लेजर बार की संरचना का अनावरण: उच्च-शक्ति वाले लेजरों के पीछे का "माइक्रो ऐरे इंजन"

उच्च-शक्ति वाले लेज़रों के क्षेत्र में, लेज़र बार अपरिहार्य मुख्य घटक हैं। ये न केवल ऊर्जा उत्पादन की मूलभूत इकाई के रूप में कार्य करते हैं, बल्कि आधुनिक ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक इंजीनियरिंग की सटीकता और एकीकरण का भी प्रतीक हैं।—इसी वजह से इन्हें लेज़र सिस्टम का "इंजन" कहा जाता है। लेकिन लेज़र बार की संरचना वास्तव में क्या है, और यह मात्र कुछ मिलीमीटर के आकार से दसियों या सैकड़ों वाट का आउटपुट कैसे प्रदान करता है? यह लेख लेज़र बार की आंतरिक संरचना और इंजीनियरिंग के रहस्यों की पड़ताल करता है।

1. लेजर बार क्या है?

लेजर बार एक उच्च-शक्ति उत्सर्जक उपकरण है जो एक ही सब्सट्रेट पर पार्श्व रूप से व्यवस्थित कई लेजर डायोड चिप्स से बना होता है। हालांकि इसका कार्य सिद्धांत एकल सेमीकंडक्टर लेजर के समान है, लेजर बार उच्च ऑप्टिकल शक्ति और अधिक कॉम्पैक्ट आकार प्राप्त करने के लिए मल्टी-एमिटर लेआउट का उपयोग करता है।

लेजर बार का उपयोग औद्योगिक, चिकित्सा, वैज्ञानिक और रक्षा क्षेत्रों में व्यापक रूप से किया जाता है, या तो प्रत्यक्ष लेजर स्रोतों के रूप में या फाइबर लेजर और सॉलिड-स्टेट लेजर के लिए पंप स्रोतों के रूप में।

2. लेजर बार की संरचनात्मक संरचना

लेजर बार की आंतरिक संरचना सीधे तौर पर उसके प्रदर्शन को निर्धारित करती है। इसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित प्रमुख घटक शामिल होते हैं:

①उत्सर्जक सरणी

लेजर बार में आमतौर पर 10 से 100 उत्सर्जक (लेजर कैविटी) अगल-बगल व्यवस्थित होते हैं। प्रत्येक उत्सर्जक लगभग 50–150μयह 1 मीटर चौड़ा है और एक स्वतंत्र लाभ क्षेत्र के रूप में कार्य करता है, जिसमें लेजर प्रकाश उत्पन्न करने और उत्सर्जित करने के लिए एक पीएन जंक्शन, अनुनादी गुहा और तरंगमार्ग संरचना होती है। यद्यपि सभी उत्सर्जक एक ही सब्सट्रेट साझा करते हैं, लेकिन वे आमतौर पर विद्युत रूप से समानांतर या ज़ोन द्वारा संचालित होते हैं।

②अर्धचालक परत संरचना

लेजर बार के केंद्र में अर्धचालक परतों का एक समूह होता है, जिसमें निम्नलिखित शामिल हैं:

- पी-टाइप और एन-टाइप एपिटैक्सियल परतें (जो पीएन जंक्शन का निर्माण करती हैं)

- सक्रिय परत (जैसे, क्वांटम वेल संरचना), जो उत्तेजित उत्सर्जन उत्पन्न करती है

- वेवगाइड परत, जो पार्श्व और ऊर्ध्वाधर दिशाओं में मोड नियंत्रण सुनिश्चित करती है

ब्रैग रिफ्लेक्टर या एचआर/एआर कोटिंग्स, जो लेजर के दिशात्मक आउटपुट को बढ़ाते हैं।

③आधार और तापीय प्रबंधन संरचना

एमिटर को एक अखंड अर्धचालक सब्सट्रेट (आमतौर पर GaAs) पर उगाया जाता है। कुशल ऊष्मा अपव्यय के लिए, लेजर बार को तांबा, W-Cu मिश्र धातु, या CVD डायमंड जैसे उच्च चालकता वाले सबमाउंट पर सोल्डर किया जाता है, और इसे हीट सिंक और सक्रिय शीतलन प्रणालियों के साथ जोड़ा जाता है।

④उत्सर्जन सतह और संरेखण प्रणाली

उत्सर्जित किरणों के बड़े विचलन कोणों के कारण, लेजर बार आमतौर पर संरेखण और किरण आकार देने के लिए माइक्रो-लेंस सरणियों (FAC/SAC) से सुसज्जित होते हैं। कुछ विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए, अतिरिक्त प्रकाशिकी की आवश्यकता होती है।—जैसे बेलनाकार लेंस या प्रिज्म—इनका उपयोग दूर-क्षेत्रीय विचलन और किरण की गुणवत्ता को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।

3. प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले प्रमुख संरचनात्मक कारक

लेजर बार की संरचना उसकी स्थिरता, दक्षता और सेवा जीवन को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसमें कई प्रमुख पहलू शामिल हैं:

①थर्मल प्रबंधन डिजाइन

लेजर बार में उच्च शक्ति घनत्व और केंद्रित ऊष्मा होती है। कम तापीय प्रतिरोध आवश्यक है, जिसे AuSn सोल्डरिंग या इंडियम बॉन्डिंग के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, साथ ही समान ऊष्मा अपव्यय के लिए माइक्रोचैनल कूलिंग का उपयोग किया जाता है।

②बीम शेपिंग और अलाइनमेंट

कई उत्सर्जकों में अक्सर खराब सुसंगति और तरंग मोर्चे का गलत संरेखण जैसी समस्याएं होती हैं। दूर-क्षेत्रीय किरण की गुणवत्ता में सुधार के लिए सटीक लेंस डिजाइन और संरेखण अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

③तनाव नियंत्रण और विश्वसनीयता

तापीय प्रसार गुणांकों में अंतर के कारण पैकेजिंग में विकृति या सूक्ष्म दरारें आ सकती हैं। पैकेजिंग को इस प्रकार डिज़ाइन किया जाना चाहिए कि वह यांत्रिक तनाव को समान रूप से वितरित करे और बिना किसी क्षति के तापीय चक्र को सहन कर सके।

4. लेजर बार डिजाइन में भविष्य के रुझान

उच्च शक्ति, छोटे आकार और अधिक विश्वसनीयता की बढ़ती मांग के साथ, लेजर बार संरचनाओं का निरंतर विकास हो रहा है। प्रमुख विकास दिशाओं में शामिल हैं:

①तरंगदैर्ध्य विस्तार: 1.5 तक विस्तारितμएम और मध्य-अवरक्त बैंड

②लघुकरण: कॉम्पैक्ट उपकरणों और अत्यधिक एकीकृत मॉड्यूल में उपयोग को सक्षम बनाना

③स्मार्ट पैकेजिंग: तापमान सेंसर और स्थिति प्रतिक्रिया प्रणाली का समावेश

④उच्च-घनत्व स्टैकिंग: कॉम्पैक्ट आकार में किलोवाट-स्तर का आउटपुट प्राप्त करने के लिए स्तरित सरणियाँ

5। उपसंहार

जैसे“दिल”उच्च-शक्ति लेजर प्रणालियों में, लेजर बार का संरचनात्मक डिज़ाइन सीधे तौर पर समग्र प्रणाली के प्रकाशीय, विद्युत और तापीय प्रदर्शन को प्रभावित करता है। कुछ मिलीमीटर चौड़ी संरचना में दर्जनों उत्सर्जकों को एकीकृत करना न केवल उन्नत सामग्री और निर्माण तकनीकों को प्रदर्शित करता है, बल्कि आज के समय में उच्च स्तर के एकीकरण को भी दर्शाता है।'फोटोनिक्स उद्योग।

भविष्य में, कुशल और विश्वसनीय लेजर स्रोतों की मांग में लगातार वृद्धि के साथ, लेजर बार संरचना में नवाचार लेजर उद्योग को नई ऊंचाइयों पर ले जाने में एक प्रमुख कारक बना रहेगा।

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