고출력 레이저 분야에서 레이저 바는 필수적인 핵심 부품입니다. 레이저 바는 에너지 출력의 기본 단위일 뿐만 아니라, 현대 광전자 공학의 정밀성과 통합성을 구현합니다.—레이저 시스템의 "엔진"이라는 별명을 얻게 된 이유입니다. 그렇다면 레이저 바의 구조는 정확히 무엇이며, 몇 밀리미터 크기의 레이저 바는 어떻게 수십, 심지어 수백 와트의 출력을 낼 수 있을까요? 이 글에서는 레이저 바의 내부 구조와 그 엔지니어링 비밀을 살펴봅니다.
1. 레이저 바란 무엇인가요?
레이저 바는 단일 기판 위에 여러 개의 레이저 다이오드 칩이 측면으로 배열된 고출력 발광 소자입니다. 작동 원리는 단일 반도체 레이저와 유사하지만, 다중 방출기 레이아웃을 사용하여 더 높은 광출력과 더 작은 크기를 구현합니다.
레이저 바는 산업, 의료, 과학, 방위 산업 전반에 걸쳐 직접 레이저 소스 또는 파이버 레이저와 고체 레이저의 펌프 소스로 널리 사용됩니다.
2. 레이저 바의 구조적 구성
레이저 바의 내부 구조는 성능을 직접적으로 결정합니다. 주로 다음과 같은 핵심 구성 요소로 구성됩니다.
①이미터 어레이
레이저 바는 일반적으로 나란히 배열된 10개에서 100개의 방출기(레이저 공동)로 구성됩니다. 각 방출기는 약 50개입니다.–150μm 폭으로 1000만 광미터(m)의 독립 이득 영역으로 작용하며, PN 접합, 공진 공동, 그리고 도파관 구조를 통해 레이저 광을 생성하고 방출합니다. 모든 이미터는 동일한 기판을 사용하지만, 일반적으로 병렬 또는 구역별로 전기적으로 구동됩니다.
②반도체 층 구조
레이저 바의 핵심은 다음을 포함한 반도체 층으로 구성되어 있습니다.
- P형 및 N형 에피택셜층(PN 접합 형성)
- 자극 방출을 생성하는 활성층(예: 양자 우물 구조)
- 도파관 층은 측면 및 수직 방향의 모드 제어를 보장합니다.
- 레이저의 방향성 출력을 향상시키는 브래그 반사경 또는 HR/AR 코팅
③기판 및 열 관리 구조
이미터는 단일체 반도체 기판(일반적으로 GaAs)에 성장됩니다. 효율적인 방열을 위해 레이저 바는 구리, W-Cu 합금, CVD 다이아몬드와 같은 고전도성 서브마운트에 납땜되며, 방열판 및 능동 냉각 시스템과 함께 사용됩니다.
④방출 표면 및 콜리메이션 시스템
방출되는 빔의 발산각이 크기 때문에 레이저 바에는 일반적으로 콜리메이션 및 빔 형성을 위한 마이크로 렌즈 어레이(FAC/SAC)가 장착됩니다. 특정 응용 분야에서는 추가 광학 장치가 필요합니다.—원통형 렌즈나 프리즘과 같은—원거리 발산과 빔 품질을 제어하는 데 사용됩니다.
3. 성과에 영향을 미치는 주요 구조적 요인
레이저 바의 구조는 안정성, 효율성 및 사용 수명을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 몇 가지 주요 측면은 다음과 같습니다.
①열 관리 설계
레이저 바는 높은 출력 밀도와 집중된 열을 특징으로 합니다. 낮은 열 저항은 필수적이며, AuSn 솔더링 또는 인듐 본딩을 통해 달성되며, 균일한 방열을 위한 마이크로채널 냉각과 결합됩니다.
②빔 형성 및 정렬
여러 개의 방사체는 종종 간섭성 저하와 파면 정렬 불량을 겪습니다. 원거리 빔 품질을 개선하려면 정밀한 렌즈 설계와 정렬이 필수적입니다.
③스트레스 관리 및 신뢰성
열팽창 계수의 재료 불일치는 휘어짐이나 미세 균열로 이어질 수 있습니다. 포장재는 기계적 응력을 고르게 분산시키고 열 사이클을 견딜 수 있도록 설계되어야 하며, 성능 저하 없이 유지되어야 합니다.
4. 레이저 바 디자인의 미래 트렌드
더 높은 출력, 더 작은 크기, 그리고 더 높은 신뢰성에 대한 수요가 증가함에 따라 레이저 바 구조는 계속해서 발전하고 있습니다. 주요 개발 방향은 다음과 같습니다.
①파장 확장: 1.5로 확장μm 및 중적외선 대역
②소형화: 소형 장치 및 고도로 통합된 모듈에서의 사용 가능
③스마트 패키징: 온도 센서와 상태 피드백 시스템 통합
④고밀도 스태킹: 컴팩트한 공간에서 킬로와트 수준의 출력을 달성하기 위한 계층형 어레이
5. 결론
로서“마음”고출력 레이저 시스템의 경우, 레이저 바의 구조 설계는 전체 시스템의 광학적, 전기적, 열적 성능에 직접적인 영향을 미칩니다. 수십 개의 방사체를 단 밀리미터 너비의 구조에 통합하는 것은 첨단 소재 및 제조 기술을 보여줄 뿐만 아니라 오늘날의 높은 수준의 통합을 보여줍니다.'광자공학 산업.
앞으로 효율적이고 안정적인 레이저 소스에 대한 수요가 계속 증가함에 따라, 레이저 바 구조의 혁신은 레이저 산업을 새로운 차원으로 발전시키는 핵심 동력으로 남을 것입니다.
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게시 시간: 2025년 7월 2일