Štandardnou konfiguráciou laserového čipu je štruktúra žiariča oddelená na strane p. Na požiadanie sú laserové čipy k dispozícii s kontinuálnou metalizáciou na strane p a prispôsobenými fazetovými povlakmi s použitím povlakov s nízkym AR na montáž externých rezonátorov.

Brandnew Technology, jeden z popredných výrobcov a dodávateľov diódových laserov v Číne, má profesionálnu továreň, ktorá vyrába vysoko kvalitný laserový čip a predáva za konkurencieschopnú cenu. Vitajte vo veľkoobchode s našimi výrobkami vyrobenými v Číne.