今日科普|激光功率芯片效能提升

2024-11-11 09:58:11 🏮一条小丸子 598

### 激光功率芯片效能提升

激光功率芯片的效能提升一直是科技界和工业界关注的热点话题。随着全球激光市场的不断发展，高功率激光芯片的需求正大幅增长，特别是在绿色科技和高效率能源应用方面。据ResearchAndMarkets的数(shù)据(jù)显(xiǎn)示(shì)，全球(qiú)激(jī)光(guāng)市(shì)场(chǎng)预(yù)计(jì)在(zài)2024年(nián)将(jiāng)达(dá)到(dào)16.5亿(yì)美(měi)元(yuán)的(de)市(shì)场(chǎng)规(guī)模(mó)。这(zhè)一(yī)趋(qū)势(shì)不(bù)仅(jǐn)推(tuī)动(dòng)了(le)技(jì)术(shù)创(chuàng)新(xīn)，也(yě)促(cù)使(shǐ)更(gèng)多(duō)企(qǐ)业(yè)投(tóu)入(rù)到(dào)高(gāo)功(gōng)率(lǜ)激(jī)光(guāng)芯(xīn)片(piàn)的(de)研(yán)发(fā)和(hé)生(shēng)产中。

1. 高功率激光芯片的基本现状与需求

对于单颗输出光功率超过500mW的激光器芯片，已经被视为大功率激光器芯片。这些芯片在应用中常常面临一个关键问题，即腔面灾变（Catastrophic Optical Damage, COD）。COD的发生通常是由于半导体PN结因超过功率密度而过载，导致腔面区域的熔化、再结晶，从而破坏器件(jiàn)的性能。一旦发生COD，芯片的光功率会大幅下🎷Kaiyun官方入口降，甚至无光输出。因此，提高芯片耐COD的能力，成为提升激光功率芯片效能的关键。

2. 提升激光功率芯片效能的主要策略

为(wèi)了(le)提(tí)升(shēng)激(jī)光(guāng)功(gōng)率(lǜ)芯(xīn)片(piàn)的(de)效能，科研人员和企业不断探索新的技术和方法。以下是几种主要(yào)的(de)策(cè)略(è)：

1. **应(yīng)变(biàn)量(liàng)子(zi)阱(jǐng)技(jì)术**：通过引入应变改变量子阱的能带结构，从而提高激光器的(de)增(zēng)益(yì)和(hé)温(wēn)度(dù)稳(wěn)定(dìng)性(xìng)。这(zhè)种(zhǒng)技(jì)术(shù)可(kě)以显著降低激光器的阈值电流，提高量子效率。例如，在III-V族三元和四元材料组成的量子阱外延结构中引入压应变，可以降(jiàng)低(dī)激(jī)光(guāng)器(qì)的(de)阈(yù)值(zhí)电(diàn)流；而引入张应变，则可以提高材料在大功率工作状态下的增益。

2. **无铝量子阱技术**：无铝材料激光器相比有铝材料激光器具有更高的COMD功率密度，且电阻更低、热导率更高，因此表面复合速率低、腔面退化速率慢。这一技术显著提高了激光器的输出功率和(hé)可(kě)靠(kào)性(xìng)。例(lì)如(rú)，无(wú)铝(lǚ)1mm腔(qiāng)长(zhǎng)的(de)准连续阵列输出功率可达40W，无铝1cm长的镀膜bar条在180A工作电流下，输出功率大于185W。

3. **非对称波导技术和非吸收腔面技术**：非对称波导技术通过调节p型波导和n型波导的厚度和折射率，使光场分布尽量限制在n型区域内扩展，从而降低串联电阻和内部损耗。非吸收腔面技术则通过增大腔面附近量(liàng)子阱带隙宽度，减少因非辐射复(fù)合(hé)和(hé)光(guāng)吸(xī)收(shōu)产(chǎn)生(shēng)的热量及光生载流子数量。这些方法共同提高了激光器的输(shū)出功率和可靠性。

3. 最新相关热点话题和技术进展

随着激光技(jì)术(shù)的(de)不(bù)断(duàn)进(jìn)步(bù)，越来越多的创新应用涌现出来。例如，深圳海芯洋推出的新型高功率垂直腔面激光芯片设计，通过错位排列多行发光芯片和设置多个散热槽，提高了散热效率，使得芯片在高功率下仍能保持稳定性能。这种设计不仅提升了芯片的性能，还减少了单个芯片的体积，提高了封装的便利性。

此外，武汉锐晶激光芯片技术有限公司在高功率半导体激光器芯片技术方面取得了显著进展。其(qí)最(zuì)新(xīn)研(yán)制(zhì)的(de)300μm条(tiáo)宽(kuān)9XX nm系列产品，最大输出功率达到50W以上，转换效率超过54%，偏振度达95%以上。这些产品为下一代更高性能光纤激光器的研制提供了有力技术支撑。

在高功率激光芯片的应用方面，808nm高功率半导体激光器是全固态激光器（Nd:YAG）最理想的泵浦源。随着激光技术的不断发展，对半导体激光泵浦源的要求也越来越高，特别是在提(tí)高(gāo)光(guāng)功(gōng)率(lǜ)、电(diàn)光(guāng)转(zhuǎn)换(huàn)效率、光束质量以及可靠性方面。这些技术的进步不仅推动了激光产业的发展，也为新能源、环保等领域的应用提供了更多可能性。

4. 激光功率芯片效能提升的未来展望

激光功率芯片的效能提升不仅关乎科技进步，也直接影响到多个领域的实际应用。从激光手术到3D打印，从绿色科技到高效率能源应用，激光技术的每一次进步都在为人类生活带来更高效、精准和安全的方式。

展望未来，随着技术的不断创新和发展，高功率激光芯片将在更多领域发挥重要作用。国家和地区对绿色、环保、高效的激光技术的需求正在加剧，这将推动更多企业加大研发投入，提升技术水平。同时，产业链上下游的协同合作也将为激光功率芯片效能的提升提供更多支持和保障。

总之，激光功率芯片效能的提升是一个持续不断的过程，需要科(kē)研人员、企业和政府等多方面的共同努力。通过不断探索新的技术和方法，加强产业链合作，我们有理由相信，激光功率芯片将在未来发挥更加重要的作用，为科技进步和社会发展贡献更多力量。

激光功率芯片效能提升