פיתוח טכנולוגי ותחומי יישום של לייזרים מוליכים למחצה

1. מבוא ללייזרים מוליכים למחצה
לייזרים מוליכים למחצה ידועים בדרך כלל כדיודות לייזר, מכיוון שהם משתמשים בחומרים מוליכים למחצה כחומר העבודה, ולכן הם נקראים לייזרים מוליכים למחצה. הלייזר המוליך למחצה מורכב ממודול לייזר מוליכים למחצה צמוד סיבים, מכשיר לשילוב אלומות, כבל העברת אנרגיית לייזר, מערכת אספקת חשמל, מערכת בקרה ומבנה מכני וכו', ומממש פלט לייזר מתחת לכונן והניטור של מערכת אספקת החשמל ומערכת הבקרה. חומרי העבודה הנפוצים של לייזרים מוליכים למחצה כוללים בעיקר גליום ארסניד (GaAs), קדמיום גופרתי (CdS), אינדיום פוספיד (InP), אבץ גופרתי (ZnS) ועוד. על פי חומרי עבודה שונים, קיימות שלוש שיטות עירור עיקריות: חשמלית. הזרקה, משאבה ועירור קרן אלקטרונים באנרגיה גבוהה.

(1) לייזרים מוליכים למחצה המוזרקים חשמלית משתמשים בדרך כלל ב-GaAS, CdS, InP, ZnS וחומרי עבודה אחרים בתור החומרים העיקריים לייצור דיודות צומת משטח מוליכים למחצה. כאשר מקבלים הזרקה חשמלית, הזרם המוזרק לאורך ההטיה קדימה הוא החומר העובד מתרגש לייצר פליטה מעוררת באזור מישור הצמתים.
(2) לייזרים מסוג Punp, מורכבים בדרך כלל מגבישים בודדים של גרמניום עם חורים כנשאים (גבישים בודדים מוליכים למחצה מסוג P) או גבישים בודדים של גרמניום עם אלקטרונים כנשאים (מוליכים למחצה מסוג N) המסוממים עם זיהומים קבלנים בגביש. גביש יחיד מוליך למחצה) משמש כחומר העבודה, והלייזר הנפלט מלייזרים אחרים משמש כעירור משאבה למימוש היפוך אוכלוסיה.
(3) לייזרים מוליכים למחצה בעלי אנרגיה גבוהה בעלי אנרגיה גבוהה דומים בדרך כלל ללייזרים מסוג משאבה בבחירת חומרי העבודה, וכן נעשה שימוש בגבישים בודדים של גרמניום מוליכים למחצה. עם זאת, ראוי לציין שקרני אלקטרונים בעלות אנרגיה גבוהה משמשות בבחירת גבישים יחידים מוליכים למחצה מסוג P. לייזרים מוליכים למחצה נרגשים מבוססים בעיקר על PbS. CbS ו-ZnO הם העיקריים שבהם.

2. גודל שוק דיודה לייזר

ללייזרים מוליכים למחצה היתרונות של גודל קטן, קל משקל, חיים ארוכים, אמינות תפעולית גבוהה, צריכת אנרגיה נמוכה, יעילות המרה אלקטרו-אופטית גבוהה, ייצור המוני קל ומחיר נמוך. מדפסות וכו' נמצאים בשימוש נרחב, המכסים את כל תחום האלקטרואופטו.

עם הפיתוח המתמשך ופריצת הדרך של הטכנולוגיה, לייזרים מוליכים למחצה מתפתחים בכיוון של אורך גל פליטה קצר יותר, כוח פליטה גבוה יותר, גודל קטן במיוחד וחיים ארוכים, כדי לענות על הצרכים של יישומים שונים, וקטגוריות המוצרים הופכות להיות יותר ויותר שופע. זה גם נמצא בשימוש נרחב בעיבוד לייזר, הדפסת תלת מימד, מכ"ם לייזר, טווחי לייזר, צבא, רפואה ומדעי החיים. בנוסף, על ידי צימוד לסיבים אופטיים לשידור, נעשה שימוש נרחב בלייזרים מוליכים למחצה ישירים בעלי הספק גבוה בתחומי החיתוך והריתוך.

3. יישום לייזרים מוליכים למחצה בתחום האופטואלקטרוניקה
(1) תקשורת סיבים אופטיים. לייזר מוליכים למחצה הוא מקור האור המעשי היחיד למערכת תקשורת סיבים אופטיים, ותקשורת סיבים אופטיים הפכה לזרם המרכזי של טכנולוגיית התקשורת העכשווית.
(2) גישה לתקליטור. לייזרים מוליכים למחצה שימשו באחסון דיסק אופטי, והיתרון הגדול ביותר שלו הוא שכמות המידע המאוחסן של קול, טקסט ותמונה גדולה מאוד. השימוש בלייזרים כחולים וירוקים יכול לשפר מאוד את צפיפות האחסון של דיסקים אופטיים.
(3) ניתוח ספקטרלי. לייזר מוליכים למחצה מתכוונן אינפרא אדום רחוק שימש בניתוח גזים סביבתיים, ניטור זיהום אוויר, פליטת רכב וכו'. ניתן להשתמש בהם בתעשייה כדי לנטר את תהליך שקיעת האדים.
(4) עיבוד מידע אופטי. לייזרים מוליכים למחצה שימשו במערכות מידע אופטיות. מערכים דו-ממדיים של לייזרים מוליכים למחצה פולטי פני השטח הם מקורות אור אידיאליים למערכות עיבוד מקבילי אופטי, אשר ישמשו במחשבים וברשתות עצביות אופטיות. 5) מיקרו ייצור בלייזר. בעזרת פעימות אור קצרות במיוחד באנרגיה גבוהה הנוצרים על ידי לייזרים מוליכים למחצה בעלי Q, ניתן לחתוך ולקדוח מעגלים משולבים.
(5) אזעקת לייזר. אזעקות לייזר מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב, כולל אזעקות נגד גניבה, אזעקות מפלס מים ואזעקות מרחק רכב.
(6) מדפסות לייזר. לייזרים מוליכים למחצה בהספק גבוה כבר נמצאים בשימוש במדפסות לייזר. השימוש בלייזרים כחולים וירוקים יכול לשפר מאוד את מהירות ההדפסה והרזולוציה.
(7) סורק ברקוד לייזר. סורקי ברקוד לייזר מוליכים למחצה היו בשימוש נרחב במכירת סחורות ובניהול ספרים וקבצים.
(8) טלוויזיית לייזר בחדות גבוהה. בעתיד הקרוב, ניתן יהיה להוציא לשוק טלוויזיות לייזר מוליכים למחצה ללא שפופרות קרני קתודיות. הוא משתמש בלייזרים אדומים, כחולים וירוקים, וצריכת החשמל שלו מוערכת כנמוכה ב-20 אחוז מזו של טלוויזיות קיימות.

4. איפה העתיד של הלייזרים מוליכים למחצה?

כיום, היישום הגדול ביותר של לייזרים מוליכים למחצה הוא כמקור משאבה ללייזרי סיבים וללייזרים מוצקים. כאשר הלייזר המוליך למחצה משמש כמקור המשאבה של לייזר הסיבים, ניתן לפשט באופן יסודי את מבנה מערכת המשאבה על ידי הגדלת הספק היחידה, ולהגדיל את רמת הספק המשאבה. מכיוון שללייזרי סיבים וללייזרים במצב מוצק יש דרישות הספק תפוקה גבוהות יותר ויותר, דרישות גבוהות יותר מונחות גם להספק של מקורות משאבת מוליכים למחצה.

בשל המגבלה של איכות האלומה, קשה להשתמש ישירות בלייזרים מוליכים למחצה מסורתיים לחיתוך מתכת. בשנים האחרונות, עם השיפור של טכנולוגיית צימוד מוליכים למחצה והבשלה הדרגתית של טכנולוגיה חדשה לשילוב קרן, חלק מהלייזרים מוליכים למחצה עם תפוקת סיבים מעל קילוואט יכולים גם לעמוד בדרישות של איכות קרן חיתוך. בנוסף, בשל המגוון של אורכי גל לייזר מוליכים למחצה, אורך הגל של לייזרים מוליכים למחצה קצרים קרוב מאוד למקסימום הספיגה של אורך הגל של אלומיניום. לכן, בתעשיית הרכב, לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה מתאימים מאוד לריתוך גופי רכב מאלומיניום. כיום, לייזרים מוליכים למחצה עם הספק לייזר בין 2KW ל-6KW נמצאים בשימוש נרחב בתהליך הייצור של תעשיית הרכב.

בתחום עיבוד החומרים הישיר, איכות האלומה של לייזרים מוליכים למחצה קשה לעלות על זו של לייזרים סיבים. עם זאת, ביישומי ריתוך וחיתוך לוחות דקים, לייזרים מוליכים למחצה מתאימים מאוד. הפיתוח של לייזרים מוליכים למחצה בעלי הספק גבוה איפשר יישומים חשובים רבים. לייזרים אלו החליפו טכנולוגיות מסורתיות רבות והביאו לנו מוצרים חדשים רבים.

באופן כללי, בשל הפיתוח המתמשך של הטכנולוגיה, תחומי היישום של לייזרים מוליכים למחצה משתנים ללא הרף, והשינויים הללו עדיין מתרחשים. באופן כללי, לייזרים מוליכים למחצה מתפתחים לקראת אורכי גל פליטה קצרים יותר והספקי פליטה גבוהים יותר כדי לעמוד בדרישות השוק הנוכחיות.

פרטי התקשרות:

אם יש לך רעיונות, אתה מוזמן לדבר איתנו. לא משנה היכן נמצאים הלקוחות שלנו ומהן הדרישות שלנו, אנו נפעל לפי המטרה שלנו לספק ללקוחותינו איכות גבוהה, מחירים נמוכים, והשירות הטוב ביותר.