고출력 레이저 분야에서 레이저 바는 필수적인 핵심 부품입니다. 레이저 바는 에너지 출력의 기본 단위일 뿐만 아니라 현대 광전자 공학의 정밀성과 집약성을 구현하는 요소이기도 합니다.—이 때문에 레이저 시스템의 "엔진"이라는 별명을 얻었습니다. 하지만 레이저 바의 정확한 구조는 무엇이며, 불과 몇 밀리미터의 크기에서 어떻게 수십, 심지어 수백 와트의 출력을 낼 수 있을까요? 이 글에서는 레이저 바의 내부 구조와 엔지니어링 비밀을 파헤칩니다.
1. 레이저 바란 무엇인가요?
레이저 바는 단일 기판 위에 여러 개의 레이저 다이오드 칩이 가로로 배열된 고출력 발광 소자입니다. 작동 원리는 단일 반도체 레이저와 유사하지만, 레이저 바는 다중 발광체 구조를 사용하여 더 높은 광출력과 더욱 소형화된 형태를 구현합니다.
레이저 바는 산업, 의료, 과학 및 국방 분야에서 직접 레이저 광원으로 사용되거나 광섬유 레이저 및 고체 레이저의 펌프 광원으로 널리 사용됩니다.
2. 레이저 바의 구조적 구성
레이저 바의 내부 구조는 성능을 직접적으로 결정합니다. 주요 구성 요소는 다음과 같습니다.
①이미터 어레이
레이저 바는 일반적으로 10개에서 100개의 이미터(레이저 공동)가 나란히 배열된 형태로 구성됩니다. 각 이미터의 크기는 약 50입니다.–150μ폭이 m인 이 이미터는 독립적인 이득 영역 역할을 하며, PN 접합, 공진 공동 및 도파관 구조를 갖추어 레이저 광을 생성하고 방출합니다. 모든 이미터는 동일한 기판을 공유하지만, 일반적으로 병렬로 또는 영역별로 전기적으로 구동됩니다.
②반도체층 구조
레이저 바의 핵심은 다음과 같은 반도체 층들의 적층 구조입니다.
- P형 및 N형 에피택셜 층(PN 접합 형성)
- 활성층(예: 양자 우물 구조)은 유도 방출을 발생시킵니다.
- 도파관 층은 수평 및 수직 방향의 모드 제어를 보장합니다.
- 브래그 반사기 또는 HR/AR 코팅은 레이저의 방향성 출력을 향상시킵니다.
③기판 및 열 관리 구조
이미터는 단일 반도체 기판(일반적으로 GaAs) 위에 성장됩니다. 효율적인 열 방출을 위해 레이저 바는 구리, W-Cu 합금 또는 CVD 다이아몬드와 같은 고전도성 서브마운트에 납땜되고 방열판 및 능동 냉각 시스템과 결합됩니다.
④방출면 및 콜리메이션 시스템
방출되는 빔의 발산 각도가 크기 때문에 레이저 바에는 일반적으로 빔 평행화 및 빔 형상화를 위한 마이크로 렌즈 어레이(FAC/SAC)가 장착됩니다. 특정 응용 분야에서는 추가적인 광학 장치가 필요할 수 있습니다.—원통형 렌즈나 프리즘과 같은 것들—원거리 발산 및 빔 품질을 제어하는 데 사용됩니다.
3. 성과에 영향을 미치는 주요 구조적 요인
레이저 바의 구조는 안정성, 효율성 및 수명을 결정하는 데 매우 중요한 역할을 합니다. 주요 고려 사항은 다음과 같습니다.
①열 관리 설계
레이저 바는 높은 출력 밀도와 집중된 열을 특징으로 합니다. 따라서 낮은 열 저항이 필수적이며, 이는 AuSn 납땜 또는 인듐 접합과 균일한 열 방출을 위한 마이크로채널 냉각을 통해 달성됩니다.
②빔 형상 및 정렬
여러 개의 발광체는 종종 낮은 결맞음과 파면 정렬 불량 문제를 겪습니다. 원거리 빔 품질을 향상시키기 위해서는 정밀한 렌즈 설계 및 정렬이 매우 중요합니다.
③스트레스 제어 및 신뢰성
재료의 열팽창 계수 불일치는 뒤틀림이나 미세 균열을 유발할 수 있습니다. 포장재는 기계적 응력을 고르게 분산시키고 열 변동에도 손상 없이 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다.
4. 레이저 바 디자인의 미래 트렌드
고출력, 소형화 및 신뢰성 향상에 대한 수요가 증가함에 따라 레이저 바 구조는 지속적으로 발전하고 있습니다. 주요 개발 방향은 다음과 같습니다.
①파장 확장: 1.5까지 확장μm 및 중적외선 대역
②소형화: 소형 장치 및 고집적 모듈에서의 활용을 가능하게 함
③스마트 패키징: 온도 센서 및 상태 피드백 시스템 통합
④고밀도 적층: 컴팩트한 크기에 킬로와트급 출력을 구현하는 적층형 어레이
5. 결론
~로서“마음"고출력 레이저 시스템에서 레이저 바의 구조 설계는 전체 시스템의 광학적, 전기적, 열적 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 수십 개의 이미터를 불과 몇 밀리미터 폭의 구조에 통합하는 것은 첨단 소재 및 제조 기술을 보여줄 뿐만 아니라 오늘날의 높은 수준의 집적화를 나타냅니다.'광자 산업.
앞으로 효율적이고 신뢰할 수 있는 레이저 소스에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라 레이저 바 구조의 혁신은 레이저 산업을 새로운 차원으로 끌어올리는 핵심 동력으로 남을 것입니다.
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게시 시간: 2025년 7월 2일