लेज़र बार की संरचना का अनावरण: उच्च-शक्ति लेज़रों के पीछे "माइक्रो ऐरे इंजन"

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

1. लेजर बार क्या है?

लेज़र बार एक उच्च-शक्ति उत्सर्जक उपकरण है जो एक ही सब्सट्रेट पर पार्श्विक रूप से व्यवस्थित कई लेज़र डायोड चिप्स से बना होता है। हालाँकि इसका कार्य सिद्धांत एकल अर्धचालक लेज़र के समान है, लेज़र बार उच्च प्रकाशीय शक्ति और अधिक सघन रूप-कारक प्राप्त करने के लिए बहु-उत्सर्जक 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 स्रोत के रूप में या फाइबर लेजर और ठोस अवस्था लेजर के लिए पंप स्रोत के रूप में।

2. लेज़र बार की संरचनात्मक संरचना

लेज़र बार की आंतरिक संरचना सीधे उसके प्रदर्शन को निर्धारित करती है। इसमें मुख्य रूप से निम्नलिखित मुख्य घटक होते हैं:

1उत्सर्जक सरणी

लेज़र बार में आमतौर पर 10 से 100 एमिटर (लेज़र कैविटी) होते हैं जो एक-दूसरे के बगल में व्यवस्थित होते हैं। प्रत्येक एमिटर लगभग 50–150μमीटर चौड़ा है और एक स्वतंत्र लाभ क्षेत्र के रूप में कार्य करता है, जिसमें एक पीएन जंक्शन, अनुनाद गुहा और वेवगाइड संरचना होती है जो लेज़र प्रकाश उत्पन्न और उत्सर्जित करती है। हालाँकि सभी उत्सर्जक एक ही सब्सट्रेट का उपयोग करते हैं, वे आमतौर पर समानांतर या ज़ोन द्वारा विद्युत रूप से संचालित होते हैं।

2अर्धचालक परत संरचना

लेज़र बार के केंद्र में अर्धचालक परतों का एक ढेर होता है, जिसमें शामिल हैं:

- पी-प्रकार और एन-प्रकार की एपिटैक्सियल परतें (पीएन जंक्शन का निर्माण)

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

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

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

2सब्सट्रेट और थर्मल प्रबंधन संरचना

उत्सर्जक एक अखंड अर्धचालक सब्सट्रेट (आमतौर पर GaAs) पर उगाए जाते हैं। कुशल ऊष्मा अपव्यय के लिए, लेज़र बार को तांबे, W-Cu मिश्र धातु, या CVD हीरे जैसे उच्च-चालकता वाले उप-माउंट पर सोल्डर किया जाता है, और ऊष्मा सिंक और सक्रिय शीतलन प्रणालियों के साथ जोड़ा जाता है।

2उत्सर्जन सतह और कोलिमेशन प्रणाली

उत्सर्जित किरणों के बड़े विचलन कोणों के कारण, लेज़र बार आमतौर पर कोलिमेशन और किरण आकार देने के लिए माइक्रो-लेंस एरे (FAC/SAC) से सुसज्जित होते हैं। कुछ अनुप्रयोगों के लिए, अतिरिक्त प्रकाशिकी—जैसे बेलनाकार लेंस या प्रिज्म—दूर-क्षेत्र विचलन और किरण गुणवत्ता को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

3. प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले प्रमुख संरचनात्मक कारक

लेज़र 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

लेज़र बार में उच्च शक्ति घनत्व और संकेंद्रित ऊष्मा होती है। कम तापीय प्रतिरोध आवश्यक है, जो AuSn सोल्डरिंग या इंडियम बॉन्डिंग के माध्यम से प्राप्त होता है, और समान ऊष्मा अपव्यय के लिए माइक्रोचैनल कूलिंग के साथ संयुक्त होता है।

2बीम आकार और संरेखण

एकाधिक उत्सर्जक अक्सर खराब संसक्ति और तरंगाग्र के गलत संरेखण से ग्रस्त होते हैं। दूर-क्षेत्र किरण गुणवत्ता में सुधार के लिए सटीक लेंस डिज़ाइन और संरेखण महत्वपूर्ण हैं।

2तनाव नियंत्रण और विश्वसनीयता

तापीय प्रसार गुणांकों में सामग्री के बेमेल होने से विरूपण या सूक्ष्म दरारें पड़ सकती हैं। पैकेजिंग को यांत्रिक तनाव को समान रूप से वितरित करने और बिना किसी क्षरण के तापीय चक्रण को झेलने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए।

4. लेज़र बार डिज़ाइन में भविष्य के रुझान

जैसे-जैसे उच्च शक्ति, छोटे आकार और अधिक विश्वसनीयता की माँग बढ़ती जा रही है, लेज़र बार संरचनाएँ विकसित होती जा रही हैं। प्रमुख विकास दिशाएँ इस प्रकार हैं:

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

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

2स्मार्ट पैकेजिंग: तापमान सेंसर और स्थिति फीडबैक प्रणालियों को शामिल करना

2उच्च-घनत्व स्टैकिंग: कॉम्पैक्ट फुटप्रिंट में किलोवाट-स्तर का आउटपुट प्राप्त करने के लिए स्तरित सरणियाँ

5। उपसंहार

जैसा कि“दिल”उच्च-शक्ति लेज़र प्रणालियों में, लेज़र बार का संरचनात्मक डिज़ाइन समग्र प्रणाली के प्रकाशीय, विद्युतीय और तापीय प्रदर्शन को सीधे प्रभावित करता है। दर्जनों उत्सर्जकों को केवल मिलीमीटर चौड़ी संरचना में एकीकृत करना न केवल उन्नत सामग्री और निर्माण तकनीकों को प्रदर्शित करता है, बल्कि आज के उच्च स्तर के एकीकरण का भी प्रतिनिधित्व करता है।'फोटोनिक्स उद्योग.

भविष्य की ओर देखते हुए, जैसे-जैसे कुशल, विश्वसनीय लेजर स्रोतों की मांग बढ़ती जा रही है, लेजर बार संरचना में नवाचार लेजर उद्योग को नई ऊंचाइयों तक ले जाने में प्रमुख चालक बने रहेंगे।

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