Chip laze

Chip laser, còn được gọi là thanh laser diode không gắn kết, là chip laser một bộ phát hoặc chip laser một thanh, không được gắn vào tản nhiệt và không có bất kỳ bao bì bên ngoài nào. Chọn từ các vật liệu bán dẫn GaAs, InP và GaSb để có bước sóng từ 450 nm đến 2 µm, mang lại độ tin cậy và hiệu suất vượt trội.

Chip laser là một con chip thu nhỏ tích hợp tia laser và các thành phần quang điện tử khác. Thành phần cốt lõi của chip laser là laser bán dẫn, sử dụng quá trình tái hợp giữa các electron và lỗ trống trong vật liệu bán dẫn để tạo ra tia laser. Chip laser nhỏ hơn và nhẹ hơn so với laser khí truyền thống hoặc laser trạng thái rắn, khiến chúng phù hợp để tích hợp vào nhiều thiết bị di động và nhúng khác nhau.

Bộ phát đơn

Thanh đơn

Chip VCSEL

Chip Lươn đơn phát

Chip lươn đơn thanh

Sự khác biệt chính giữa chip laser phát đơn và chip laser thanh đơn là cấu trúc và ứng dụng của chúng. Chip laser phát đơn thường đề cập đến một chip laser đơn, trong khi chip laser thanh đơn là các cấu trúc hình dải bao gồm nhiều chip laser.

Chip laser phát đơn bao gồm một chip laser duy nhất và thường có kích thước nhỏ hơn và công suất đầu ra thấp hơn. Chúng thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển chùm tia chính xác, chẳng hạn như thông tin liên lạc bằng sợi quang và con trỏ laser. Đặc điểm của chip laser phát đơn là chất lượng chùm tia cao và phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ định hướng cao và độ sáng cao.

Chip laser thanh đơn là cấu trúc dạng dải bao gồm nhiều chip laser và thường có kích thước lớn hơn và công suất cao hơn. Chip laser thanh đơn phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi công suất cao như xử lý vật liệu, thiết bị y tế và dụng cụ nghiên cứu khoa học. Đặc điểm của chip laser thanh đơn là công suất đầu ra cao và phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu chiếu xạ diện rộng hoặc năng lượng cao.

Về chi tiết kỹ thuật và ứng dụng, chip laser phát đơn và chip laser thanh đơn cũng khác nhau về phương pháp chuẩn bị và lựa chọn vật liệu. Chip laser phát đơn thường được chế tạo bằng công nghệ lắng đọng hơi hóa học hữu cơ kim loại và có chất lượng cũng như hiệu suất chùm tia cao. Chip laser thanh đơn tránh hiện tượng phát sáng bên thông qua thiết kế lớp epiticular và rãnh cách ly, đồng thời cải thiện độ tin cậy và độ bền của thiết bị.

Các thanh laser chưa được gắn có thể được cắt thành các chip laser phát đơn, bao gồm các bước sau:

Viết nguệch ngoạc: Trên mỗi thanh laser chưa được gắn sẽ được cắt, việc ghi chép được thực hiện giữa hai chip liền kề.

Giãn màng: Màng dính có gắn thanh laser được chuyển sang máy giãn màng cho lần giãn màng đầu tiên. Sau khi quá trình giãn nở màng hoàn tất, màng dính ở trạng thái giãn nở đầu tiên và duy trì ở trạng thái này.

Tách: Màng dính ở trạng thái giãn nở đầu tiên được chuyển sang máy tách và thanh laser được tách dọc theo đường kẻ vạch để tách các chip trên thanh laser ra khỏi nhau. Bằng cách mở rộng màng dính được gắn vào thanh laser trước khi tách, ứng suất trước được cung cấp cho các phoi ở cả hai phía của đường vạch dấu, để các phoi có thể được tách sạch một cách tự nhiên dọc theo hướng vạch kẻ trong quá trình tách, tránh các phoi va chạm với nhau khác trong quá trình tách và bị hư hỏng.

Chìa khóa của phương pháp này là tạo ra ứng suất trước bằng cách giãn nở màng để đảm bảo rằng các phoi có thể được tách ra một cách tự nhiên dọc theo hướng vạch kẻ trong quá trình tách, từ đó cải thiện năng suất và chất lượng của phoi.

‌Khoảng cách giữa các bộ phát của thanh laser chưa được gắn có tác động đáng kể đến hiệu suất. Khoảng cách bộ phát đồng đều có thể đảm bảo hiệu quả tản nhiệt tốt hơn của thanh laser chưa được gắn, do đó cải thiện tuổi thọ và độ ổn định của thanh laser chưa được gắn.

Khoảng cách giữa các bộ phát của thanh laser chưa được gắn sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả tản nhiệt. Nếu khoảng cách giữa các bộ phát không đồng đều có thể khiến nhiệt độ của một số bộ phát quá cao, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của tia laser. Bằng cách điều chỉnh độ rộng của từng bộ phát của thanh, khả năng tản nhiệt của toàn bộ thanh có thể đồng đều hơn và nhiệt độ của bộ phát ở giữa có thể tránh được cao hơn đáng kể so với nhiệt độ của bộ phát ở cạnh, từ đó giảm thiểu các vấn đề sự thay đổi bước sóng và giảm độ rộng xung.

Khoảng cách giữa các bộ phát cũng ảnh hưởng đến độ sáng của thanh laser chưa được gắn. Nếu khoảng cách giữa các bộ phát quá lớn có thể khiến độ sáng không đồng đều và ảnh hưởng đến hiệu ứng hiển thị. Khoảng cách thích hợp giữa các bộ phát có thể đảm bảo hiệu quả hiển thị và hiệu suất của thanh laser chưa được gắn trong các tình huống ứng dụng khác nhau.

Có nhiều yêu cầu đối với bộ tản nhiệt được sử dụng trong đóng gói chip laser, chủ yếu bao gồm độ dẫn nhiệt, hệ số giãn nở nhiệt phù hợp, khả năng giải phóng ứng suất nhiệt và xử lý bề mặt. ‌

Đầu tiên, độ dẫn nhiệt là một trong những thông số quan trọng của vật liệu tản nhiệt. Chip laser tạo ra rất nhiều nhiệt trong quá trình hoạt động. Nếu nhiệt không thể tiêu tan kịp thời sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của tia laser. Do đó, vật liệu tản nhiệt cần phải có độ dẫn nhiệt cao để dẫn nhiệt hiệu quả. Các vật liệu tản nhiệt thông thường như nhôm nitrit, cacbua silic, kim cương, v.v. có tính dẫn nhiệt‌ cao.

Thứ hai, việc kết hợp hệ số giãn nở nhiệt‌ cũng rất quan trọng. Hệ số giãn nở nhiệt của chip laser và vật liệu tản nhiệt cần phải phù hợp để giảm ứng suất do thay đổi nhiệt độ và ngăn ngừa các vết nứt hoặc biến dạng giữa các vật liệu. Ví dụ, hệ số giãn nở nhiệt của nhôm nitrit là 4,6×10^-6/K, gần với hệ số giãn nở nhiệt của chip laser nên thường được sử dụng làm vật liệu tản nhiệt chuyển tiếp.

Ngoài ra, khả năng giải phóng ứng suất nhiệt‌ cũng là một yếu tố quan trọng. Nhiệt lượng do tia laser tạo ra trong quá trình hoạt động sẽ gây ra ứng suất nhiệt giữa chip và tản nhiệt. Nếu vật liệu tản nhiệt không thể giải phóng những ứng suất này một cách hiệu quả, nó có thể khiến hiệu suất của tia laser bị suy giảm hoặc hỏng hóc. Vì vậy, vật liệu tản nhiệt cần phải có khả năng giải phóng ứng suất nhiệt‌ tốt.

Cuối cùng, việc xử lý bề mặt cũng ảnh hưởng đến hiệu suất của tản nhiệt. Việc xử lý bề mặt của vật liệu tản nhiệt cần phải đáp ứng các yêu cầu nhất định về hình thức và thử nghiệm vật lý và hóa học để đảm bảo độ tin cậy và độ bền của nó trong các ứng dụng thực tế.

Tóm lại, tản nhiệt dùng cho chip laser đóng gói cần phải có độ dẫn nhiệt cao, phù hợp với hệ số giãn nở nhiệt của chip, khả năng giải phóng ứng suất nhiệt tốt và xử lý bề mặt phù hợp để đảm bảo độ ổn định và độ tin cậy lâu dài của laser.

‌Các bước cốt lõi của việc đóng gói các thanh chip laser chưa được gắn kết bao gồm: lựa chọn vật liệu đóng gói phù hợp, thiết kế cấu trúc bao bì, thực hiện hàn và liên kết cũng như tối ưu hóa quản lý nhiệt.

Trước hết, việc lựa chọn vật liệu đóng gói phù hợp là chìa khóa để đảm bảo hiệu suất của thanh chip laser chưa được gắn kết. Ví dụ, chất hàn cứng bằng vàng-thiếc có thể được sử dụng để đóng gói các thanh laser bán dẫn màu xanh gallium nitride (GaN) công suất cao và bộ tản nhiệt chuyển tiếp bằng đồng-vonfram có thể được sử dụng làm lớp đệm để triệt tiêu ứng suất dư của bao bì. Ngoài ra, hệ thống vật liệu epiticular InGaAs/AlGaAs cũng có thể được sử dụng để thiết kế các dãy thanh laser bán dẫn côn công suất cao.

Thứ hai, cấu trúc bao bì được thiết kế phù hợp là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của các thanh chip laser chưa được gắn. Ví dụ: cấu trúc gói có thể được xây dựng bằng cách sử dụng các thành phần như bộ tản nhiệt vi kênh, màng cách điện và băng đồng để đạt được khả năng quản lý nhiệt và phân phối dòng điện tốt.

Tiếp theo là quá trình hàn và liên kết. Một máy định vị có độ chính xác cao được sử dụng để liên kết eutectic chip với tản nhiệt chuyển tiếp vonfram đồng, nhiệt độ, áp suất và thời gian hàn được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo chất lượng hàn. Các thí nghiệm cho thấy các thông số hàn thích hợp có thể làm giảm đáng kể điện trở nhiệt và dòng điện ngưỡng, từ đó cải thiện công suất quang đầu ra và hiệu suất chuyển đổi quang điện.

Cuối cùng, tối ưu hóa quản lý nhiệt là một biện pháp quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài của các thanh chip laser chưa được lắp ráp. Bằng cách thiết kế hợp lý cấu trúc tản nhiệt và lựa chọn vật liệu phù hợp, khả năng chịu nhiệt có thể giảm một cách hiệu quả, hiệu quả tản nhiệt có thể được cải thiện và tuổi thọ của các thanh chip laser chưa được gắn có thể được kéo dài.

1. Ngăn ngừa ô nhiễm: Thanh laser chưa được gắn cần được đóng gói trong môi trường không có bụi và vô trùng để ngăn chặn sự xâm nhập của các hạt và vi sinh vật. Những chất gây ô nhiễm này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của thanh laser chưa được gắn và thậm chí gây ra lỗi đóng gói.

2. Cải thiện chất lượng bao bì: Kiểm soát môi trường trong phòng sạch có thể đảm bảo nhiệt độ, độ ẩm và luồng không khí trong quá trình đóng gói ở trạng thái tốt nhất, từ đó cải thiện chất lượng và tính nhất quán của bao bì. Điều này giúp giảm thiểu các khuyết tật về bao bì và nâng cao tỷ lệ chất lượng của sản phẩm.

3. Kéo dài tuổi thọ sử dụng: Đóng gói trong môi trường sạch sẽ có thể làm giảm thiệt hại cho thanh laser chưa được gắn bởi các yếu tố bên ngoài, từ đó kéo dài tuổi thọ sử dụng của nó. Phòng sạch sẽ giảm thiểu các vấn đề ô nhiễm có thể gặp phải trong quá trình đóng gói bằng cách kiểm soát chặt chẽ các điều kiện môi trường và bảo vệ sự ổn định và độ tin cậy của thanh laser chưa được gắn.

4. Nâng cao hiệu quả sản xuất: Hệ thống lọc hiệu quả và điều kiện môi trường được kiểm soát chặt chẽ của phòng sạch có thể giảm thiểu sự gián đoạn sản xuất và phải làm lại do ô nhiễm, từ đó nâng cao hiệu quả sản xuất tổng thể. Ngoài ra, phòng sạch còn có thể đảm bảo tính liên tục và ổn định của quá trình sản xuất, nâng cao hơn nữa hiệu quả sản xuất.

‌Sự khác biệt về cấu trúc‌:

‌EEL (Laser phát cạnh): EEL sử dụng sự phát xạ bức xạ dọc theo hướng trục, tức là ánh sáng được phát ra dọc theo hướng mặt phẳng của thiết bị, thường có cấu trúc hình trụ và ánh sáng phát ra chùm tia laser từ phía bên.

‌VCSEL (Laser phát ra bề mặt khoang dọc): Cấu trúc của VCSEL là thẳng đứng, tức là ánh sáng vuông góc với thiết bị và ánh sáng chủ yếu phát ra từ phía trên, tạo thành một điểm tròn.

Chế độ phát thải‌:

‌EEL: Chùm tia laser được phát ra từ phía bên thông qua cấu trúc hình trụ.

‌VCSEL: Laser phát ra bề mặt, ánh sáng chủ yếu phát ra từ phía trên.

‌Hình dạng điểm‌:

‌EEL: Điểm phát ra có hình elip.

‌VCSEL: Điểm phát ra có hình tròn.

‌Sự khác biệt về hiệu suất‌:

‌EEL: Nó có công suất đầu ra và năng lượng cao hơn so với một tia laser đơn lẻ, phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu năng lượng cao.

‌VCSEL‌: Nó có hiệu suất lượng tử bên trong cao và độ ổn định nhiệt tốt hơn, đồng thời có thể đạt được tốc độ cao, mức tiêu thụ điện năng thấp và phạm vi nhiệt độ rộng‌.

‌Các lĩnh vực ứng dụng‌:

‌EEL‌: Nó chủ yếu được sử dụng cho truyền thông tốc độ cao, chẳng hạn như truyền thông cáp quang, in laser, đĩa quang cũng như đo lường và phát hiện quang học‌.

‌VCSEL‌: Nó thường được sử dụng trong kết nối quang trung tâm dữ liệu, lidar, nhận dạng khuôn mặt, quét 3D và các ứng dụng khác‌.

Tóm lại, EEL và VCSEL có sự khác biệt đáng kể về cấu trúc, chế độ phát xạ, hình dạng điểm, hiệu suất và lĩnh vực ứng dụng. Người dùng có thể chọn chip laser phù hợp theo nhu cầu cụ thể.

Công việc của chip EEL Edge Emting Laser chủ yếu bao gồm các bước sau:

1. Tiêm sóng mang: Bằng cách áp dụng độ lệch thuận, các electron được tiêm từ vùng loại N vào lớp hoạt động và các lỗ trống được tiêm từ vùng loại P vào lớp hoạt động. Trong lớp hoạt động, các electron và lỗ trống kết hợp lại để tạo ra các photon. Quá trình này tương tự như một diode phát sáng (LED), nhưng EEL sẽ thu được tia laser thay vì ánh sáng thông thường.

2. Bức xạ kích thích và khuếch đại ánh sáng: Các photon sinh ra trong lớp hoạt động tương tác với các electron bị kích thích khác, khiến các electron này chuyển sang trạng thái năng lượng thấp và phát ra nhiều photon có cùng pha, tần số và hướng như các photon ban đầu. Đây là bức xạ kích thích. Khi các photon phản xạ qua lại giữa các gương này, nhiều photon bức xạ bị kích thích hơn sẽ được tạo ra trong lớp hoạt động, tạo thành cơ chế khuếch đại ánh sáng trong khoang cộng hưởng.

3. Khoang cộng hưởng và khuếch đại ánh sáng: Do lớp hoạt động của EEL được nhúng giữa hai gương song song (mặt cuối), những gương này sẽ phản xạ một số photon trở lại lớp hoạt động. Khi các photon phản xạ qua lại giữa hai gương, nhiều photon bức xạ kích thích hơn sẽ được tạo ra trong lớp hoạt động. Quá trình khuếch đại ánh sáng lặp đi lặp lại này tạo thành cơ chế khuếch đại ánh sáng trong khoang cộng hưởng.

‌4. Đầu ra laser‌: Khi số lượng photon trong khoang cộng hưởng đạt đến một ngưỡng nhất định, một số photon sẽ được phát ra qua mặt cuối có độ phản xạ thấp hơn để tạo thành đầu ra laser‌. Hướng của chùm tia laser của EEL song song với bề mặt của chip nên được gọi là tia laser phát cạnh.

Bốn phương pháp làm mát

Làm mát tản nhiệt đối lưu tự nhiên‌: Phương pháp này sử dụng vật liệu có tính dẫn nhiệt cao để loại bỏ nhiệt sinh ra và tản nhiệt bằng đối lưu tự nhiên. Ngoài ra, các cánh tản nhiệt cũng có thể giúp tản nhiệt và cải thiện tốc độ truyền nhiệt của hệ thống làm mát‌.

‌Vật liệu dẫn nhiệt‌: Sử dụng vật liệu có độ dẫn nhiệt cao để giảm nhiệt độ của tia laser. Những vật liệu này có thể dẫn nhiệt một cách hiệu quả, từ đó duy trì hoạt động ổn định của tia laser‌.

Dựa trên công nghệ bán dẫn hàng đầu trong ngành, BrandNew cung cấp nhiều tùy chọn chip laser. Một số tùy chọn này bao gồm các bước sóng từ 450nm đến 2100nm, chip laser phát đơn có công suất đầu ra lên tới 20W và chip laser một vạch có công suất đầu ra lên tới 600W, sóng liên tục (CW) và sóng bán liên tục (QCW). ) tùy chọn. Chip và thanh laser có sẵn với nhiều hệ số lấp đầy, chiều rộng sọc, chiều rộng thanh và chiều dài khoang khác nhau, đồng thời có thể phát triển các tùy chọn tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu riêng của bạn.

Chip laser được sản xuất dưới sự kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt nhất. Chúng tôi chỉ làm việc với công nghệ epit Wax, xử lý và phủ mặt hiện đại. Phương pháp hàn tiêu chuẩn được sử dụng để lắp ráp chip laser. Vật liệu này hỗ trợ cả hàn mềm (indium) và hàn cứng (vàng/thiếc). Cấu hình tiêu chuẩn của chip laser là cấu trúc bộ phát được tách biệt ở phía p. Theo yêu cầu, chip laser có sẵn với lớp phủ kim loại hóa mặt p liên tục và lớp phủ mặt thích ứng, sử dụng lớp phủ AR thấp để lắp ráp các bộ cộng hưởng bên ngoài.

Brandnew Technology, một trong những nhà sản xuất và cung cấp laser diode hàng đầu tại Trung Quốc, có một nhà máy chuyên nghiệp chuyên sản xuất chip laser chất lượng cao và bán với giá cạnh tranh. Chào mừng đến với bán buôn sản phẩm của chúng tôi sản xuất tại Trung Quốc.